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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Begrenzung eines Einschaltstroms eines elektrischen Verbrauchers. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers, wobei die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
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Stand der Technik
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Der Einschaltstrom eines durch eine Batterie versorgten elektrischen Verbrauchers ist im ersten Moment nur durch den ohmschen Widerstand des elektrischen Verbrauchers und den Innenwiderstand der Batterie sowie von Kabeln zwischen dem elektrischen Verbraucher und der Batterie begrenzt.
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Dies kann für kurze Zeit zu sehr hohen Strömen führen, die einen Hauptschalter, der zum Ein- und Ausschalten des elektrischen Verbrauchers dient, belasten und einen Verschleiß der Kontakte des Hauptschalters bewirken. Dieser Strom wird im Stand der Technik durch temporäre Zuschaltung eines Begrenzungswiderstandes bzw. mehrerer Begrenzungswiderstände verringert. Hierfür werden ein Leistungswiderstand bzw. mehrere Leistungswiderstände und ein hochbelastbarer Hauptschalter bzw. mehrere Schalter benötigt. Am Begrenzungswiderstand bzw. an den Begrenzungswiderständen treten hohe Verlustleistungen auf, welche zu einer thermischen Belastung eines die Batterie und den elektrischen Verbraucher umfassenden Systems führt.
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DE 10 2008 040 724 A1 beschreibt ein Verfahren zum Begrenzen des Einschaltstroms eines elektrischen Verbrauchers mit Hilfe einer Schaltvorrichtung, die wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Schalter umfasst, die seriell miteinander verbunden sind.
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DE 10 2011 115 550 A1 offenbart eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug. Die Lithium-Ionen-Batterie umfasst mehrere parallel zueinander geschaltete Stränge, welche jeweils mehrere in Reihe geschalteten Zellen aufweisen. Die Lithium-Ionen-Batterie umfasst ferner eine Überstromschutzeinrichtung, die bei einem festgelegten Strom schaltende elektronische Schalter umfasst, die in quer zu den parallel zueinander geschalteten Strängen verlaufenden Querzweigen angeordnet sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird ein Verfahren zur Begrenzung eines Einschaltstroms eines elektrischen Verbrauchers vorgeschlagen. Dabei wird der elektrische Verbraucher durch eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung versorgt. Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung umfasst dabei mindestens ein elektrisches Energiespeichermodul, welches mehrere parallel zueinander geschaltete elektrische Energiespeichereinheiten aufweist. Die elektrischen Energiespeichereinheiten sind jeweils mit einem steuerbaren Schalterelement versehen.
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Erfindungsgemäß wird die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung durch ein Steuergerät so gesteuert, dass beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers eine passende Anzahl der elektrischen Energiespeichereinheiten des mindestens einen elektrischen Energiespeichermoduls stufenweise zugeschaltet wird. Hierdurch wird der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers durch eine Veränderung des Innenwiderstands der Energiespeicherungsvorrichtung in Stufen modelliert.
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Unter dem stufenweisen Zuschalten einer passenden Anzahl der elektrischen Energiespeichereinheiten wird verstanden, dass beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers in einem ersten Schritt so viele der elektrischen Energiespeichereinheiten zugeschaltet werden, dass der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers, der über eine Spannung der elektrischen Energiespeichereinheiten und den gesamten Innenwiderstand der zugeschalteten elektrischen Energiespeichereinheiten sowie dem Widerstand des elektrischen Verbrauchers definiert ist, in einem vorgegebenen Bereich des Einschaltstroms des elektrischen Verbrauchers, welcher ohne Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrens beim Einschalten über den elektrischen Verbraucher fließen würde, liegt und dass anschließend, nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers, in einem zweiten Schritt der Innenwiderstand der elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung durch Zuschalten weiterer elektrischen Energiespeichereinheiten des mindestens einen elektrischen Energiespeichermoduls stufenweise abgesenkt und somit eine Begrenzung des Einschaltstroms des elektrischen Verbrauchers verringert wird. Der vorgegebene Bereich des Einschaltstroms des elektrischen Verbrauchers hängt davon ab, welche Stromabsenkung beim Einschalten erreicht werden soll. Bei ohmschen Lasten kann der vorgegebene Bereich beispielsweise zwischen 50% und 80% des Einschaltstromes ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen. Bei induktiven Lasten, wie z. B. Elektromotoren, kann der Bereich beispielsweise zwischen 20% und 40% des Einschaltstroms ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen.
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Der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers wird hierbei in n-Stufen modelliert (n ist eine natürliche Zahl und abhängig von dem angestrebten Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers bzw. der Anzahl der einzeln zuschaltbaren elektrischen Energiespeichereinheiten). Die kleinste Stufe einer Verringerung der Begrenzung des Einschaltstroms des elektrischen Verbrauchers ist dabei durch den Innenwiderstand einer einzeln zuschaltbaren elektrischen Energiespeichereinheit gegeben. Größere Stufen können durch das gleichzeitige Zuschalten von zwei oder mehr der elektrischen Energiespeichereinheiten erzielt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird entsprechend dem durch das Zuschalten eingestellten Innenwiderstand des mindestens einen elektrischen Energiespeichermoduls eine passende Stromstärke eingestellt, ohne eine nennenswerte Erwärmung durch Verlustleistung eines im Stand der Technik verwendeten Vorwiderstands zu erzeugen. Der Begrenzung des Einschaltstroms des elektrischen Verbrauchers wird dann in geeigneten Schritten, nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers verringert. Als geeignete Schrittweite ist insbesondere die kleinstmögliche Schrittweite geeignet, welche durch den Innenwiderstand einer einzeln zuschaltbaren Energiespeichereinheit gegeben ist.
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Eine Wartezeit zwischen zwei Stufen des Zuschaltens der elektrischen Energiespeichereinheiten beträgt bevorzugt einige Sekunden/Millisekunden. Besonders bevorzugt beträgt die Wartezeit im Bereich von 10 ms bis 1000 ms und ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 ms bis 100 ms. Handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher um einen Elektromotor, der gestartet werden soll, beträgt die Wartezeit beispielsweise 20 ms.
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Unter dem steuerbaren Schalterelement ist ein Schalter zu verstehen, der durch ein Spannungs- oder Stromsignal gesteuert werden kann, wie z.B. ein Relais.
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Bevorzugt ist das steuerbare Schalterelement ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Leistungshalbleiter. Ein Leistungshalbleiter ist ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik für das Steuern und Schalten hoher elektrischer Ströme und Spannungen ausgelegt sind, wie z.B. IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, engl.: insulated-gate bipolar transistor) oder MOSFET (Metal-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttrangsistor, engl.: metal oxide semiconductor field-effect transistor). Weitere geeignete Schaltelemente sind Thyristoren und davon abgeleitete Bauelemente wie GTO (gate turn-off Thyristor), IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor) sowie SiC-Schalter.
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Besonders bevorzugt wird das steuerbare Schalterelement als MOSFET ausgebildet.
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In einer vorteilhalten Ausführungsform weist die elektrische Energiespeichereinheit mindestens ein elektrisches Energiespeicherelement auf, welches wieder oder nicht wieder aufladbar ist.
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Im Falle, dass die elektrische Energiespeichereinheit mehrere elektrische Energiespeicherelemente umfasst, können die elektrischen Energiespeicherelemente in Reihe oder parallel oder gemischt mit beiden Schaltungsanordnungen verschaltet werden.
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Beispielsweise kann das elektrische Energiespeicherelement als eine primäre oder sekundäre Batteriezelle ausgebildet werden. Dabei kann eine als Batterieeinheit ausgebildete elektrische Energiespeichereinheit aus einer einzigen Batteriezelle gebildet werden oder sie kann mehrere Batteriezellen umfassen. Mehrere so gebildete elektrische Energiespeichereinheit bzw. Batterieeinheiten werden dann zu einem elektrischen Energiespeichermodul bzw. Batteriemodul gepackt. Eine als eine Batterie ausgebildete Energiespeicherungsvorrichtung weist dabei mindestens ein Batteriemodul auf.
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Bevorzugt wird die Batteriezelle als eine Lithium-Ionen-Batteriezelle (LIB-Zelle) ausgebildet. Beispiele sind Lithium-Eisenphosphat (LFP) Batteriezellen, Lithiumtitanat (LTO) Batteriezellen und Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC) Batteriezellen. Alternativ können auch andere Batteriezelltypen eingesetzt werden wie Nickel-Metallhydrid (NiMH) Zellen oder Bleibatterien.
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Das elektrische Energiespeicherelement kann auch als eine Kondensatorzelle ausgebildet werden. Dabei kann eine Kondensatoreinheit aus einer einzigen Kondensatorzelle gebildet oder sie kann mehrere Kondensatorzellen umfassen. Mehrere so gebildete Kondensatoreinheiten werden dann zu einem Kondensatormodul gepackt. Ein Kondensator weist dabei mindestens ein Kondensatormodul auf.
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Bevorzugt wird der Kondensatorzelle als ein Superkondensatorzelle (SC-Zelle, engl.: Supercapacitor) ausgebildet.
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Ein Superkondensator (SC), der neben Lithium-Ionen-Batterien (LIB) eine immer größer werdende Rolle spielt, ist ein elektrochemischer Kondensator. Bereits auf dem Markt erhältliche Superkondensatoren werden sowohl für automobile Anwendungen als auch für stationäre Systeme verwendet. Elektrochemische Energiespeicher lassen sich anhand ihrer Energie- und Leistungsdichte charakterisieren. Generell weisen Superkondensatoren eine höhere Leistungsdichte und eine geringere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien auf. Somit werden Lithium-Ionen-Batterien für energieintensive Anwendungen und Superkondensatoren für leistungsintensive Anwendungen bevorzugt.
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Generell unterteilen sich Superkondensatoren in „Electric Double Layer Capacitors“ (EDLC), „Pseudocapacitors“ und hybride Superkondensatoren (HSC). „Electric Double Layer Capacitors“ sowie „Pseudocapacitors“ weisen eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte, aber eine verhältnismäßig geringe Energiedichte auf. Hybride Superkondensatoren hingegen besitzen eine verhältnismäßig hohe Leistungsdichte und eine verhältnismäßig hohe Energiedichtedichte. Hybride Superkondensatoren weisen somit Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien und von Superkondensatoren auf.
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Die verschiedenen Typen von Energiespeicherelementen, insbesondere die verschiedenen Batteriezelltypen, können unterschiedliche Innenwiderstände aufweisen. Daher wird die Anzahl der Energiespeichereinheiten und/oder die Anzahl der darin enthaltenen elektrischen Energiespeicherelemente vorzugsweise so gewählt, dass nach dem Zuschalten aller Energiespeichereinheiten der Nennstrom des elektrischen Verbrauchers erreicht wird.
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Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich um einen Gleichstromverbraucher handeln. Es kann sich aber auch um einen einphasigen oder dreiphasigen Wechselstromverbraucher handeln. Der elektrische Verbraucher kann eine Elektronik zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers aufweisen, wie z.B. DC/DC- oder DC/AC-Wandler usw.
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Der elektrische Verbraucher wird bevorzugt als Elektromotor ausgebildet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen elektrisch angetriebenen Beförderungs- und Transportsystem zu Wasser, zu Land und in der Luft und ebenso in stationären Anwendungen ausgeführt werden, welche mindestens einen elektrischen Verbraucher und mindestens eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung umfassen, die zur Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers dient und mehrere elektrische Energiespeichereinheiten aufweist, welche parallel zueinander geschaltet sind.
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Es wird ferner eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers vorgeschlagen. Dabei umfasst die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung ein Steuergerät und mindestens ein elektrisches Energiespeichermodul, welches mehrere parallel zueinander geschaltete elektrische Energiespeichereinheiten aufweist, die jeweils mit einem steuerbaren Schalterelement versehen sind. Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung ist dabei eingerichtet, um das erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung durch das Steuergerät so gesteuert, dass beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers eine passende Anzahl der elektrischen Energiespeichereinheiten des mindestens einen elektrischen Energiespeichermoduls stufenweise zugeschaltet wird.
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Es wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist und/oder das mindestens eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung umfasst.
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Bevorzugt umfasst das Kraftfahrzeug mindestens einen elektrischen Verbraucher, der durch die mindestens eine elektrische Energiespeicherungsvorrichtung versorgt ist.
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Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung kann dabei als eine Starterbatterie, eine Traktionsbatterie oder eine Backup-Batterie dienen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform dient ein als Elektromotor ausgebildeter elektrischer Verbraucher als ein Anlasser oder Starter eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform dient ein als Elektromotor ausgebildeter elektrischer Verbraucher als ein Traktionsmotor eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.
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Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung und der elektrische Verbraucher können ferner auch Teil einer stationären Anlage sein.
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Vorteile der Erfindung
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung wird ein Einschaltstrom eines elektrischen Verbrauchers beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers in mehreren kleinen Stufen reguliert. Dadurch kann die Belastung des Hauptschalters deutlich reduziert werden.
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Vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden, wobei das Kraftfahrzeug mindestens eine erfindungsgemäße elektrische Energiespeicherungsvorrichtung und mindestens einen elektrischen Verbraucher umfasst, der als ein Elektromotor ausgebildet ist.
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Dadurch wird ein Anlaufmoment des Elektromotors beim Einschalten reduziert und somit wird eine Reduzierung eines Verschleißes des Getriebes erreicht.
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Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche mittels Vorwiderständen einen Einschaltstrom eines elektrischen Verbrauchers begrenzen, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung eine hohe Verlustleistung an den Vorwiderständen vermieden werden. Folglich entfällt die große Abwärme, welche durch die Vorwiderstände erzeugt wird, und welche zu einer thermischen Belastung des Systems führen kann.
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Vorteilhafterweise wird im Vergleich zu bekannten Verfahren weniger elektrische Energie in Wärme umgesetzt, so dass Energie eingespart wird. Dies ermöglicht eine Vergrößerung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfah rzeugs.
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Darüber hinaus müssen die Ausführungen der Motorenachsen, Getriebeteile oder anderen mechanisch kraftverteilenden System-Komponenten nicht auf das maximale Drehmoment ausgelegt werden, welches ohne die erfindungsgemäße Reduzierung des Anlaufstromes vorliegen würde. Außerdem können die steuerbaren Schalterelemente können kleiner dimensioniert werden.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers,
- 2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung mit zwei parallel zueinander geschalteten elektrischen Energiespeichermodulen,
- 3a eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 3: eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform und
- 3c eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeichereinheit gemäß einer dritten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung 20 zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers 10.
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Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 weist dabei ein elektrisches Energiespeichermodul 30 auf, welches vier parallel zueinander geschaltete elektrische Energiespeichereinheiten 40 umfasst. Selbstverständlich ist es möglich, dass das elektrische Energiespeichermodul 30 eine geringere Anzahl oder eine wesentliche größere Anzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten 40 aufweist.
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Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 weist ferner zwei Anschlüsse 22 und 24 auf. Mittels der beiden Anschlüsse 22 und 24 ist die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 über einen Hauptschalter 70 mit dem elektrischen Verbraucher 10 elektrisch verbunden und dient zur Stromversorgung des elektrischen Verbrauchers 10.
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Die vier elektrischen Energiespeichereinheiten 40 sind jeweils mit einem steuerbaren Schalterelement 51 bis 54 versehen. Eine Energiespeichereinheit 40 bildet jeweils zusammen mit einem Schalterelement 51 bis 54 eine Schalteinheit, welche sich getrennt von den anderen Schalteinheiten zu- oder abschalten lässt.
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Vorzugsweise weisen die in 1 dargestellten vier elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44 jeweils eine gleiche Ausgangsspannung und einen gleichen Innenwiderstand auf. Sie können aber auch jeweils eine unterschiedliche Ausgangsspannung und einen unterschiedlichen Innenwiderstand aufweisen.
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Beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers 10 wird beispielsweise in einer ersten Stufe die erste elektrische Energiespeichereinheit 41 des elektrischen Energiespeichermoduls 30 eingeschaltet. Dabei werden der Hauptschalter 70, das erste Schalterelement 51 der ersten elektrischen Energiespeichereinheit 41 eingeschaltet, während die zweiten bis vierten Schalterelemente 52 bis 54 der zweiten bis vierten elektrischen Energiespeichereinheiten 42 bis 44 offen bleiben.
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Stufenweise werden die übrigen elektrischen Energiespeichereinheiten 42 bis 44 nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers 10 zugeschaltet, d.h. nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers 10 wird in einer zweiten Stufe das zweite Schalterelement 52 der zweiten elektrischen Energiespeichereinheit 42 eingeschaltet. Folgend wird in einer dritten Stufe das dritte Schalterelement 53 der dritten elektrischen Energiespeichereinheit 43 eingeschaltet. Danach wird in einer vierten Stufe das vierte Schalterelement 54 der vierten elektrischen Energiespeichereinheit 44 eingeschaltet.
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Mit dem stufenweisen Zuschalten der elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44 wird der Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichermoduls 30 bzw. der elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung 20 stufenweise reduziert. Somit wird ein Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers 10 beim Einschalten stufenweise begrenzt. Im vorliegenden Fall wird der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers 10 in vier Stufen modelliert. Hierbei wird entsprechend dem durch das Zuschalten eingestellten Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichermoduls 30 eine passende Stromstärke eingestellt, ohne eine nennenswerte Erwärmung durch Verlustleistung eines im Stand der Technik verwendeten Vorwiderstands zu erzeugen.
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Die in 1 dargestellten elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44 können jeweils mindestens ein elektrisches Energiespeicherelement 60 (vgl. 3a bis 3c) umfassen. Dabei kann das mindestens eine elektrische Energiespeicherelement 60 als eine Batteriezelle, bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausgebildet werden. Das mindestens eine elektrische Energiespeicherelement 60 kann auch als eine Kondensatorzelle, bevorzugt eine Superkondensatorzelle, ausgebildet werden.
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Vorzugsweise sind die in 1 dargestellten Schalterelemente 51 bis 54 Leistungshalbleiter. Besonders bevorzugt sind die Schalterelemente 51 bis 54 als MOSFET ausgebildet.
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Bei dem elektrischen Verbraucher 10 kann es sich um einen Gleichstromverbraucher handeln. Es kann sich aber auch um einen einphasigen oder dreiphasigen Wechselstromverbraucher handeln. Der elektrische Verbraucher 10 kann eine Elektronik zur Steuerung des elektrischen Verbrauchers 10 aufweisen, wie z.B. DC/DC- oder DC/AC-Wandler usw.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 weiterhin ein Steuergerät 80 auf, welches mit den Schalterelementen 51 bis 54 verbunden. Dabei wird die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 durch das Steuergerät 80 so gesteuert, dass beim Einschalten des elektrischen Verbrauchers 10 eine passende Anzahl der elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44 des elektrischen Energiespeichermoduls 30 stufenweise zugeschaltet wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeicherungsvorrichtung 20 mit zwei parallel zueinander geschalteten elektrischen Energiespeichermodulen 30.
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Dabei weist ein erstes elektrisches Energiespeichermodul 30a vier parallel zueinander geschaltete elektrische Energiespeichereinheiten 41a bis 44a und die der jeweiligen elektrischen Energiespeichereinheit 41a bis 44a zugeordneten Schalterelemente 51a bis 54a auf. Ein zweites elektrisches Energiespeichermodul 30b weist dabei vier parallel zueinander geschaltete elektrische Energiespeichereinheiten 41b bis 44b und die der jeweiligen elektrischen Energiespeichereinheit 41b bis 44b zugeordneten Schalterelemente 51b bis 54b auf.
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Die in 2 dargestellte elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 wird bevorzugt so eingerichtet, dass die beiden elektrischen Energiespeichermodule 30 eine gleiche Ausgangsspannung und eine gleichen Innenwiderstand aufweisen. Bevorzugt weisen die einzelnen elektrischen Energiespeichereinheiten 41a bis 44a sowie 41b bis 44b einen gleichen Innenwiderstand auf.
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Die in 2 dargestellten elektrischen Energiespeichereinheiten 41a bis 44a sowie 41b bis 44b können jeweils mindestens ein elektrisches Energiespeicherelement 60 (vgl. 3a bis 3c) umfassen. Dabei kann das mindestens eine elektrische Energiespeicherelement 60 als eine Batteriezelle, bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausgebildet werden. Das mindestens eine elektrische Energiespeicherelement 60 kann auch als eine Kondensatorzelle, bevorzugt eine Superkondensatorzelle, ausgebildet werden.
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Vorzugsweise sind die in 2 dargestellten Schalterelemente 51a bis 54a sowie 51b bis 54b Leistungshalbleiter. Besonders bevorzugt sind die Schalterelemente 51a bis 54a sowie 51b bis 54b als MOSFET ausgebildet.
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Die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 weist ferner zwei Anschlüsse 22 und 24 auf. Mittels der beiden Anschlüsse 22 und 24 wird die elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 mit einem elektrischen Verbraucher 10 (vgl. 1) elektrisch verbunden.
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Die in 2 dargestellte elektrische Energiespeicherungsvorrichtung 20 weist ferner ein Steuergerät 80 auf. Analog zu dem mit Bezug zur 1 ausgeführten stufenweisen Zuschalten der elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44, werden die elektrischen Energiespeichereinheiten 41a bis 44a sowie 41b bis 44b auch stufenweise zugeschaltet. Hierbei kann das Zuschalten jeder einzelnen elektrischen Energiespeichereinheit 41a bis 44a und 41b bis 44b eine Stufe bilden. Somit wird der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers 10 in acht Stufen modelliert
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Die steuerbaren Schalterelemente 51a bis 54a sowie 51b bis 54b können auch so gesteuert werden, dass beispielsweise in einer ersten Stufe die steuerbaren Schalterelemente 51a und 51b gleichzeitig eingeschaltet werden, während die übrigen steuerbaren Schalterelemente 52a bis 54a sowie 52b bis 54b offen bleiben. In einer zweiten Stufe werden die steuerbaren Schalterelemente 52a und 52b gleichzeitig eingeschaltet. Analog dazu werden die steuerbaren Schalterelemente 53a und 53b sowie 54a und 54b in folgenden Stufen gleichzeitig eingeschaltet. Somit wird der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers 10 in vier Stufen modelliert
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Denkbar ist auch, dass die steuerbaren Schalterelemente 51a bis 54a sowie 51b bis 54b so gesteuert werden, dass in einer ersten Stufe die steuerbaren Schalterelemente 51a bis 54a gleichzeitig eingeschaltet werden, während die steuerbaren Schalterelemente 51b bis 54b offen bleiben. In einer zweiten Stufe werden dann die steuerbaren Schalterelemente 51b bis 54b gleichzeitig eingeschaltet. Somit wird der Einschaltstrom des elektrischen Verbrauchers 10 in zwei Stufen modelliert.
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3a bis 3c zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer elektrischen Energiespeichereinheit 40, welche in 1 und 2 dargestellt ist, gemäß einer ersten, einer zweiten und einer dritten Ausführungsform. Analog zu den in 3a bis 3c dargestellten elektrischen Energiespeichereinheiten 40 können die in 1 sowie 2 dargestellten elektrischen Energiespeichereinheiten 41 bis 44, 41a bis 44a sowie 41b bis 44b gleichartig dargestellt werden.
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Die in 3a bis 3c dargestellten elektrischen Energiespeichereinheiten 40 umfassen jeweils mehrere elektrische Energiespeicherelemente 60. In 3a sind die elektrischen Energiespeicherelemente 60 in Reihe zueinander geschaltet, während die elektrischen Energiespeicherelemente 60 in 3b parallel zueinander geschaltet sind. In 3c sind die elektrischen Energiespeicherelemente 60 gemischt verschaltet, wobei in dem dargestellten Beispiel jeweils drei elektrische Energiespeicherelemente 60 in Reihe zu einem Strang verschaltet sind und vier Stränge parallel geschaltet sind.
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Die in 3a bis 3c dargestellten elektrischen Energiespeicherelemente 60 können als Batteriezellen, bevorzugt als eine Lithium-Ionen-Batteriezellen, ausgebildet werden. Die elektrischen Energiespeicherelemente 60 können auch als Kondensatorzellen, bevorzugt Superkondensatorzellen, ausgebildet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040724 A1 [0004]
- DE 102011115550 A1 [0005]
