DE102011077270A1 - Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung einer Energiespeichereinrichtung - Google Patents

Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung einer Energiespeichereinrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung (1) zum Erzeugen einer n-phasigen Versorgungsspannung für eine elektrische Maschine (2), wobei n ≥ 1, oder für einen Inverter, mit n parallel geschalteten Energieversorgungszweigen, welche jeweils mit einem von n Phasenleitungen (2a, 2b, 2c) verbindbar sind, wobei jeder der Energieversorgungszweige eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (1a, 1b) aufweist, welche jeweils umfassen: ein Energiespeicherzellenmodul (5, 7), und eine Koppeleinrichtung (3), welche dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul (5, 7) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder zu überbrücken, wobei die Energiespeicherzellenmodule (7) jeweils erster Energiespeichermodule (1b) eines Energieversorgungszweigs mindestens eine erste Energiespeicherzelle (7a) aufweisen, wobei die Energiespeicherzellenmodule (5) jeweils zweiter Energiespeichermodule (1a) eines Energieversorgungszweigs mindestens eine zweite Energiespeicherzelle (5a) aufweisen, und wobei die ersten Energiespeicherzellen (7a) unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen geringeren Innenwiderstand (RI) aufweisen als die zweiten Energiespeicherzellen (5a).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung, ein System mit Energiespeichereinrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere in einer Batteriedirektumrichterschaltung beim Starten oder Anfahren eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs.
  • Stand der Technik
  • Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.
  • 1 beispielsweise zeigt die Einspeisung von Drehstrom in eine dreiphasige elektrische Maschine 101. Dabei wird über einen Umrichter in Form eines Pulswechselrichters 102 eine von einem Gleichspannungszwischenkreis 103 bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet. Der Gleichspannungszwischenkreis 103 wird von einem Strang 104 aus seriell verschalteten Batteriemodulen 105 gespeist. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule 105 in einer Traktionsbatterie 104 in Serie geschaltet. Ein derartiges Energiespeichersystem findet beispielsweise häufig Verwendung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen.
  • Die Serienschaltung mehrerer Batteriemodule bringt das Problem mit sich, dass der gesamte Strang ausfällt, wenn ein einziges Batteriemodul ausfällt. Ein solcher Ausfall des Energieversorgungsstrangs kann zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen. Weiterhin können temporär oder permanent auftretende Leistungsminderungen eines einzelnen Batteriemoduls zu Leistungsminderungen im gesamten Energieversorgungsstrang führen.
  • In der Druckschrift US 5,642,275 A1 ist ein Batteriesystem mit integrierter Wechselrichterfunktion beschrieben. Systeme dieser Art sind unter dem Namen Multilevel Cascaded Inverter oder auch Battery Direct Inverter (Batteriedirektumrichter, BDI) bekannt. Solche Systeme umfassen Gleichstromquellen in mehreren Energiespeichermodulsträngen, welche direkt an eine elektrische Maschine oder ein elektrisches Netz anschließbar sind. Dabei können einphasige oder mehrphasige Versorgungsspannungen generiert werden. Die Energiespeichermodulstränge weisen dabei eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen auf, wobei jedes Energiespeichermodul mindestens eine Batteriezelle und eine zugeordnete steuerbare Koppeleinheit aufweist, welche es erlaubt, in Abhängigkeit von Steuersignalen den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu unterbrechen oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle zu überbrücken oder die jeweils zugeordnete mindestens eine Batteriezelle in den jeweiligen Energiespeichermodulstrang zu schalten. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheiten, z.B. mit Hilfe von Pulsweitenmodulation, können auch geeignete Phasensignale zur Steuerung der Phasenausgangsspannung bereitgestellt werden, so dass auf einen separaten Pulswechselrichter verzichtet werden kann. Der zur Steuerung der Phasenausgangsspannung erforderliche Pulswechselrichter ist damit sozusagen in den BDI integriert.
  • BDIs weisen üblicherweise einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Ausfallsicherheit gegenüber herkömmlichen Systemen, wie in 1 gezeigt, auf. Die Ausfallsicherheit wird unter anderem dadurch gewährleistet, dass defekte, ausgefallene oder nicht voll leistungsfähige Batteriezellen durch geeignete Überbrückungsansteuerung der Koppeleinheiten aus den Energieversorgungssträngen herausgeschaltet werden können.
  • Bei beiden Systemen, sowohl bei dem in 1 gezeigten System als auch bei einem BDI, kann es gerade bei der Verwendung in elektrisch betriebenen Fahrzeugen vorkommen, dass die Batteriezellen bei tiefen Umgebungstemperaturen betrieben werden sollen, beispielsweise im Winter. Übliche Batterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, weisen einen temperaturabhängigen Innenwiderstand auf. Bei tiefen Temperaturen ist der Innenwiderstand erhöht, so dass unter Umständen nicht die volle Leistung aus der Batterie entnommen werden kann. Bei tiefen Umgebungstemperaturen muss daher, je nach Zusammensetzung der verwendeten Batteriezellen, eine Vorkonditionierung der Batteriezellen erfolgen, das heißt, die Batteriezellen müssen erwärmt werden, damit die zum Fahren, insbesondere die zum Anfahren, benötigte Leistung bereitgestellt werden kann. Der Aufwärmvorgang ist dabei energie- und zeitintensiv.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einer Ausführungsform eine Energiespeichereinrichtung zum Erzeugen einer n-phasigen Versorgungsspannung für eine elektrische Maschine, wobei n ≥ 1, oder für einen Inverter, mit n parallel geschalteten Energieversorgungszweigen, welche jeweils mit einer von n Phasenleitungen verbindbar sind, wobei jeder der Energieversorgungszweige eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen aufweist, welche jeweils umfassen: ein Energiespeicherzellenmodul, und eine Koppeleinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder zu überbrücken, wobei erste Energiespeicherzellenmodule erster Energiespeichermodulen eines Energieversorgungszweigs mindestens eine erste Energiespeicherzelle aufweisen, wobei zweite Energiespeicherzellenmodule zweiter Energiespeichermodulen eines Energieversorgungszweigs mindestens eine zweite Energiespeicherzelle aufweisen, und wobei die ersten Energiespeicherzellen unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen geringeren Innenwiderstand aufweisen als die zweiten Energiespeicherzellen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein System mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung, einer n-phasigen elektrischen Maschine, wobei n ≥ 1, deren Phasenleitungen mit den Phasenanschlüssen der Energiespeichereinrichtung verbunden sind, und einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen der Energiespeichermodule zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für die elektrische Maschine selektiv anzusteuern.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Versorgungsspannung mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung, mit den Schritten des Erfassens der Temperatur der Energiespeicherzellen der Energiespeichereinrichtung, und des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen der erster Energiespeichermodulen in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur zum Erzeugen einer Versorgungsspannung an den Phasenleitungen aus den Ausgangsspannungen der Energiespeicherzellen der ersten Gruppe von Energiespeichermodulen.
  • Vorteile der Erfindung
  • Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, den Energie- und Zeitbedarf für eine Erwärmung von Energiespeicherzellen von Energiespeichereinrichtungen zur Vorkonditionierung der Energiespeicherzellen zu senken, indem eine Energiespeichereinrichtung mit einzeln zuschaltbaren Energiespeichermodulen verwendet wird, bei der ein Teil der verfügbaren Energiespeicherzellen speziell für den Einsatz bei tiefen Temperaturen ausgeführt wird. Dazu können beispielsweise besondere Leistungszellen verwendet werden, die bei niedrigen Temperaturen gegenüber herkömmlichen Energiespeicherzellen einen niedrigeren Innenwiderstand RI (Ausgangswiderstand) aufweisen. Bei einem Startvorgang eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs beispielsweise kann dann die notwendige Leistung nur aus den speziell ausgestalteten Leistungszellen entnommen, die für ein Starten bei tiefen Temperaturen, beispielsweise im Winter nicht gesondert vorgewärmt werden müssen. Dadurch ist das elektrisch betriebene Fahrzeug schneller startbereit als wenn die Energiespeicherzellen erst vorkonditioniert werden müssen. Nach dem initialen Startvorgang erwärmen sich die übrigen Energiespeicherzellen durch das Betreiben der elektrischen Maschine von selbst, so dass während der Fahrt wieder auf alle Energiespeicherzellen zurückgegriffen werden kann.
  • Eine weitere Idee der vorliegenden Erfindung ist es, die speziell ausgestalteten Leistungszellen zusätzlich mit Heizelementen zu versehen, um bei besonders tiefen Temperaturen ein Anwärmen dieser Zellen zu ermöglichen. Da nicht die gesamte Energiespeichereinrichtung, sondern nur dedizierte Energiespeicherzellen vorgewärmt werden müssen, und diese auch nur um einen geringeren Betrag als herkömmliche Energiespeicherzellen, kann der Energie- und Zeitbedarf für das Anwärmen der speziell ausgestalteten Leistungszellen minimiert werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Spannungsversorgungssystems für eine dreiphasige elektrische Maschine;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung und einer Heizeinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Anwärmen von Energiespeicherzellen einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein System 30 zur Spannungswandlung von durch Energiespeichermodule 1a, 1b bereitgestellter Gleichspannung in eine n-phasige Wechselspannung. Das System 30 umfasst eine Energiespeichereinrichtung 1 mit Energiespeichermodulen 1a, 1b, welche in Energieversorgungszweigen in Serie geschaltet sind. Beispielhaft sind in 2 drei Energieversorgungszweige gezeigt, welche zur Erzeugung einer dreiphasigen Wechselspannung, beispielsweise für eine Drehstrommaschine 2, geeignet sind. Prinzipiell ist jedoch jede andere Zahl an Phasen n ebenso möglich. Die Energiespeichereinrichtung 1 verfügt an jedem Energieversorgungszweig über einen Ausgangsanschluss, welche jeweils an Phasenleitungen 2a, 2b, 2c angeschlossen sind. Beispielhaft dient das System 30 in 2 zur Speisung einer elektrischen Maschine 2, insbesondere in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Erzeugung von elektrischem Strom für ein Energieversorgungsnetz 2 verwendet wird. Für den Fall, dass die Energiespeichereinrichtung 1 nur über einen Energieversorgungszweig verfügt, kann es vorgesehen sein, dass die Energiespeichereinrichtung 1 zur Versorgung eines Inverters bzw. eines Zwischenkreises eines Inverters ausgelegt ist.
  • Das System 30 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 6 umfassen, welche mit der Energiespeichereinrichtung 1 verbunden ist, und mithilfe derer die Energiespeichereinrichtung 1 gesteuert werden kann, um die gewünschten Ausgangsspannungen an den jeweiligen Phasenanschlüssen 2a, 2b, 2c bereitzustellen.
  • Die Energieversorgungszweige können an ihrem Ende mit einem Bezugspotential 4 (Bezugsschiene) verbunden werden, welches in der dargestellten Ausführungsform in Bezug auf die Phasenleitungen 2a, 2b, 2c der elektrischen Maschine 2 ein mittleres Potential führt. Das Bezugspotential 4 kann beispielsweise ein Massepotential sein. Im Falle, dass die Energiespeichereinrichtung 1 dazu ausgelegt ist, einen Zwischenkreis eines Inverters zu speisen, kann es vorgesehen sein, dass lediglich ein einziger Energieversorgungszweig vorgesehen ist, welcher mit seinen beiden Ausgangsanschlüssen mit den Eingangsanschlüssen des Zwischenkreises verbunden ist.
  • Jeder der Energieversorgungszweige weist mindestens zwei in Reihe geschaltete Energiespeichermodule 1a, 1b auf. Beispielhaft beträgt die Anzahl der Energiespeichermodule 1a, 1b pro Energieversorgungszweig in 2 drei, wobei jedoch jede andere Anzahl von Energiespeichermodulen 1a, 1b ebenso möglich ist. Vorzugsweise umfasst dabei jeder der Energieversorgungszweige die gleiche Anzahl an Energiespeichermodulen 1a, 1b, wobei es jedoch auch möglich ist, für jeden Energieversorgungszweig eine unterschiedliche Anzahl an Energiespeichermodulen 1a, 1b vorzusehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur zwei der Energiespeichermodule mit Bezugszeichen 1a bzw. 1b angedeutet, wobei jedoch die übrigen Energiespeichermodule in entsprechender Weise bezeichnet werden können.
  • Die Energiespeichermodule 1a, 1b umfassen jeweils eine Koppeleinrichtung 3 mit mehreren nicht gezeigten Koppelelementen. Die Energiespeichermodule 1a, 1b umfassen weiterhin jeweils ein Energiespeicherzellenmodul 5 bzw. 7 mit mindestens einer Energiespeicherzelle 5a bzw. 7a. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass mehrere der Energiespeicherzellen 5a bzw. 7a in einem Energiespeicherzellenmodul 5 bzw. 7 in Reihe geschaltet sind.
  • Die Energiespeicherzellenmodule 5 sind über Verbindungsleitungen mit Eingangsanschlüssen der zugehörigen Koppeleinrichtungen 3 verbunden. Die Koppeleinrichtungen 3 können beispielsweise als Vollbrückenschaltung mit vier Koppelelementen oder als Halbbrückenschaltung mit zwei Koppelelementen ausgebildet sein. Die Koppelelemente können dabei jeweils Halbleiterschalter, wie beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs) aufweisen. Die Koppelelemente können zum Beispiel als Leistungshalbleiterschalter, zum Beispiel in Form von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), JFETs (Junction Field-Effect Transistors) oder als MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors), ausgeführt sein.
  • Die Koppeleinrichtungen 3 können derart angesteuert werden, beispielsweise mithilfe der Steuereinrichtung 6, dass die Energiespeicherzellenmodule 5 bzw. 7 selektiv zwischen die Ausgangsanschlüsse der Energiespeichermodule 1a, 1b geschaltet werden oder dass die Energiespeicherzellenmodule 5 bzw. 7 überbrückt werden. Durch geeignetes Ansteuern der Koppeleinrichtungen 3 können daher einzelne Energiespeicherzellenmodule 5 bzw. 7 der Energiespeichermodule 1a, 1b gezielt in die Reihenschaltung eines Energieversorgungszweigs integriert werden.
  • Eine erste Gruppe von Energiespeicherzellenmodulen 5 kann dabei beispielsweise als Energiespeicherzellen 5a Lithium-Ionen-Batterien aufweisen. Diese Lithium-Ionen-Batterien können beispielsweise herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sein, die bei einer niedrigen Betriebstemperatur einen wesentlich höheren Innenwiderstand RI (Ausgangswiderstand) aufweisen als bei einer hohen Betriebstemperatur. Zum Beispiel ist der Innenwiderstand RI einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie bei einer Temperatur von –10°C etwa zehnmal höher als bei einer Temperatur von 25°C.
  • Eine zweite Gruppe von Energiespeicherzellenmodulen 7, die jeweils in jedem der Energieversorgungszweige angeordnet ist, weisen hingegen Energiespeicherzellen 7a auf, welche speziell ausgebildete Leistungszellen sind, die unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen signifikant niedrigeren Innenwiderstand RI besitzen als die herkömmlichen Energiespeicherzellen 5a, zum Beispiel als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Auf die zweite Gruppe von Energiespeicherzellenmodulen 7 kann dabei zurückgegriffen werden, wenn die an die Energiespeichereinrichtung angeschlossene elektrische Maschine einen hohen Leistungsbedarf bei einer geringen Ausgangsspannung aufweist. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass zur Erzeugung der Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 nur auf die Energiespeicherzellen 7a der zweiten Gruppe von Energiespeicherzellenmodulen 7 zurückgegriffen wird.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens 40 zum Erzeugen einer Versorgungsspannung mit einer Energiespeichereinrichtung 1. In einem ersten Schritt 41 wird die Temperatur T der Energiespeicherzellen 5a und 7a erfasst. Liegt die Temperatur T über einem gewissen vorbestimmten Schwellwert, ist es nicht notwendig, zwischen der ersten und der zweiten Gruppe von Energiespeichermodulen 1a und 1b zu unterscheiden, da die Energiespeicherzellen 5a und 7a beider Gruppen einen gleichermaßen hinreichend kleinen Innenwiderstand RI aufweisen. In diesem Fall kann die Energiespeichereinrichtung 1 wie gewöhnlich betrieben werden.
  • Beispielsweise kann die Temperatur T im Winter für den Einsatz einer Energiespeichereinrichtung 1 in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug jedoch relativ gering sein. Bei niedrigen Temperaturen weisen die Energiespeicherzellen 5a einen oberhalb einer akzeptablen Schwelle liegenden Innenwiderstand RI auf, wohingegen die speziell ausgebildeten Energiespeicherzellen 7a einen Innenwiderstand RI oberhalb eines Widerstandsschwellwertes aufweisen, der einen hinreichend gute Leistungsabgabe sicherstellen kann.
  • In diesem Fall kann in einem zweiten Schritt 42 vorgesehen sein, dass der Leistungsbedarf bzw. Strombedarf der elektrischen Maschine 2 erfasst wird. Insbesondere bei Startvorgängen eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, beispielsweise beim Anfahren, werden hohe Ströme, aber nur niedrige Versorgungsspannungen benötigt. Daher kann in dem zweiten Schritt 42 ermittelt werden, ob es ausreichend ist, die Versorgungsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 nur mit den Ausgangsspannungen eines Teils der Energiespeicherzellen 5a und 7a zu erzeugen, das heißt, ob der Strombedarf der elektrischen Maschine 2 oberhalb eines vorbestimmten Strombedarfsschwellwerts liegt.
  • Ist dies der Fall, kann in einem dritten Schritt 43 die Steuereinrichtung 6 die Koppeleinrichtungen 3 der zweiten Gruppe von Energiespeichermodulen 1b pro Energieversorgungszweig ansteuern, die mit speziell ausgebildeten Leistungszellen als Energiespeicherzellen 7a ausgestaltet sind. Die übrigen Energiespeichermodule 1a werden dabei nicht zur Erzeugung der Ausgangsspannung der Energiespeichereinrichtung 1 herangezogen. Erst nach Beendigung des Start- bzw. Anfahrvorgangs können die Energiespeicherzellen 5a der ersten Gruppe von Energiespeichermodulen 1a wieder in die Erzeugung der Versorgungsspannung miteinbezogen werden, wenn durch den Betrieb der Energiespeichereinrichtung 1 die Energiespeicherzellen 5a eine ausreichend hohe Betriebstemperatur erreicht haben.
  • 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Systems 20 mit einer Energiespeichereinrichtung 1. Das in 4 gezeigte System 20 unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten System 30 nur dadurch, dass zusätzlich in den Energiespeichermodulen 1b mit den speziell ausgebildeten Leistungszellen jeweils ein Heizelement 8 angeordnet ist. Das Heizelement 8 kann beispielsweise ein PTC-Thermistor sein, zum Beispiel aus einem keramischen Material wie Bariumtitanat. Das Heizelement 8 kann auch auf Basis von dotiertem Silizium hergestellt sein. Die Heizelemente 8 der Energiespeichermodule 1b sind in der Nähe der Energiespeicherzellen 7a angeordnet und können durch eine Heizeinrichtung 9 angesteuert werden. Die Heizeinrichtung 9 ist dazu ausgelegt, die Temperatur T, beispielsweise die Betriebstemperatur, der Energiespeicherzellen 7a zu erfassen und in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur T die Heizelemente 8 anzusteuern.
  • Bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, beispielsweise im Winter, können die Umgebungstemperaturen so niedrig sein, dass ein System 20, welches für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs eingesetzt wird, vorgewärmt werden muss. Dazu steuert die Heizeinrichtung 9 die Heizelemente 8 derart an, dass die Energiespeicherzellen 7a erwärmt werden, bis deren Temperatur T eine Betriebstemperaturschwelle erreicht haben, bei der die Energiespeicherzellen 7a einen hinreichend niedrigen Innenwiderstand RI aufweisen. Da die Energiespeicherzellen 7a im Gegensatz zu den Energiespeicherzellen 5a entsprechend ausgeführte Leistungszellen mit vergleichsweise niedrigem Innenwiderstand RI sind, ist 5 der Energie- und Zeitbedarf für das Anwärmen der Energiespeicherzellen 7a mithilfe der Heizelemente 8 entsprechend gering.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 5642275 A1 [0005]

Claims (6)

  1. Energiespeichereinrichtung (1) zum Erzeugen einer n-phasigen Versorgungsspannung für eine elektrische Maschine (2), wobei n ≥ 1, oder für einen Inverter, mit: n parallel geschalteten Energieversorgungszweigen, welche jeweils mit einem von n Phasenleitungen (2a, 2b, 2c) verbindbar sind, wobei jeder der Energieversorgungszweige eine Vielzahl von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (1a, 1b) aufweist, welche jeweils umfassen: ein Energiespeicherzellenmodul (5, 7), und eine Koppeleinrichtung (3), welche dazu ausgelegt ist, das Energiespeicherzellenmodul (5, 7) selektiv in den jeweiligen Energieversorgungszweig zu schalten oder zu überbrücken, wobei die Energiespeicherzellenmodule (7) jeweils einer ersten Gruppe von Energiespeichermodulen (1b) eines Energieversorgungszweigs mindestens eine erste Energiespeicherzelle (7a) aufweisen, und wobei die Energiespeicherzellenmodule (5) jeweils einer zweiten Gruppe von Energiespeichermodulen (1a) eines Energieversorgungszweigs mindestens eine zweite Energiespeicherzelle (5a) aufweisen, wobei die ersten Energiespeicherzellen (7a) unterhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellwerts einen geringeren Innenwiderstand (RI) aufweisen als die zweiten Energiespeicherzellen (5a).
  2. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten Energiespeichermodule (1b) eines Energieversorgungszweigs weiterhin jeweils ein Heizelement (8) für die mindestens eine Energiespeicherzelle (7a) aufweisen, und wobei die Energiespeichereinrichtung (1) eine Heizeinrichtung (9) aufweist, welche mit den Heizelementen (8) verbunden ist und welche dazu ausgelegt ist, die Heizelemente (8) zum Anwärmen der Energiespeicherzellen (7a) der ersten Energiespeichermodule (1b) anzusteuern.
  3. Energiespeichereinrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Heizelemente (8) PTC-Thermistoren umfassen.
  4. System (20, 30), mit: einer Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche; einer n-phasigen elektrischen Maschine (2), wobei n ≥ 1, deren Phasenleitungen (2a, 2b, 2c) mit den Phasenanschlüssen der Energiespeichereinrichtung (1) verbunden sind; und einer Steuereinrichtung (6), welche dazu ausgelegt ist, die Koppeleinrichtungen (3) der Energiespeichermodule (1a, 1b) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung für die elektrische Maschine (2) selektiv anzusteuern.
  5. Verfahren (40) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung mit einer Energiespeichereinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit den Schritten: Erfassen der Temperatur (T) der Energiespeicherzellen (5a, 7a) der Energiespeichereinrichtung (1); und Ansteuern der Koppeleinrichtungen (3) der ersten Energiespeichermodule (1b) in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (T) zum Erzeugen einer Versorgungsspannung an den Phasenleitungen (2a, 2b, 2c) aus den Ausgangsspannungen der Energiespeicherzellen (7a) der ersten Energiespeichermodule (1b).
  6. Verfahren (40) nach Anspruch 5 bei einem Einsatz in einem System nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Ansteuerns der Koppeleinrichtungen (3) durchgeführt wird, wenn der Strombedarf der n-phasigen elektrischen Maschine (2) einen vorbestimmten Strombedarfsschwellwert überschreitet.
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