DE102017210616A1 - Verfahren zum Betreiben einer Vielzahl von Nutzeinheiten für einen Verschleißangleich in einer Energieliefervorrichtung sowie Energieliefervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Vielzahl von Nutzeinheiten für einen Verschleißangleich in einer Energieliefervorrichtung sowie Energieliefervorrichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energieliefervorrichtung (10) mit einer Vielzahl von Nutzeinheiten (12), wobei jede Nutzeinheit (12) dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen oder zwischenzuspeichern, und wobei eine Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, einen Energieaustausch (E) zwischen der Energieliefervorrichtung (10) einerseits und zumindest einem mit der Energieliefervorrichtung (10) gekoppelten Gerät (100) andererseits zu steuern, indem sie bei jeder Nutzeinheit (12) jeweils einen Sollwert zumindest einer elektrischen Betriebsgröße einstellt. Die Erfindung sieht vor, dass die Steuereinrichtung (19) vor dem Energieaustausch (E) zu jeder Nutzeinheit (12) einen jeweiligen Verschleißwert der Nutzeinheit (12) ermittelt und für jede Nutzeinheit (12) den jeweiligen Sollwert der zumindest einen Betriebsgröße auf der Grundlage eines Angleichkriteriums ermittelt, wobei das Angleichkriterium vorsieht, dass durch Einstellen jedes Sollwerts die Nutzeinheiten (12) insgesamt den Energieaustausch (E) vollständig vollziehen und dabei ein aus allen Verschleißwerten berechneter Unterschied der Abnutzung der Nutzeinheiten (12) minimal gehalten wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vielzahl von Nutzeinheiten in einer Energieliefervorrichtung. Die Energieliefervorrichtung kann beispielsweise ein elektrischer Stationärspeicher zum Beispiel auf Basis von Batteriemodulen oder eine Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug sein, wobei dann die Nutzeinheiten die Batteriemodule der Batterie sind. Für einen Energieaustausch zwischen der Energieliefervorrichtung und zumindest einem daran angeschlossenen Gerät stellt eine Steuereinrichtung bei jeder Nutzeinheit einen Sollwert für zumindest eine Betriebsgröße, zum Beispiel für den elektrischen Strom, ein. Der Energieaustausch kann die Energieaufnahme oder Energieabgabe vorsehen. Zu der Erfindung gehört auch eine Energieliefervorrichtung, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann.
  • Eine Energieliefervorrichtung mit elektrischen Kondensatoren als Nutzeinheiten ist beispielsweise aus der US 6522031 B2 bekannt. Die Kondensatoren sind über Stromschienen mit einem Anschluss zum Anschließen eines Geräts oder eines elektrischen Netzwerkes verschaltet.
  • Eine Energieliefervorrichtung mit einer Vielzahl von Nutzeinheiten ist auch aus der US 5610802 A bekannt. Die Nutzeinheiten sind dort in einem Regal angeordnet und können einzeln unabhängig voneinander aus dem Regal entfernt werden.
  • Aus der US 6424119 B1 ist eine Energieliefervorrichtung bekannt, bei welcher mehrere Batteriemodule über einen Gleichspannungsbus miteinander gekoppelt sind. In den Gleichspannungsbus kann mittels eines Gleichrichters eine gleichgerichtete Ladespannung eingespeist werden, um die Batterien aufzuladen. Mittels eines Wechselrichters kann die Gleichspannung in eine Netzspannung zum Betreiben von Netzgeräten gewandelt werden.
  • Aus der DE 10 2014 200 329 A1 ist eine Energieliefervorrichtung bekannt, bei welcher Nutzeinheiten in parallel geschalteten Strängen angeordnet sind, wobei jeder Strang einige der Nutzeinheiten umfasst. Jeder Strang kann über eine Schalteinheit an eine Stromschienenanordnung geschaltet werden. Innerhalb jedes Stranges ist ein sogenanntes Load-Balancing für die darin in Reihe geschalteten Nutzeinheiten nötig. Dies bedeutet aber, dass die Nutzeinheit mit dem größten Verschleiß die an jeder Nutzeinheit einstellbare elektrische Spannung begrenzt. Verschleißt eine Nutzeinheit schneller als eine andere Nutzeinheit, so wirkt sich dies also auf die Gesamt-Leistungsfähigkeit der Energieliefervorrichtung aus. Mit anderen Worten beeinträchtigt die schwächste Nutzeinheit die Gesamtlebensdauer oder Gesamtnutzungsdauer der Energieliefervorrichtung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Energieliefervorrichtung mit einer Vielzahl von Nutzeinheiten eine Maßnahme zur Verlängerung der Gesamtnutzungsdauer oder Gesamtlebensdauer der Energieliefervorrichtung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren gegeben.
  • Die Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um eine Energieliefervorrichtung mit einer Vielzahl von Nutzeinheiten zu betreiben. Jede Nutzeinheit ist allgemein dazu eingerichtet, elektrische Energie zu erzeugen oder zwischenzuspeichern oder dynamisch umzuverteilen (wie z.B. ein Kondensator). Es ist des Weiteren eine Steuereinrichtung vorgesehen und dazu eingerichtet, den Energieaustausch zwischen der Energieliefervorrichtung einerseits und zumindest einem mit der Energieliefervorrichtung gekoppelten Gerät oder an die Energieliefervorrichtung angeschlossenen Gerät andererseits zu steuern. An die Energieliefervorrichtung kann beispielsweise ein elektrisch antreibbares Fahrzeug zum Aufladen von dessen Traktionsbatterie angeschlossen sein. Für den Energieaustausch muss ein elektrischer Strom fließen, um elektrische Leistung zu übertragen. Dies kann durch eine Regelung gesteuert werden. Die besagte Steuereinrichtung gibt hierzu für jede Nutzeinheit jeweils einen Sollwert zumindest einer elektrischen Betriebsgröße vor oder stellt diesen Sollwert ein. Der Sollwert kann beispielsweise die Stromstärke des Stroms der Nutzeinheit vorgeben, die mittels einer Stromregelung eingestellt werden kann.
  • Eine Nutzeinheit kann bei einem solchen Energieaustausch verschleißen oder altern. Beispielsweise kann sich bei einer Nutzeinheit in Form eines Batteriemoduls dessen Innenwiderstand verschlechtern, das heißt irreversibel vergrößern. Um nun einen solchen Verschleiß einer einzelnen Nutzeinheit nicht so weit zu treiben, dass die Nutzeinheit ausfällt und deshalb der Betrieb der Energieliefervorrichtung insgesamt gestört ist, ist erfindungsgemäß Folgendes vorgesehen. Die Steuereinrichtung führt die folgenden Schritte vor dem besagten Energieaustausch und/oder auch während des Energieaustauschs einmal oder wiederholt durch.
  • Zu jeder Nutzeinheit ermittelt die Steuereinrichtung einen jeweiligen Verschleißwert der Nutzeinheit. Der Verschleißwert gibt einen Grad der Abnutzung oder einen Abnutzungszustand der jeweiligen Nutzeinheit an. Ein solcher Verschleißwert kann je nach Technologie (zum Beispiel Batteriemodul oder Kondensator) eine andere technische Größe der Nutzeinheit darstellen. Welche technische Größe für die Beschreibung des Verschleißes geeignet ist, kann durch einfache Versuche ermittelt werden.
  • Für jede Nutzeinheit wird dann der jeweilige Sollwert für die zumindest eine Betriebsgröße (zum Beispiel für den Betriebsstrom) auf der Grundlage der Verschleißwerte ermittelt, indem die Sollwerte derart gewählt werden, dass sie ein vorbestimmtes Angleichkriterium erfüllen. Das Angleichkriterium hat zum Ziel, die Verschleißzustände der Nutzeinheiten anzugleichen. Das Angleichkriterium sieht hierzu vor, dass die Sollwerte derart gewählt werden, dass ein aus allen Verschleißwerten berechneter Unterschied der Abnutzung der Nutzeinheiten zumindest gleich gehalten wird oder sogar verringert wird. Dies bedeutet, dass die Sollwerte für die Nutzeinheiten in der Weise eingestellt werden, dass sich ein Unterschied in der Abnutzung unterschiedlicher Nutzeinheiten zumindest nicht vergrößert, also gleich bleibt oder sogar verringert. Der Betrieb der Nutzeinheiten für den Energieaustauschs bewirkt also einen Verschleißangleich (Englisch: Wear Leveling). Das Angleichkriterium sieht natürlich auch vor, dass durch Einstellen der Sollwerte insgesamt der Energieaustausch vollständig vollzogen wird. Mit anderen Worten wird sichergestellt, dass so viel Energie bereitgestellt oder aufgenommen wird, wie es für den Energieaustausch nötig ist, also z.B. für einen Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs.
  • Durch Einstellen der Sollwerte kann dann eine oder es können einige oder alle der Nutzeinheiten beim Energieaustausch involviert oder genutzt werden, indem ihr Sollwert entsprechend vorgegeben wird. Für jede übrige Nutzeinheit kann der Sollwert 0 betragen. Enthält die Energieliefervorrichtung also eine stark abgenutzte Nutzeinheit und eine weniger stark abgenutzte Nutzeinheit, so werden die Sollwerte für diese beiden Nutzeinheiten derart eingestellt, dass die weniger stark abgenutzte Nutzeinheit bei dem Energieaustausch mehr belastet wird als die bereits stark abgenutzte Nutzeinheit. Hierdurch wird diese geschont, während jene bei dem Energieaustausch stärker abgenutzt wird. Damit gleich sich insgesamt die Abnutzung dieser beiden Nutzeinheiten an.
  • Durch die Erfindung ergibt sich also der Vorteil, dass die Verschleißwerte der Nutzeinheiten angeglichen werden oder, falls sie schon gleich sind, gleich gehalten werden können. Somit wird vermieden, dass sich in der Energieliefervorrichtung eine Nutzeinheit ergibt, die bis zum Totalausfall abgenutzt wird, während zeitgleich noch eine Nutzeinheit vorhanden ist, die noch voll funktionstüchtig ist und für mehrere Betriebsstunden einsatzbereit wäre. Der Totalausfall der einen Nutzeinheit würde dann auch den Ausfall der Energieliefervorrichtung bedeuten können. Durch das beschriebene Verfahren ergibt sich dagegen ein gleichmäßiger Verschleiß aller Nutzeinheiten durch eine homogene Nutzung des Felds oder der Anordnung aus Nutzeinheiten. Man erzielt hierdurch einen Verschleißangleich beim Betrieb der Nutzeinheiten. Dies kann als Äquivalent zu dem Wear-Leveling aus der FLASH-Speichertechnologie angesehen werden (siehe den Internet-Link https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling).
  • Die für die Durchführung des Verfahrens vorgesehene Steuereinrichtung kann beispielsweise auf der Grundlage zumindest eines Mikroprozessors und/oder zumindest eines Mikrocontrollers bereitgestellt werden. Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte können beispielsweise als ein Programmcode realisiert sein, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Steuereinrichtung die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Speichereinrichtung gespeichert sein.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
  • Das Angleichkriterium kann wie folgt ausgestaltet sein. Er werden diejenigen der Nutzeinheiten verwendet, welche Verschleißwerte aufweisen, die eine geringste Abnutzung indizieren. Es werden also die Nutzeinheiten mit der am wenigsten fortgeschrittenen Abnutzung verwendet. Dabei werden so viele der Nutzeinheiten verwendet, dass der Energieaustausch mit ihnen durchführbar ist. Es kann also bei der Nutzeinheit mit der geringsten Abnutzung begonnen werden und jeweils eine nächste Nutzeinheit ausgewählt werden, die unter den verbleibenden Nutzeinheiten wiederum die geringste Abnutzung aufweist. Auf diese Weise werden so viele Nutzeinheiten ausgewählt, dass der Energieaustausch insgesamt ermöglicht ist.
  • Allgemein ist eine Nutzeinheit ein elektrische Quelle oder eine Senke zum Umschichten oder Umverteilen von Energie. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Nutzeinheiten jeweils zumindest eine Batteriezelle (Akkumulatorzelle), insbesondere ein Batteriezellenmodul oder einen Verbund mehrerer (z.B. parallel geschalteter) Batteriezellenmodule, und/oder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder zumindest ein Solarpanel und/oder zumindest einen Kondensator und/oder zumindest einen Generator umfassen. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Nutzeinheit mehrere Batteriezellen oder mehrere Brennstoffzellen, also einen Brennstoffzellenstapel, oder mehrere Solarzellen oder mehrere Kondensatoren umfasst. Eine Nutzeinheit kann also beispielsweise ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen sein. Eine Nutzeinheit kann auch eine Verschaltung mehrerer Batteriemodule vorsehen, beispielsweise einen Strang aus mehreren in Reihe geschalteten Batteriemodulen oder einen Strang aus einer Reihenschaltung aus Parallelschaltungen gebildet ist, wobei jede Parallelschaltung wiederum mehrere Batteriemodule umfasst.
  • Mit anderen Worten sind zumindest einige der Nutzeinheiten zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie eingerichtet, also z.B. durch Batteriemodule und/oder Kondensatoren gebildet. Die zumindest eine Betriebsgröße solcher Nutzeinheiten umfasst dann zumindest eine der folgenden: einen Ladezustand SoC (State of Charge), eine Entladetiefe (DoD - Depth of Discharge), eine Aufladestromstärke, eine Entladestromstärke, eine Aufladespannung. Der Ladezustand und/oder die Entladetiefe kann in Abhängigkeit von der in der Nutzeinheit bereitgestellten Technologie, beispielsweise der verwendeten Elektrochemie, abhängig gewählt werden. Durch Einstellen der Entladetiefe wird der sogenannte Swing (Hub beim Entladevorgang) begrenzt, was sich auf die Lebensdauer einer Nutzeinheit auswirkt. Durch einen entsprechenden Sollwert kann also festgelegt werden, wie stark eine Nutzeinheit bei einem gegebenen Energieaustausch abgenutzt oder verschlissen wird.
  • Der Verschleißwert kann als eine Funktion einer Impedanz und/oder eines Innenwiderstands berechnet werden. Beispielsweise kann der Verschleißwert identisch mit der Impedanz oder dem Innenwiderstand sein.
  • Falls es sich bei den Nutzeinheiten um Energiespeicher zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie handelt, beispielsweise um Batteriemodule, kann es sein, dass nur einige der Nutzeinheiten aktuell geladen sind. Handelt es sich bei den geladenen Nutzeinheiten um stark verschlissene Nutzeinheiten, so sollten diese dennoch nicht beim nächsten Energieaustausch wieder verwendet werden, sondern stattdessen weniger stark verschlissene Nutzeinheiten benutzt werden. Eine Weiterbildung sieht für diesen Fall vor, dass vor einem Energieaustausch Umschichtenergie von zumindest einer Nutzeinheit in zumindest eine andere Nutzeinheit übertragen wird. Es wird also Energie innerhalb der Energieliefervorrichtung umgeladen. Die zumindest eine Nutzeinheit, die entladen wird, und die zumindest eine andere Nutzeinheit, die aufgeladen wird, sind dabei in der Weise ausgewählt, dass der jeweilige Verschleißwert der zu entladenden Nutzeinheit eine größere Abnutzung angibt als der jeweilige Verschleißwert der zumindest einen anderen, aufzuladenden Nutzeinheit. Da das Umladen schonender vorgenommen werden kann als der eigentliche Energieaustausch, weil zum Beispiel mehr Zeit dafür zur Verfügung steht, kann somit die zumindest eine Nutzeinheit, die entladen wird, schonender entladen werden, als es der Fall ist bei der zumindest einen anderen Nutzeinheit später bei dem eigentlichen Energieaustausch mit dem zumindest einen angeschlossenen Gerät. Durch das Umladen kann zusätzlich oder alternativ eine durch einen Sollwert vorgegebene Entladetiefe eingehalten werden.
  • Bisher wurden Maßnahmen beschrieben, um für einen vorgegebenen Energieaustausch die Abnutzung auf solche Nutzeinheiten zu konzentrieren, deren Abnutzung bisher am geringsten ist. Die Erfindung sieht aber auch weitere Schonungsmaßnahmen vor, um insgesamt die Nutzeinheiten unabhängig von ihrem Verschleißgrad schonend zu betreiben, das heißt eine Abnutzung zu vermeiden.
  • Eine Weiterbildung sieht vor, dass hierzu beim Einstellen des jeweiligen Sollwerts für die Nutzeinheiten durch das Angleichkriterium auch eine Schonungsbedingung, das heißt eine vorbestimmte Randbedingung, für jede Nutzeinheit berücksichtigt wird. Die Schonungsbedingung kann umfassen, dass jede Nutzeinheit mit einem für eine jeweilige Technologie der Nutzeinheit vorgesehenen Einzelbetriebsprofil betrieben wird. Das heißt, auch für den Fall, dass die Nutzeinheit beim Energieaustausch eingesetzt oder verwendet wird, wird sie gemäß ihrer Technologie mit einem vorbestimmten Einzelbetriebsprofil betrieben. Je nach Technologie kann das Einzelbetriebsprofil die Energie und/oder Leistung und/oder den Strom und/oder der Spannung im zeitlichen Verlauf beschreiben oder vorgeben. Ein Einzelbetriebsprofil kann somit beispielsweise den zeitlichen Verlauf des Stromes vorgeben. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Schonungsbedingung umfassen, dass eine Differenz von einem vorbestimmten Idealladezustand kleiner als eine vorbestimmte Maximaldifferenz gehalten wird. Mit anderen Worten wird also der besagte Swing, das heißt die Differenz zwischen maximalem Ladezustand und minimalem Ladezustand, kleiner als eine vorbestimmte Maximaldifferenz gehalten. Beispielsweise kann das Aufladen und Entladen der Nutzeinheit in einem Bereich von +X% bis -Y% um den Idealladezustand herum variiert werden, wobei X, Y in einem Bereich von 10% bis 30% liegen kann. Der Idealladezustand kann z.B. bei 50% der Speicherkapazität liegen.
  • Eine weitere Schonungsmaßnahme ist gemäß einer Weiterbildung gegeben, indem in der Energieliefervorrichtung mehr Nutzeinheiten vorgehalten werden als für den Energieaustausch notwendig ist. Eine Summe der Einzelkapazitäten der Nutzeinheiten ist also größer als eine nominelle Nennkapazität der Energieliefervorrichtung. Die Nennkapazität kann sich z.B. auf zumindest eine der folgenden Kenngrößen beziehen: Speicherkapazität, maximale Leistung. Aufgrund der Überkapazität kann dann eine Nutzeinheit oder eine Teilgruppe aus den Nutzeinheiten anhand eines Leistungsfähigkeitskriteriums ermittelt oder ausgewählt. Die ausgewählte Nutzeinheit oder Teilgruppe bleibt beim Energieaustausch unbetrieben. Das heißt sie nimmt nicht am Energieaustausch teil. Das Leistungsfähigkeitskriterium kann beispielsweise auf das sogenannte Loadbalancing für Batteriemodule oder Kondensatoren bezogen sein, durch welches alle in einer Reihenschaltung verschalteten Nutzeinheiten auf einen gemeinsamen Einzelspannungswert eingestellt werden. Bei dem Einzelspannungswert muss es sich um die niedrigste Einzelspannung der einzelnen Nutzeinheiten in der Reihenschaltung handeln. Somit begrenzt also die schwächste Nutzeinheit die maximal mögliche Einzelspannung jeder anderen Nutzeinheit. Nimmt man nun die Nutzeinheit mit der niedrigsten Einzelspannung heraus, sodass sie unbetrieben bleibt, so kann also an jeder übrigen Nutzeinheit eine größere Einzelspannung eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil durch das Bereitstellen der besagten Überkapazität, durch welche sich also eine größere Bruttokapazität der Energieliefervorrichtung ergibt als die (nach außen hin) angegebene nominelle Nennkapazität, ist der folgende. Für den Energieaustausch muss eine elektrische Leistung bereitgestellt werden. Da nun die Bruttokapazität der Energieliefervorrichtung größer als die Nennkapazität ist, ist auch die von der Energieliefervorrichtung bereitstellbare Nennleistung insgesamt kleiner als die Summe der Nennleistungen der einzelnen Nutzeinheiten. Werden mehr Nutzeinheiten betrieben als für den Energieaustausch mindestens nötig, so muss keine der Nutzeinheiten mit ihrer Einzelnennleistung betrieben werden, sondern kann mit weniger als ihrer Einzelnennleistung betrieben werden, und es ergibt sich dennoch die Gesamtnennleistung an den Ausgangsanschlüssen der Energieliefervorrichtung. Mit anderen Worten ist die Summe der einzelnen Nennleistungen (Einzelnennleistungen) der Nutzeinheiten größer als die nominelle Nennleistung der Energieliefervorrichtung.
  • Um überhaupt Nutzeinheiten mit unterschiedlichen Sollwerten betreiben zu können, müssen diese unabhängig voneinander mit einem externen Gerät verschaltet oder gekoppelt werden können. Eine Weiterbildung sieht hierzu vor, dass jeweils einige der Nutzeinheiten zu Schaltungszweigen zusammengefasst sind, die hier jeweils als Strang bezeichnet sind. Die Nutzeinheiten eines Strangs sind dabei zu einer Reihenschaltung verschaltet. Die Reihenschaltung des Strangs ist wiederum an einem Ende des Strangs mit einem Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) verbunden. Zumindest Ende des Strangs (bevorzug beide Enden) ist jeweils über zumindest eine galvanisch trennfähige Schalteinheit mit einer Stromschienenanordnung verbunden, über welche der Energieaustausch mit dem zumindest einen angeschlossenen externen Gerät durchgeführt wird. Somit kann die Reihenschaltung eines Strangs mit der Stromschienenanordnung wahlweise mittels der zumindest einen Schalteinheit gekoppelt werden und dann ein aus dem Strang in die Stromschienenanordnung fließender elektrischer Strom mittels des Gleichspannungswandlers in der Stromstärke gesteuert oder geregelt werden. Um auch innerhalb der Reihenschaltung jedes Strangs gezielt Nutzeinheiten für den Energieaustausch auszuwählen und andere Nutzeinheiten unbetrieben lassen zu können, ist innerhalb jedes Strangs für jede Nutzeinheit eine Überbrückungsschaltung vorgesehen. Die Steuereinrichtung steuert dann zum Einregeln des jeweiligen Sollwerts des zumindest einen Betriebswerts der ausgewählten Nutzeinheiten mittels des Gleichspannungswandlers den Strom des Strangs. Des Weiteren wird auch die zumindest eine Schalteinheit jedes Strangs durch die Steuereinrichtung gesteuert, um den Strang überhaupt an die Stromschienenanordnung anzuschließen oder von dieser zu trennen. Auch die Überbrückungsschaltungen jedes Strangs werden durch die Steuereinrichtung gesteuert. Insgesamt kann so die Steuereinrichtung die zu verwendenden Nutzeinheiten einzeln auswählen und die übrigen Nutzeinheiten elektrisch überbrücken, und den Strom der Nutzeinheiten mittels des Gleichspannungswandlers einstellen oder einregeln. Der Gleichspannungswandler ist bevorzugt ein Tiefsetzsteller.
  • Zu der Erfindung gehört auch eine Energieliefervorrichtung, die gemäß dem Verfahren betrieben werden kann. Sie weist also mehrere Nutzeinheiten auf, von denen jede dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen oder zwischenzuspeichern. Eine Steuereinrichtung der Energieliefervorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. In der besagten Weise kann die Steuereinrichtung hierzu zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen Mikroprozessor aufweisen.
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieliefervorrichtung;
    • 2 eine schematische Darstellung einer Nutzeinheit der Energieliefervorrichtung von 1 mit einer Überbrückungsschaltung.
  • Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine elektrische Energieliefervorrichtung 10, die als Energiespeicher oder als reine Energiequelle oder als eine Kombination daraus ausgestaltet sein kann. Die Energieliefervorrichtung 10 kann z.B. als ein Stationärspeicher für elektrische Energie vorgesehen sein. Sie kann z.B. an einem Straßennetz aufgebaut sein. An die Energieliefervorrichtung 10 kann dann zumindest ein Gerät 100, z.B. ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, angeschlossen werden, um mittels eines Energieaustauschs E z.B. eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs aufzuladen. Die Energieliefervorrichtung 10 kann auch für die Verwendung als Mobilbatterie oder Traktionsbatterie oder Solarspeicher vorgesehen sein. Als Traktionsbatterie kann an die Energieliefervorrichtung z.B. eine elektrische Maschine eines Traktionsantriebs angeschlossen sein. Die Energieliefervorrichtung 10 kann im geladenen Zustand mindestens 1 kW elektrische Leistung ausgeben und/oder mindestens 1 kWh elektrische Energie liefern.
  • In der Energieliefervorrichtung 10 können für den Energieaustausch E mehrere Schaltungszweige oder Strings oder Stränge 11 vorgesehen sein, wobei in jedem Strang 11 jeweils mehrere der Nutzeinheiten 12 zu einer Reihenschaltung 13 verschaltet sein können. Die Nutzeinheiten 12 sind also in der Energieliefervorrichtung 10 zusammengefasst, also z.B. in einer Fahrzeug-Traktionsbatterie oder in einem elektrischen Stationärspeicher. Die Energieliefervorrichtung 10 kann ein Gehäuse aufweisen, in welchem die Stränge 11 und die Stromschienenanordnung 18 angeordnet sind.
  • Jede Nutzeinheit 12 kann jeweils einen elektrischen Energiespeicher und/oder eine reine Quelle für elektrische Energie enthalten. Als Energiespeicher kann eine Nutzeinheit z.B. eine elektrochemische Batteriezelle oder ein Batteriezellenmodul mit mehreren Batteriezellen oder einen Kondensator oder eine Kondensatoranordnung mit mehreren Kondensatoren enthalten. Beispiele für Batteriezellen sind solche mit der Technologie Lithium-Ionen, Blei, Solid-State/Festkörper. Beispiele für geeignete Kondensatoren sind Doppelschichtkondensatoren (sog. Supercaps (R)) mit einer Kapazität von bevorzugt mindestens 1mF insbesondere mindestens 100mF). Beispiele für eine reine Quelle sind jeweils einen Brennstoffzelle und eine Solarzelle. Als Energiequelle kann eine Nutzeinheit 12 z.B. eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel oder eine Solarzelle oder ein Solarpanel oder einen Generator z.B. eines Kraftwerks (z.B. eines Pumpspeicherkraftwerks) enthalten. Eine Nutzeinheit 12 kann zur Stromerhöhung auch eine Parallelschaltung von z.B. mehreren Batteriezellen oder Batteriezellenmodulen aufweisen.
  • Innerhalb jedes Strangs 11 ist die verwendete Technologie der Nutzeinheiten 12 einheitlich, d.h. es sind z.B. nur Batteriemodule oder nur Solarzellen vorgesehen. Jeder Strang 11 weist also Nutzeinheiten 12 gleicher Technologie auf, also z.B. als Batteriezellenmodul jede einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Aber es können gemischte Technologien durch unterschiedliche Stränge 11 bereitgestellt sein. Hierdurch kann die Energieliefervorrichtung an einen Einsatzzweck oder an ein benötigtes Betriebsprofil angepasst sein. Z.B. können für den Einsatz der Energieliefervorrichtung 10 im Kraftfahrzeug als Traktionsbatterie z.B. zwei Stränge unterschiedlicher Technologie vorgesehen sein, z.B. mit einer Aufteilung der Anzahl der Nutzeinheiten 12: 80% Energiezellen (große Speicherkapazität), 20% Leistungszellen (teurer, aber größerer Leistungsfluss).
  • Pro Strang 11 können, wie in 1 gezeigt, zusätzlich zu der Reihenschaltung 13 aus Nutzeinheiten 12 noch vorgesehen sein: ein Gleichspannungswandler 14, jeweils eine mechanische Schalteinheit 15 an den Strangenden 11', eine Messeinrichtung 16 für eine Strangstromstärke I und/oder eine Spannungsmesseinrichtung zum Erfassen einer Summenspannung oder Strangspannung U des Stranges 11.
  • Jeder Gleichspannungswandler 14 kann in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein. Allgemein kann der Gleichspannungswandler ein Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller oder ein Inverswandler sein. Jeder Gleichspannungswandler 14 kann insbesondere ein Tiefsetzsteller sein. Jede Schalteinheit 15 kann mechanisch schaltend ausgestaltet sein und ist insbesondere galvanisch trennfähig. Jede Schalteinheit 15 kann mehrere ON/OFF-Schütze oder (wie in 1 gezeigt) einen als Wechselschalter ausgestaltetes Schütz aufweisen (1-zu-N-Multiplexer). Mittels jeder Schalteinheit 15 kann das jeweilige Strangende 11' galvanisch mit Stranganschlüssen 17 abwechselnd verbunden und getrennt werden. Jeder Stranganschluss 17 stellt einen elektrischen Anschluss zu einer Stromschiene 18' dar. Die Stromschienen 18' insgesamt bilden eine Stromschienenanordnung 18 aus unabhängigen Stromschienen 18'. Jeder Stranganschluss 17 eines Strangs 11 kann dabei mit einer anderen Stromschiene 18' der Stromschienenanordnung 18 verbunden sein. Pro Strangende 11' (Plus-Pol und Minus-Pol) können also mehrere Stranganschlüsse 17 vorgesehen sein, um den Strang 11 an mehrere unterschiedliche Stromschienen 18' der Stromschienenanordnung 18 abwechselnd zu verbinden oder von jeder Stromschiene 18' galvanisch zu trennen. Durch Öffnen der beiden Schalteinheiten 15 eines Strangs 11 kann dieser somit galvanisch entkoppelt werden und im laufenden Betrieb der Energieliefervorrichtung 10 auch ausgetauscht werden.
  • Jeder Strang 11 kann mittels der Reihenschaltung 13 eine - Summenspannung oder Gleichspannung U an den Stranganschlüssen 17 bereitstellen. Die Gleichspannung U kann eine Gleichspannung (HV) sein, die mehr als 60V, insbesondere mehr als 100V betragen kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Gleichspannung U im Bereich von 8V bis 60V liegt. Zwischen zwei Stromschienen 18' liegt somit eine Gleichspannung an, wenn ein Strang 11 galvanisch mit ihnen verbunden ist. Jeder Strang 11 kann dazu mittels seiner Schalteinheiten 15 abwechselnd mit jeweils einem Paar aus Stromschienen 18 galvanisch verbunden werden. Der Strang 11 kann mittels der Schalteinheiten 15 abwechselnd mit jeweils einem Stromschienen-Paar galvanisch verschaltet werden, indem jeweils ein Stangende 11' an eine Stromschiene 18' des Stromschienenpaars verbunden wird, sodass die Gleichspannung U an dem Stromschienen-Paar abfällt.
  • Die Messeinheit 16 kann auch die besagte Gesamtspannungsmessung über den String 11 vorsehen, um die Gleichspannung U zu erfassen. Die Messeinheit 16 ist dazu bevorzugt dem Gleichspannungswandler 14 nachgeschaltet, wie in 1 dargestellt, um eine Spannungsregelung mittels des Gleichspannungswandlers 14 zu ermöglichen. Wie im Zusammenhang mit 2 noch erläutert werden wird, ist noch eine Einzelspannungsmessung in jeder Nutzeinheit 12 vorgesehen.
  • Über die Stromschienenanordnung 18 kann das zumindest eine Gerät 100 mit den Strängen 11 verbunden werden. Durch die Stromschienen 18' der Stromschienenanordnung 18 ist somit eine Stromschienenmatrix gebildet, über die wahlweise zumindest ein ausgewählter Strang 11 mit einem ausgewählten Gerät 100 elektrisch verbunden werden kann, während zugleich ein anderes Gerät mit zumindest einem anderen Strang 11 elektrisch verbunden werden kann. Die Geräte bleiben dabei galvanisch voneinander getrennt.
  • Welcher Strang 11 mit welcher Stromschiene 18' elektrisch verbunden wird, kann durch eine Steuereinrichtung 19 festgelegt werden. Die Steuereinrichtung 19 kann hierzu einen jeweiligen Energiebedarf und/oder einen jeweiligen Leistungsbedarf des zumindest einen angeschlossenen Geräts 100 ermitteln und dann zumindest einen Strang 11 auswählen, mittels welchem dem Bedarf entsprochen werden kann. Den Bedarf kann das Gerät 100 selbst z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle mitteilen oder er kann z.B. als ein fest vorgegebener Wert in der Steuereinrichtung 19 gespeichert sein. Die Steuereinrichtung 19 kann dann die Schalteinheiten 15 jedes ausgewählten Strangs 11 mit den Stromschienen 18' verbinden, die zu dem angeschlossenen Gerät 100 führen.
  • Es kann jeweils eine weitere Schalteinheit 15' zwischen je zwei Strängen 11 vorgesehen sein, um zwei Stränge 11 in Reihe zu schalten und somit deren Strangspannung zu addieren. Damit kann zwischen zwei Stromschienen 18' auch ein größere Spannung bereitgestellt werden, als sie von einem einzelnen Strang 11 erzeugt werden kann.
  • Die Stromschienen 18' können jeweils paarweise mit einem Ausgangsanschluss 20 verbunden sein, an welchem jeweils ein Gerät 100 angeschlossen sein kann. Die Verbindungen der Stromschienen 18' mit den einzelnen elektrischen Kontakten der Ausgangsanschlüsse 20 sind in 1 durch korrespondierende Beschriftungen 1+, 2+, 3+, 1-, 2-, 3-, wobei „+“ für PlusPotential und „-“ für Minus-Potential oder Masse-Potential stehen kann. Die Bezeichnungen symbolisieren drei mögliche Stromschienenpaare 1+,1- und 2+, 2- und 3+, 3-, wobei durch eine weitere, nicht dargestellte Schalteinrichtung auch die elektrischen Kontakte der Ausgangsanschlüsse 20 abwechselnd mit unterschiedlichen der Stromschienen 18' verbindbar ausgestaltet sein können. Die Ausgangsanschlüsse 20 können dabei stets untereinander galvanisch getrennt bleiben, solange jede Stromschiene 18' eines Anschlusses 20 mit einem anderen Strang 11 galvanisch verbunden ist.
  • Hierbei kann auch ein gleichzeitiges Laden und Entladen unterschiedlicher Stränge 11 vorgesehen sein, um z.B. ein Gerät 100 nacheinander mit elektrische Energie aus unterschiedlichen Strängen 11 zu versorgen, die zwischendurch wieder aufgeladen werden. Z.B. kann ein Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs (oder allgemein eines Geräts) über ein Stromschienen-Paar mit einer Ausgangsspannung von z.B. 400V erfolgen, während gleichzeitig das Aufladen anderer Stränge 11 z.B. über einen Transformator 21 bei einer Ladespannung von z.B. 800 V aus einem Versorgungsnetz 22 oder aus einer anderen vorrichtungsexternen Energiequelle erfolgen kann. Der Transformator 21 kann an einem Eingangsanschluss 23 der Einergieliefervorrichtung 10 angeschlossen sein. Sind die Stränge 11 nicht für diese Ladespannung ausgelegt, können sie mittels der Schalteinheit 15' in Reihe zu einer Serienschaltung verschaltet werden. Die galvanische Trennung erfolgt durch die Nutzung unterschiedlicher Stromschienen 18' für die jeweiligen Stränge 11 und/oder jede Spannungsebene (Ausgangsspannung und Ladespannung, z.B. 400V und 800V).
  • Durch die Stränge 11 kann auch eine Leistungskonzentration erfolgen, indem an dem Eingangsanschluss 23 eine Energiequelle, z.B. eine Solaranlage, mit einer ersten Leistung Energie in zumindest einen Strang 11 einspeist und anschließend der Strang 11 diese Energie mit einer zweiten Leistung, die größer als die erste Leistung ist, an ein an einen Ausgangsanschluss 20 angeschlossenes Gerät 100 wieder abgibt.
  • Als Stationärspeicher kann die Energieliefervorrichtung 10 optional für den Eingangsanschluss 23 eine modular aufgebaute AC/DC-Wandleranordnung 24 mit mehreren AC/DC-Wandlern 24' aufweisen, die individuell zwischen den Stromschienen 18' mittels einer Schalteinheit 25 umgeschaltet werden können, um auf einer Stromschiene 18' eine vorbestimmte Stromstärke und/oder Ladespannung für einen Ladestrom bereitstellen zu können oder auch den jeweiligen AC/DC-Wandlern 24' galvanisch von der Stromschienenanordnung 18 trennen zu können. Mittels weiterer Schalteinheiten 26 ist auch eine galvanische Trennung von dem Eingangsanschluss 23 möglich. Die Schalteinheiten 25, 26 können jeweils durch ein Schütz gebildet sein. Die Schalteinheiten 25, 26 können durch die Schalteinrichtung 19 gesteuert werden. Durch Öffnen der beiden Schalteinheiten 25, 26 eines AC/DC-Wandlers 24' kann dieser somit galvanisch entkoppelt werden und im laufenden Betrieb der Energieliefervorrichtung 10 auch ausgetauscht werden. Die Schalteinheiten 25, 26 stellen somit Entkopplungsschalter dar. Die AC/DC-Wandler 24' können galvanisch trennend ausgestaltet sein. Die AC/DC-Wandleranordnung 24 muss aber nicht unbedingt galvanisch trennende AC/DC-Wandler 24' aufweisen. Andere Wandler sind günstiger. Die galvanische Trennung kann jederzeit mittels der mechanischen Schalter der Stränge sichergestellt werden.
  • An den Eingangsanschluss 23 anstelle des Versorgungsnetzes 22 eine netzautarke Energiequelle, wie z.B. ein Notstromaggregat oder eine Windkraftanlage, angeschlossen sein. Anders herum kann auch die Energieliefervorrichtung 10 selbst netzbildend wirken, d.h. es kann ein gegenüber anderen an den Eingangsanschluss angeschlossenen Geräten eine Netzfrequenz vorgeben. Dies ist insbesondere für den Einsatz der Energieliefervorrichtung 10 in einer Region ohne eigenes Versorgungsnetz 22 vorteilhaft. Es können AC-Geräte ohne Anpassung wie an einem öffentlichen Versorgungsnetz betrieben werden. Das Gegenteil zum netzbildenden Betrieb ist der netzfolgende Betrieb, d.h. es wird auf eine vorgegebene Netzfrequenz aufsynchronisiert.
  • Zum Schalten der Schalteinheiten 15, 15', 25, 26 und der Nutzeinheiten 12 sowie zum Empfangen von Daten aus den Nutzeinheiten 12 kann die Steuereinrichtung 19 mit diesen Komponenten über eine Kommunikationseinrichtung 27 gekoppelt sein. Die Kommunikationseinrichtung 27 kann z.B. einen Kommunikationsbus umfassen, z.B. einen CAN-Bus (CAN - Controller Area Network), oder ein Ethernet.
  • Die Steuereinrichtung 19 akkumuliert somit allgemein Wissen darüber, was wie geschaltet werden kann, also z.B. welche Stromschiene 18' auf welchen String 11 geschaltet werden kann. Die Steuereinrichtung 19 kann zumindest teilweise als eine zentrale Steuereinrichtung für alle Stränge 11 und/oder zumindest teilweise als verteilte Steuereinrichtung pro Strang 11 ausgestaltest sein. Sie kann eine Prozessoreinrichtung mit zumindest einem Mikrocontroller und/oder zumindest einem Mikroprozessor aufweisen. Ein Betriebsprogramm der Prozessoreinrichtung kann dazu eingerichtet sein, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die beschriebenen Verfahrensschritte zum Betreiben der Energieliefervorrichtung 10 durchzuführen.
  • Optional können Kondensatoren 30, 31 (insbesondere Doppelschichtkondensatoren) an den Ausgangsanschlüssen 20 und/oder am Eingangsanschluss 23 vorgesehen sein, um Lastspitzen zu puffern. Durch die Nutzeinheiten 12 können damit bei Lastspitzen / Peaks (im Bereich z.B. bis zu einer Dauer von z.B. 3s oder 5s) schonender betrieben werden, da die Lastspitze gedämpft wird. Eine Lastspitze kann eine elektrische Leistung größer als eine Summe der Einzelnennleistungen der zugeschalteten Nutzeinheiten 12 sein, insbesondere eine Leistung größer als das 1,2-fache der Summe.
  • Für einen Umschaltvorgang an den Stromschienen 18' kann eine Umladeschaltung oder Begrenzungsschaltung 32 (Schalter und Widerstandselement) in Reihe zum jeweiligen Kondensator 30, 31 geschaltet sein, um einen Kondensatorstrom über das Widerstandselement zu führen, wodurch die Stromstärke des Kondensatorstroms auf einen vorbestimmten Höchstwert begrenzt wird. Die Begrenzungsschaltung 32 kann für das Laden und Entladen des jeweiligen Kondensators 30, 31 genutzt werden. Ein Kondensator 30, 31 mit seiner Begrenzungsschaltung 32 stellt eine Kondensatoreinrichtung dar. Die Begrenzungsschaltung 32 stellt also eine Vorladeschaltung dar.
  • Eine Kühlung der Stränge 11 (insbesondere der Nutzeinheiten 12 in den Strängen 11) kann z.B. in einem Regal durch Anordnung einer Kühlebene unter der Strang-Ebene vorgesehen sein.
  • Jede Stromschiene 18' kann aus Aluminium oder Kupfer sein. Aluminium ist der preisgünstigere Werkstoff und leichter als Kupfer. Aluminium generiert durch einen spezifischen Widerstand Verlustleistung (und zwar mehr als Kupfer), woraus Heizleistung für eine Temperierung der Nutzeinheiten 12 (insbesondere Batteriezellen) generiert werden kann, die über eine thermische Kopplung, z.B. einen Kühlkreislauf, von den Stromschienen 18' zu den Nutzeinheiten 12 übertragen werden kann.
  • Bei einer Stromaufteilung bei mehreren Strängen 11 an einer Stromschiene 18' kann durch Stellen / Regeln der einzelnen Strangströme I über den Gleichspannungswandler 14 des Strangs 11 die Stromstärke I angepasst werden, z.B. angeglichen oder dynamisch verlagert werden. So kann z.B. das Aufteilen der benötigten Gesamtstromstärke für das Gerät 100 auf N Stränge 11 aufgeteilt werden, z.B. N=3, und jeder Strang 11 eine eigens für ihn eingestellte Stromstärke I erzeugen, z.B. bei N=3: 50%, 25%, 25%.
  • Hierdurch kann die im jeweiligen Strang 11 verfügbare Technologie der Nutzeinheiten 12 berücksichtigt werden, so dass die Nutzeinheiten 12 innerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden. Da die elektrischen Spannungen U ermittelt werden können, kann mittels des Gleichspannungswandlers 14 dann der Strom I gestellt werden, damit z.B. Ausgleichströme zwischen den Strängen 11 fließen, die kleiner als ein Schwellenwert sind. So kann z.B. sichergestellt werden, dass im Falle von Batterien pro Batteriezelle ein Strom I von bis zu 300-400 A nur für 15 s, aber ein Dauerstrom nur bis 150 A fließt. Jeder Strang 11 kann also mit einer eigenen Betriebsstrategie betrieben werden, angepasst an dessen Technologie. Eine geeignete Stromstärke I kann mittels des Gleichspannungswandlers 14 eingestellt werden.
  • Zusätzlich oder alternativ kann in Abhängigkeit von der Leitungslänge 28 der Stromschienenabschnitte, die von einem Strang 11 zu einem Ausgangsanschluss 20 führen (also zu einem Verbraucher), die Stromstärke I des jeweiligen Stranges 11 mittels dessen Gleichspannungwandlers 14 durch die Steuereinrichtung 19 eingestellt werden, um die Aufteilung der Stromstärken I bei mehreren parallel geschalteten Strängen 11 in Abhängig von der Leitungslänge 28 und in Abhängigkeit von den folglich resultierenden Verlusten einzustellen, damit die Verluste optimiert (z.B. minimiert oder zum Heizen maximiert) und/oder örtlich aufgeteilt werden können. Ein Strang 11 mit kürzerer Leitungslänge 28 der Zuleitung über die Stromschienen 18' kann für die Minimierung eine größere Stromstärke I zugewiesen bekommen als ein Strang 11 mit längerer Leitungslänge 28. Somit wird die Auswirkung unterschiedlicher Leitungslängen kompensiert. Die Stromstärke I kann auch in Abhängigkeit von einer aktuellen Temperatur der Leitungsabschnitte eingestellt werden. Durch ein solches Leistungsmanagement kann der Nachteil des höheren spezifischen Widerstands von Aluminium kompensiert werden durch Vorgeben und Anpassen der Stromstärke auf einzelnen Leitungsabschnitten.
  • Bei Bedarf können durch die Steuereinrichtung 19 somit zusammenfassend die Stränge 11 mit der aktuell benötigten Eigenschaft an die verwendeten Stromschienen 18 geschaltet werden, die zu dem Ausgangsanschluss 20 führen, an dem die Leistung durch ein angeschlossenes Gerät 100 abgegriffen wird. Jeden Strang 11 kann man nach Bedarf mittels seiner Schalteinheiten 15 einkoppeln. Jeder Strang 11 kann einzeln entleert / geladen werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Wirkungsgradoptimierung für den Gleichspannungswandler 14 innerhalb des Strangs 11 durchgeführt werden, indem seine Eingangsspannung durch Auswählen und Zuschalten von Nutzeinheiten 12 eingestellt wird. Der Gleichspannungswandler 14 jedes Strangs 11 kann somit zwei Aufgaben erfüllen. Er begrenzt den Strangstrom I auf einen vorgebbaren Sollwert, damit Nutzeinheiten 12 gemäß ihrer vorgegebenen Spezifikation (Betriebsgrenzen) betrieben werden können. Die Spannung U des Strangs 11 kann an die Stromschienenspannung angeglichen werden. So können die Ausgleichsströme zwischen mehrerer Stränge 11 vermindert werden. Zusätzlich stellt der Gleichspannungswandler 14 sicher, dass an den Stranganschlüssen 17 eine vorgegebene Sollspannung anliegt, unabhängig von der Anzahl der im Strang 11 aktiv betriebenen Nutzeinheiten 12.
  • Eine Strommessung 16 für den Strangstrom I kann in der beschriebenen Weise zentral in der Messeinheit 16 im Strang 11 erfolgen und ist ohnehin für die Regelung des Gleichspannungswandlers 14 nötig.
  • Die zentrale Steuereinrichtung kann auch innerhalb jedes Strangs 11 diesen individuell rekonfigurieren, d.h. Nutzeinheiten 12 in der Reihenschaltung 13 des Strangs 11 zu- und abschalten. Falls z.B. die Strangspannung U kleiner ist als eine benötigte Schienenspannung der zugeschalteten Stromschienen 18', können mehr Nutzeinheiten 12 in der Reihenschaltung 13 des Strangs 11 zugeschaltet werden. Dies kann mittels Halbleiterschaltern (z.B. Transistoren) derart schnell erfolgen, dass es in einer Schaltpause des Gleichspannungswandlers 14 erfolgen kann.
  • In 2 ist hierzu gezeigt, wie jede Nutzeinheit 12 durch eine individuelle Schalteinrichtung N10 elektrisch überbrückt, elektrisch isoliert und/oder entladen werden kann. Hierzu sind in der besagten Weise Halbleiterschalter T (Transistoren) vorgesehen. Jede Nutzeinheit 12 kann als Funktionen vorsehen: ein Bridging / eine Überbrückungsschaltung N11, eine Diagnoseeinheit N12, ein (insbesondere passives) Loadbalancing / eine Entladeschaltung N13, eine Entkopplung/Trennschaltung N14. Ein Halbleiterschalter T muss nur eine Niedervoltspannung sperren können, z.B. 2x Einzelspannung V der Nutzeinheit 12. Das Loadbalancing kann auch in bekannter Weise aktiv erfolgen (sogenanntes aktives Loadbalancing). Zusätzlich zum Schalter für die Trennschaltung N14 kann auch für den zweiten, gegenüberliegenden Pol ein weiterer Schalter vorgesehen sein (allpoliges Schalten). Die Diagnoseeinheit N12 kann in bekannter Weise für eine Zellanalyse, z.B. eine Impedanzmessung mittels z.B. Impedanzspektroskopie, ausgestaltet sein. Die Diagnoseeinheit N12 kann hierzu pro Nutzeinheit 12 für eine Impedanzspektralanalyse (0Hz bis z.B. 3kHz), einen Messstrom I' und eine Einzelspannung V bei mehreren Frequenzen f ermitteln, was den Impedanzverlauf über der Frequenz f ergibt. Dies stellt ein Impedanzspektrum dar. Die Diagnoseeinheit N12 kann einen aktuellen Zustandswert 29 eines Messstroms I' und/oder der Einzelspannung V und/oder der gemessenen Impedanz über die Kommunikationseinrichtung 27 an die Steuereinrichtung 19 signalisieren. Mit dem Begriff „Impedanz“ ist im Zusammenhang mit der Erfindung ein Impedanzwert bei einer vorbestimmten Frequenz, z.B. 0Hz, oder ein Impedanzverlauf über der Frequenz f gemeint. Mehrere Frequenzen können in einem Frequenzsweep mit einer schrittweisen Erhöhung oder Verringerung überprüft werden. Alternativ dazu kann eine Multifrequenzanregung bei mehreren Frequenzen zugleich vorgesehen sein. Die Multifrequenzanregung kann z.B. als Multisinusanregung oder als Rechtecksignal oder als Sprungsignal ausgestaltet sein.
  • Jede Nutzeinheit 12 kann so individuell überwacht werden z.B. in Bezug auf ihren SoH (State of Health - Verschleißzustand) und/oder SoC (State of Charge - Energielieferkapazität) und/oder SoF (State of Function - Leistungsfähigkeit, Leistungsabgabefähigkeit). Die Kenngrößen SoH und SoC und SoF sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Unabhänig von der Impedanzmessung kann auch die Einzelspannung V der Nutzeinheit 12 ohne die Wechselspannung der Impedanzmessung gemessen werden. Auch eine Nutzeinheit 12, die überbrückt ist (mittels der Überbrückungschaltung N11) kann in Bezug auf ihre Einzelspannung V überwacht werden. Vor dem Zuschalten (N14 schließen oder elektrisch leitend schalten) kann die Einzelspannung V der Nutzeinheit 12 mittels des Loadbalancing N13 individuell angepasst werden. Es kann optional auch eine elektrische Ladeeinheit pro Nutzeinheit 12 vorgesehen sein, die individuell die Nutzeneinheit 12 auch bei offenem Halleiterschalter der Trennschaltung N14 aufladen kann (jede Nutzeinheit 12 kann somit individuell geladen werden). Die Energieversorgung der Ladeeinheit kann z.B. über die Kommunikationseinrichtung 27 erfolgen (z.B. mittels Power-over-Ethernet-Technologie) oder mittels einer galvanisch getrennten Stromversorgungseinheit.
  • Es kann eine gegenseitige Verriegelung von N11 und N14 vorgesehen werden (z.B. software-technisch oder mittels einer Logikschaltung), damit kein Kurzschluss erzeugt wird.
  • Zusätzlich kann eine Temperaturmessung durch die Diagnoseeinheit N12 oder z.B. durch die Steuereinrichtung 19 ein Rückschluss auf die Temperatur aus der Impedanz vorgesehen sein.
  • Es besteht somit für die Steuereinrichtung 19 Zugriff auf jede einzelne Nutzeinheit 12 über die Kommunikationseinrichtung 27. Der Zustand jeder Nutzeinheit 12 kann ausgelesen und die Schalteinrichtung N10 jeder Nutzeinheit 12 kann gesteuert werden, insbesondere die Überbrückungsschaltung N11 in Kombination mit der Trennschaltung N14. Durch kombiniertes Schalten der Überbrückungsschaltung N11 und der Trennschaltung N14 kann eine Nutzeinheit 12 in der Reihenschaltung abwechselnd zugeschaltet und weggeschaltet werden.
  • Auf dieser Grundlage kann der Verschleiß / Zustand jeder Nutzeinheit 12 zentral in der Steuereinrichtung 19 ermittelt werden (z.B. in Form der Impedanz als Verschleißwert) und der Schaltzustand jeder Nutzeinheit 12 in Abhängigkeit von vom ermittelten Zustand eingestellt werden. Einzelne Nutzeinheiten 12 lassen sich aus dem String 11 elektrisch herausnehmen (Überbrücken N11), hereinnehmen (in Reihe schalten), einzeln entladen (Entladewiderstand R, Balancingschaltung N13), zeitweise elektrisch trennen (N14 öffnen/elektrisch sperrend schalten) z.B. für die Diagnoseeinheit N12.
  • Somit kann auf unterschiedlichen Verschleiß / individuelle Parameterstreuung der Nutzeinheiten 12 im Strang 11 reagiert werden: Es werden bevorzugt nur Nutzeinheiten 12 mit ähnlichen Parameterwerten aktiv betrieben. Die Ähnlichkeit kann durch ein Ähnlichkeitskriterium definiert sein, das z.B. einen maximalen Unterschied zumindest einer Kenngröße vorgibt, wobei der Unterschied in einem Bereich von 10% bis 100% (das Doppelte/die Hälfte) liegen kann. Eine alte/schwache Nutzeinheit 12 werden zunächst überbrückt / herausgeschaltet. Diese kann durch ein Leistungsfähigkeitskriterium erkannt werden, das sich z.B. auf die Impedanz bezieht oder dadurch definiert ist, dass das Ähnlichkeitskriterium verletzt ist. Das Leistungsfähigkeitskriterium schließt also zu schwache Nutzeinheiten 12 aus. Das Zuschalten alter Nutzeinheiten 12 / schwacher Nutzereinheit 12 wird später wieder möglich, sobald die Strangbedingungen passen, das heißt die übrigen Nutzeinheiten 12 ebenfalls soweit verschlissen sind, dass wieder das Ähnlichkeitskriterium erfüllt ist.
  • Durch das Ähnlichkeitskriterium kann die Notwendigkeit für ein Loadbalancing reduziert werden. Die Leistung pro Nutzeinheit (Strom I im Strang ist gleich, aber bei unterschiedlicher Spannung ergibt sich eine unterschiedliche Leistung, was eine lokale Erhitzung und damit Alterung/Verschleiß zur Folge hat) kann im Voraus angeglichen werden. Denn das Loadbalancing erfordert einen Angleich auf die „schwächste“ Nutzeinheit, die also die niedrigste Spannung erzeugt, d.h. es muss auf die niedrigste Spannung reduziert werden. Indem im Voraus gleiche oder ähnliche Betriebsbedingungen mittels des Ähnlichkeitskriteriums geschaffen werden, ist weniger Balancing nötig. Sind also z.B. die Einzelspannungen V=4,1Volt und V=3,9Volt in einem Strang vorhanden, müsste ein Balancing auf die schwächste Nutzeinheit einstellen, d.h. auf 3,9Volt. Durch die Innenwiderstand-Messung (Impedanzspektroskopie) kann die schwächste Nutzeinheit (größter Innenwiderstand) erkannt werden (Leistungsfähigkeitskriterium) und aus dem Strang 11 geschaltet werden (Bridging N11). Die Impedanz ist aber nur ein Beispiel für die Erkennung einer schwachen Nutzeinheit. Allgemein kann das Erkennen der schwächsten Nutzeinheit in Abhängigkeit von einem Zustand der Nutzeinheit erfolgen.
  • Durch elektrisches Entkoppeln / Trennen N14 aller Nutzeinheiten 12 eines Strangs 11 kann der Strang 11 auch HV-frei geschaltet werden. Alle Nutzeinheiten 12 werden voneinander entkoppelt. In diesem Sicherungsmodus kann der Strang 11 z.B. für eine Montage, eine Unfallsicherung, einen Notfall, einen Transport gesichert werden. Die Schaltreihenfolge ist wichtig: Erst werden die mechanischen Schalteinheiten 15 (Schütze) geöffnet, dann erfolgt der Reihe nach Entkoppeln N14 der Nutzeinheiten 12.
  • Durch die Steuereinrichtung 19 kann auch ein Verschleißangleich / Wear-Leveling der einzelnen Nutzeinheiten 12 vorgesehen werden. Das Wear-Leveling sieht die homogene Nutzung des Felds/der Anordnung aus Nutzeinheiten 12 vor. Man erzielt hierdurch einen Verschleißangleich beim Betrieb der Nutzeinheiten 12. Vorbild kann das Wear-Leveling aus der FLASH-Speichertechnologie (https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling) sein.
  • Vorteil der Vergleichmäßigung des Verschleißes ist die Verlängerung der Gesamtlebensdauer der Energieliefervorrichtung 10, da eine Ausfallwahrscheinlichkeit einzelner Nutzeinheiten 12, wie er durch überdurchschnittliche Abnutzung einer einzelnen Nutzeinheit 12 verursacht werden kann, verringert wird.
  • Die Zufuhr/Entnahme von Energie, d.h. der Energieaustausch E mit einem angeschlossenen Gerät 100, erfolgt mittels der nächsten Nutzeinheiten 12, die gemäß Wear-Leveling dran sind. Es wird hierzu für jede Nutzeinheit 12 ein aktueller Verschleißzustand als Verschleißwert angegeben. Ziel dieser Maßnahmen ist also ein gleichmäßiger Verschleiß. Der Verschleißwert kann z.B. durch die Impedanz der Nutzeinheit 12 repräsentiert sein. Der Verschleißwert gibt eine Abnutzung der Nutzeinheit 12 an.
  • Für jede Nutzeinheit 12 kann in Abhängigkeit von dem Verschleißwert ein jeweiliger Sollwert zumindest eine Betriebsgröße, z.B. des Stromes I beim Entladen und/oder der Einzelspannung V beim Aufladen, auf der Grundlage eines Angleichkriteriums ermittelt werden, wobei das Angleichkriterium vorsieht, dass durch Einstellen jedes Sollwerts eine oder einige oder alle der Nutzeinheiten 12 insgesamt den Energieaustausch E zwar vollständig vollziehen, hierbei aber ein aus allen Verschleißwerten berechneter Unterschied der Abnutzung der Nutzeinheiten 12 minimal gehalten wird. Die Abnutzung der Nutzeinheiten 12 wird also während des Energieaustauschs E angeglichen, indem stärker abgenutzte Nutzeinheiten 12 weniger belastet werden als weniger abgenutzte Nutzeinheiten 12. Letztere nutzen dabei weiter ab, wodurch sich ihr Abnutzungszustand dem der weniger belasteten Nutzeinheiten 12 angleicht.
  • Der Verschleißwert ändert sich im Betrieb, und zwar umso schneller, falls die Nutzeinheit 12 in einem Betriebspunkt betrieben wird, der von einem Idealzustand abweicht (die Nutzeinheit verschleißt weiter). Daher sind auch Schonmaßnahmen sinnvoll.
  • Bevorzugt werden hierzu die Nutzeinheiten 12 nur innerhalb eines Toleranzintervalls um einen Idealladezustand herum betrieben, der z.B. bei einem Ladezustand von 50% liegen kann, und/oder ein Stromprofil eines während des Energieaustauschs fließenden elektrischen Stromes der Nutzeinheit 12 vorgeben kann.
  • Allgemein ist der Idealzustand von der verwendeten Technologie der Nutzeinheit abhängig und im Stand der Technik bekannt. Der Idealzustand kann bei Batteriemodulen definiert sein durch die folgenden Parameter:
    • SoC - State of Charge (Energieinhalt) - ideal sind z.B. 50%;
    • DoD - Depth of Discharge - Entladungsgrad (Stromprofil) z.B. idealer Ladezustand 50% minus maximal 20% (Toleranzintervall).
  • Die angegebenen Idealwerte sind abhängig von der Elektrochemie und/oder der vorgesehenen Anwendung und jeweils für die konkrete Energieliefervorrichtung vom Fachmann zu bestimmen.
  • Allgemein sollte die DoD „klein“ bleiben, d.h. nicht zu weit nach unten sinken. Je weiter der aktuelle Betriebspunkt vom Idealzustand entfernt ist, desto schneller steigt der Verschleißwert. Der aktuelle Betriebspunkt kann eingestellt werden, indem der Ladestrom / Entladestrom I für die Nutzeinheiten 12 entsprechend eingestellt wird. Die AC/DC-Wandleranordnung 24 kann für das Einstellen des Ladestroms, der Gleichspannungswandler 14 für das Einstellen des Entladestroms genutzt werden. Die Verschleißzustände / Verschleißwerte aller Nutzeinheiten sollen dabei angeglichen werden.
  • Eine weitere Schonmaßnahme ist die folgende: Es kann eine Überkapazität an Nutzeinheiten 12 vorgehalten werden. Ohne zusätzlichen Schalter kann mittels einer Überkapazität an Nutzeinheiten 12 die Belastung verteilt werden. Es ergibt sich eine geringere Belastung pro Nutzeinheit 12, indem alle Nutzeinheiten immer mitverwenden werden, um gleichmäßig abzunutzen. Es verlängert sich aber zudem die Lebensdauer auch schon wegen der geringeren Belastung; denn wenn z.B. pro Strang bei 110% Kapazität (Summe der Einzelkapazitäten der Nutzeinheiten 12 im Strang) mit Drosselung durch die Steuereinrichtung 19 nur 100% (nomineller Nennwert) abgerufen werden, ergibt sich eine geringere Spitzenbelastung pro Nutzeinheit 12. Der Strang 11 liefert z.B. eine größere Spannung als benötigt, es muss also weniger Strom I für dieselbe Leistung als bei einer Besetzung von nur 100% Nennwert (Nennkapazität) fließen. Ein Beispiel: 12 Nutzeinheiten sind bereitgestellt, aber einen Nennwert von nur 10 Nutzeinheiten wird nominell Verfügbar gemacht.
  • Ohne Schalter müssen 12 Nutzeinheiten zugeschaltet sein, aber elektronisch erfolgt nur das Abrufen der Kapazität für nur 10 Nutzeinheiten (kein Schalten nötig!). Hierdurch sind auch schwächere Nutzeinheiten möglich, da deren Peak-Ströme geringer sind, und zwar wegen der sich ergebenden höheren Strangspannung U, da mehr Nutzeinheiten in Reihe geschaltet als nominell vorhanden. Die Nutzung billigerer Nutzeinheiten möglich.
  • Falls Schalter verfügbar sind, z.B. die Halbleiterschalter T, kann ein Durchwechseln zwischen den Nutzeinheiten 12 eines Strangs 11 vorgesehen sein, z.B. sind immer 10 Nutzeinheiten bereitgestellt (ergibt die Nennkapazität) und 2 Nutzeinheiten überbrückt.
  • Das Bereitstellen einer Überkapazität an Nutzeinheiten 12 bedeutet, dass die Summe der Einzelnennkapazitäten der Nutzeinheiten 12 (d.h. deren kombinierte Bruttokapazität) größer ist als die nach außen hin verfügbar gemachte Nennkapazität. Hierdurch kann auch ein Ausfall einer Nutzeinheit kompensiert werden. So kann die Energieliefereinrichtung 10 z.B. als ein Energiespeicher (z.B. Batteriespeicher) mit einer ausgewiesenen oder nominellen Nennkapazität (z.B. 100 kWh) bereitgestellt werden. Tatsächlich wird intern eine Bruttokapazität vorgesehen, die größer als die von außen verfügbar gemachte Nennkapazität ist (tatsächliche Bruttokapazität von z.B. 110kWh, größer als die Nettokapazität von z.B. 100kWh). Mit anderen Worten sind mehr Nutzeinheiten (z.B. Batteriezellenmodule) vorhanden, als für die Bereitstellung der Nennkapazität nötig sind.
  • Es werden z.B. nach außen immer nur so viele Nutzeinheiten für das Entladen verfügbar gemacht, wie es der Nennkapazität entspricht. Diese Nutzeinheiten sind dann aktive Einheiten oder „Aktiveinheiten“. Die übrigen (nicht aktiv genutzten) Speichereinheiten sind „Reserveeinheiten“.
  • Gemäß einem Bad-Block-Management (BBM - Bad Block Management) werden defekte oder verbrauchte Aktiveinheiten erkannt und außer Betrieb genommen. D.h. bei Ausfall / Defekt einer Aktiveinheit (defekte Nutzeinheit), kann diese ausgefallene Aktiveinheit außer Betrieb und eine Reserveeinheit (bisher inaktive Nutzeinheit) als neue Aktiveinheit in Betrieb genommen werden. So bleibt trotz Ausfall einer Nutzeinheit / mehrerer Nutzeinheiten die nominelle Nennkapazität erhalten. Der Begriff Bad-Block-Management (BBM) kommt aus der Flash-Speicher-Technologie (https://en.wikipedia.org/wiki/Flash_memory#Memory_wear).
  • Im Normalbetrieb kann aber auch ein Rotieren oder Durchwechseln (z.B. gemäß dem Round-Robin-Algorithmus oder allgemein einer vorbestimmten Austauschvorschrift) zwischen den Nutzeinheiten erfolgen, um alle Nutzeinheiten gleichmäßig abzunutzen. Wird dann eine Reservereinheit als Ersatz für eine ausgefallene Aktiveinheit aktiviert, so weist die Reserveeinheit bereits ähnliche elektrische Eigenschaften wie die übrigen Aktiveinheiten auf, weil sie bereits einen ähnlichen Abnutzungsgrad (im Sinne des genannten Ähnlichkeitskriteriums) aufweist. Dies kann den Grad des notwendigen Loadbalancing in der beschriebenen Weise reduzieren.
  • Aufgrund der Einteilung von Nutzeinheiten in Aktiveinheiten und Reserveeinheiten können auch während des Betriebs des Energiespeichers Nutzeinheiten bei einer Wartung ausgewechselt werden, ohne dass die Nennkapazität beeinträchtigt wird. Auszuwechselnde Nutzeinheiten können hierbei als Reserveeinheit separiert / aus dem Betrieb genommen werden und dann ausgebaut / ersetzt werden (dynamischer Wechsel der Nutzeinheiten).
  • Das Bad-Block-Management und/oder das Auswechseln kann auch gruppenweise oder Strang-weise erfolgen, d.h. es wird dann eine Gruppe aus Nutzeinheiten 12 oder die gesamte Reihenschaltung 13 eines Strangs geschaltet und/oder ausgewechselt. Auch innerhalb einer Nutzeinheit 12 kann ein Bad-Block-Management erfolgen. So können z.B. eine bei einer als Batteriemodul ausgestalteten Nutzeinheit 12 mehrere Batteriezellen vorgesehen sein, z.B. 12 Batteriezellen als 3-fache Reihenschaltung von je 4 Batteriezellen im Parallelverbund. Es kann dann jeweils ein Parallelverbund rausgeschaltet werden, z.B. durch Überbrücken.
  • In Bezug auf ein Lade-Management für die Stränge kann folgendes vorgesehen sein.
  • Über die Stromschienen 18 können mittels der Gleichspannungswandler 14 zusammengeschaltet werden, um Energie umzuladen. Ein Strang 11 kann somit über mehrere Quellen aufgeladen werden, z.B. 40kW aus anderem Strang 11 und 10kW aus einem Netz-AC/DC-Wandler 24', um 50kW Ladeleistung bereitzustellen.
  • Bei der Leistungsabgabe kann ein Lastprofil geglättet / vergleichmäßigt werden, indem z.B. einige Stränge 11 den Verbraucher versorgen, während sich andere Stränge 11 schon aufladen, um dann für den weiteren Ladevorgang bereitzustehen. Z.B. kann gleichzeitig Laden mit z.B. 10A und Entladen mit z.B. 20A erfolgen (zumindest ein Strang 11 lädt das Gerät 100, zumindest ein anderer Strang 11 wird aus dem Versorgungsnetz 22 aufgeladen). Es kann auch ein Boost-Strom (kurzzeitiges Peak, z.B. mehr als Faktor 1,5) durch Zuschalten eines Strangs 11 erzeugt werden.
  • Die (thermische / elektrische) Belastung der einzelnen Stränge 11 kann begrenzt werden, indem abwechselnd unterschiedliche Stränge 11 ein angeschlossenes Gerät 100 versorgen (z.B. ein E-Fahrzeug aufladen). So kann auch die besagte DoD (Depth of Discharge) begrenzt werden, z.B. auf 20%.
  • Mittels der mechanischen Schalteinheiten 15 an jedem Strang 11 kann auch eine vollständige galvanische Trennung zwischen den Strängen erfolgen, falls diese an unterschiedliche Stromschienen geschaltet werden. Dies ist die Voraussetzung, um mehrere Geräte 100 (z.B. E-Fahrzeuge) gleichzeitig aufladen zu können. Jedes E-Fahrzeug wird an eine andere Stromschiene 18' angeschlossen, die von den übrigen Stromschienen galvanisch getrennt ist.
  • Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Wear-Leveling-Methode auf eine Energieliefervorrichtung angewendet werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6522031 B2 [0002]
    • US 5610802 A [0003]
    • US 6424119 B1 [0004]
    • DE 102014200329 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energieliefervorrichtung (10) mit einer Vielzahl von Nutzeinheiten (12), wobei jede Nutzeinheit (12) dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen oder zwischenzuspeichern oder dynamisch umzuverteilen, und wobei eine Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, einen Energieaustausch (E) zwischen der Energieliefervorrichtung (10) einerseits und zumindest einem mit der Energieliefervorrichtung (10) gekoppelten Gerät (100) andererseits zu steuern, indem sie bei jeder Nutzeinheit (12) jeweils einen Sollwert zumindest einer elektrischen Betriebsgröße einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (19) vor dem Energieaustausch (E) und/oder während des Energieaustauschs (E) einmal oder wiederholt: - zu jeder Nutzeinheit (12) einen jeweiligen Verschleißwert der Nutzeinheit (12) ermittelt, wobei der Verschleißwert eine Abnutzung der Nutzeinheit (12) angibt, - für jede Nutzeinheit (12) den jeweiligen Sollwert der zumindest einen Betriebsgröße auf der Grundlage eines Angleichkriteriums ermittelt, wobei das Angleichkriterium vorsieht, dass durch Einstellen jedes Sollwerts eine oder einige oder alle der Nutzeinheiten (12) insgesamt den Energieaustausch (E) vollständig vollziehen und dabei ein aus allen Verschleißwerten berechneter Unterschied der Abnutzung der Nutzeinheiten (12) gleich gehalten oder verringert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Angleichkriterium vorsieht, dass diejenigen der Nutzeinheiten (12) mit den Verschleißwerten, die eine geringste Abnutzung indizieren, verwendet werden und dabei insgesamt so viele der Nutzeinheiten (12) verwendet werden, dass der Energieaustausch (E) mit ihnen durchführbar ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nutzeinheiten (12) zumindest eine Batteriezelle und/oder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder zumindest ein Solarpanel und/oder zumindest einen Kondensator umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einige der Nutzeinheiten (12) zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie eingerichtet sind und die zumindest eine Betriebsgröße dieser Nutzeinheiten (12) eine oder mehrere der folgenden umfasst: einen Ladezustand SoC, eine Entladetiefe DoD, eine Aufladestromstärke, eine Entladestromstärke, eine Aufladespannung.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der jeweilige Verschleißwert als eine Funktion einer Impedanz und/oder eines Innenwiderstands berechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Energieaustausch (E) Umschichtenergie zwischen zumindest einer Nutzeinheit (12) und zumindest einer anderen Nutzeinheit (12) übertragen wird, wobei der jeweilige Verschleißwert der zumindest einen Nutzeinheit (12) vor dem Übertragen eine größere Abnutzung als der jeweilige Verschleißwert der zumindest einen anderen Nutzeinheit (12) angibt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ermitteln des jeweiligen Sollwerts durch das Angleichkriterium eine Schonungsbedinung für jede Nutzeinheit (12) berücksichtigt wird und die Schonungsbedingung umfasst, dass a) jede Nutzeinheit (12) mit einem für eine jeweilige Technologie der Nutzeinheit (12) vorgesehenen individuellen Einzelbetriebsprofil betrieben wird und/oder b) eine Differenz zu einem vorbestimmten Idealladezustand kleiner als eine vorbestimmte Maximaldifferenz gehalten wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der Energieliefervorrichtung (10) mehr Nutzeinheiten (12) vorgehalten werden, als für den Energieaustausch (E) notwendig ist, und anhand eines Leistungsfähigkeitskriteriums eine Nutzeinheit (12) oder eine Teilgruppe aus den Nutzeinheiten (12) ausgewählt wird, die beim Energieaustausch (E) unbetrieben bleibt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils einige der Nutzeinheiten (12) zu Schaltungszweigen (11) zusammengefasst sind und jeder Schaltungszweig (11) über einen Gleichspannungswandler (14) und zumindest eine galvanisch trennfähige Schalteinheit (15) mit einer Stromschienenanordnung (18) verbunden ist und innerhalb jedes Schaltungszweigs (11) für jede Nutzeinheit (11) eine Überbrückungsschaltung (N11) vorgesehen ist und die Energieliefervorrichtung (10) den Energieaustausch (E) über die Stromschienenanordnung (18) durchführt und die Steuereinrichtung (19) zum Einregeln des zumindest einen Betriebswerts die Gleichspannungswandler (14) und die zumindest eine Schalteinheit (15) und die Überbrückungsschaltungen (N11) jedes Schaltungszweigs (11) steuert.
  10. Energieliefervorrichtung (10) mit mehreren Nutzeinheiten (12), von denen jede dazu eingerichtet ist, elektrische Energie zu erzeugen oder zwischenzuspeichern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (19) der Energieliefervorrichtung (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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DE102017210616.6A Active DE102017210616B4 (de) 2017-06-23 2017-06-23 Verfahren zum Betreiben einer Vielzahl von Nutzeinheiten für einen Verschleißangleich in einer Energieliefervorrichtung sowie Energieliefervorrichtung

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112124133A (zh) * 2020-10-06 2020-12-25 青岛灵珑智能装备科技有限责任公司 一种应用于电动车充电站的设置方法
DE102019217784A1 (de) * 2019-11-19 2021-05-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Ladeinfrastruktur zur Ladung eines Kraftfahrzeugs
WO2021191065A1 (de) * 2020-03-24 2021-09-30 Voith Patent Gmbh Redox-flow-batterie-system und betriebsverfahren
RU2809238C1 (ru) * 2023-05-18 2023-12-08 Общество с ограниченной ответственностью "ОПЕРАТОР ЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ" Способ управления фотоэлектрической зарядной станцией

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6569540B2 (ja) * 2016-01-13 2019-09-04 株式会社Ｇｓユアサ 車載電源システムおよびこれに含まれるバッテリの状態検知方法
EP4016786A1 (de) * 2020-12-21 2022-06-22 Volvo Truck Corporation Ladesystem für einen energiespeicher in einem fahrzeug und verfahren zur steuerung des ladesystems
US11554684B2 (en) * 2021-02-17 2023-01-17 AMPLY Power, Inc. Aggregating capacity for depot charging
CN113335108A (zh) * 2021-06-21 2021-09-03 金炫宇 一种适用于新能源电动汽车的充电系统及方法
CN113492732B (zh) * 2021-09-08 2021-11-30 西南交通大学 一种at牵引网分布式发电供电系统及控制方法
CN113492733B (zh) * 2021-09-08 2021-11-26 西南交通大学 一种牵引网分布式发电供电系统及控制方法
TWI818492B (zh) * 2022-03-31 2023-10-11 良豐能源科技有限公司 交通工具充電樁及其控制方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610802A (en) 1995-05-23 1997-03-11 Zb B Technologies, Inc. Compact energy storage system
US6424119B1 (en) 2001-04-19 2002-07-23 American Power Conversion Multiple energy storage device controller
US6522031B2 (en) 2000-10-10 2003-02-18 American Electric Power Company, Inc. Power load-leveling system and packet electrical storage
US20090066291A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-12 Jenn-Yang Tien Distributed energy storage control system
DE102011054145A1 (de) * 2010-10-14 2012-04-19 Gm Global Technology Operations, Llc Fehlertolerante Batteriearchitektur für Zellfehlermodi einer seriellen Bypass-Schaltung
WO2013021364A1 (en) * 2011-08-11 2013-02-14 Sisvel Technology S.R.L. System for the generation, storage and supply of electrical energy produced by modular dc generators, and method for managing said system
DE102013013673A1 (de) * 2013-08-16 2014-07-24 Daimler Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zum Regeln eines Ladezustandes einer Batterie
DE102013106265A1 (de) * 2013-06-17 2014-12-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung und entsprechende Energiespeichereinrichtung
DE102013107767A1 (de) * 2013-07-22 2015-01-22 Refusol Gmbh Mehrzellige Batterie mit Zellladungszustandsausgleich
DE102014200329A1 (de) 2014-01-10 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zum Balancing
DE202014004749U1 (de) * 2014-06-13 2015-09-15 Aehling, Dr. Jaensch & Dr. Goetz GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dr. Malte Jaensch, 74321 Bietigheim-Bissingen) Elektronische Schaltung zum vereinfachten Betrieb von Mehrpunktumrichtern
DE112015003701T5 (de) * 2014-09-25 2017-07-06 Remy Technologies Llc System von parallel geschalteten Generatoren und Verfahren zum Lastausgleich darin mittels eines seriellen Kommunikationsnetzes

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005014285A1 (de) * 2005-03-24 2006-10-05 Siemens Ag Vorrichtung und Verfahren zum Ladungsausgleich von in Reihe angeordneten einzelnen Zellen eines Energiespeichers
CN103730936B (zh) * 2014-01-03 2015-09-30 桂林电子科技大学 电动汽车动力电池均衡管理系统的均衡管理方法
CN104362695B (zh) * 2014-11-10 2016-08-24 中南民族大学 一种串联蓄电池组均衡系统及其控制方法
DE102015101738B4 (de) * 2015-02-06 2019-05-29 Sma Solar Technology Ag Verfahren zum Betrieb einer Energieerzeugungsanlage und Energieerzeugungsanlage
US10547184B2 (en) * 2015-02-18 2020-01-28 The Boeing Company System and method for battery management
DE102015011230A1 (de) * 2015-08-25 2017-03-02 Audi Ag Energiespeichervorrichtung für ein elektrisches Wechselspannungsnetz
CN106300546A (zh) * 2016-09-26 2017-01-04 绍兴文理学院 一种用于电池管理系统的隔离均衡电路及均衡方法

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5610802A (en) 1995-05-23 1997-03-11 Zb B Technologies, Inc. Compact energy storage system
US6522031B2 (en) 2000-10-10 2003-02-18 American Electric Power Company, Inc. Power load-leveling system and packet electrical storage
US6424119B1 (en) 2001-04-19 2002-07-23 American Power Conversion Multiple energy storage device controller
US20090066291A1 (en) * 2007-09-10 2009-03-12 Jenn-Yang Tien Distributed energy storage control system
DE102011054145A1 (de) * 2010-10-14 2012-04-19 Gm Global Technology Operations, Llc Fehlertolerante Batteriearchitektur für Zellfehlermodi einer seriellen Bypass-Schaltung
WO2013021364A1 (en) * 2011-08-11 2013-02-14 Sisvel Technology S.R.L. System for the generation, storage and supply of electrical energy produced by modular dc generators, and method for managing said system
DE102013106265A1 (de) * 2013-06-17 2014-12-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinrichtung und entsprechende Energiespeichereinrichtung
DE102013107767A1 (de) * 2013-07-22 2015-01-22 Refusol Gmbh Mehrzellige Batterie mit Zellladungszustandsausgleich
DE102013013673A1 (de) * 2013-08-16 2014-07-24 Daimler Ag Schaltungsanordnung und Verfahren zum Regeln eines Ladezustandes einer Batterie
DE102014200329A1 (de) 2014-01-10 2015-07-16 Robert Bosch Gmbh Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zum Balancing
DE202014004749U1 (de) * 2014-06-13 2015-09-15 Aehling, Dr. Jaensch & Dr. Goetz GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dr. Malte Jaensch, 74321 Bietigheim-Bissingen) Elektronische Schaltung zum vereinfachten Betrieb von Mehrpunktumrichtern
DE112015003701T5 (de) * 2014-09-25 2017-07-06 Remy Technologies Llc System von parallel geschalteten Generatoren und Verfahren zum Lastausgleich darin mittels eines seriellen Kommunikationsnetzes

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019217784A1 (de) * 2019-11-19 2021-05-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Ladeinfrastruktur zur Ladung eines Kraftfahrzeugs
WO2021191065A1 (de) * 2020-03-24 2021-09-30 Voith Patent Gmbh Redox-flow-batterie-system und betriebsverfahren
CN112124133A (zh) * 2020-10-06 2020-12-25 青岛灵珑智能装备科技有限责任公司 一种应用于电动车充电站的设置方法
RU2809238C1 (ru) * 2023-05-18 2023-12-08 Общество с ограниченной ответственностью "ОПЕРАТОР ЗАПРАВОЧНЫХ СТАНЦИЙ" Способ управления фотоэлектрической зарядной станцией

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CN111052530A (zh) 2020-04-21
CN111052530B (zh) 2023-07-11
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US11223207B2 (en) 2022-01-11

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