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Die vorliegende Offenbarung geht aus von einem elektrischen Energiespeichersystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch.
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Stand der Technik
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Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, werden zunehmend elektrische Energiespeichersysteme, welche meist aus einer Mehrzahl an kleineren Energiespeichereinheiten bestehen, eingesetzt. Meist handelt es sich um Batteriepacks, welche aus einer Vielzahl von Batteriemodulen beziehungsweise Batteriezellen gebildet werden, insbesondere basierend auf der Lithiumionentechnologie. Um die Sicherheit dieser Energiespeichersysteme zu gewährleisten, werden meist Größen wie ein elektrischer Strom, eine Temperatur und eine elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise der ihn konstituierenden kleineren Einheiten überwacht. Überschreiten oder unterschreiten diese Größen bestimmte Schwellenwerte beziehungsweise Grenzwerte, bedeutet dies ein Risiko für die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise der elektrischen Energiespeichereinheiten. Daher wird insbesondere beim Ladevorgang der Einhaltung oberer, maximal zulässiger Grenzwerte der genannten Grö-ßen Sorge getragen und Vorkehrungen getroffen, dass diese nicht überschritten werden. Dies ist erforderlich, da ansonsten Schäden an dem elektrischen Energiespeichersystem durch insbesondere Lithium-Plating verursacht werden können.
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Wenn eine elektrische Spannung, mittels der ein elektrisches Energiespeichersystem geladen werden soll, die maximal zulässige Energiespeicherspannung überschreitet, kann sie nicht auf einfache Weise zur Ladung des elektrischen Energiespeichersystems eingesetzt werden. Beispielsweise werden für eine entsprechende Spannungswandlung Gleichspannungswandler eingesetzt, um eine Ladespannung zu reduzieren. Dies erfordert eine zusätzliche elektronische Schaltung.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Offenbart wird ein elektrisches Energiespeichersystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs.
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Das elektrische Energiespeichersystem umfasst dabei mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und weist zwei Polanschlüsse auf, mittels derer das elektrischen Energiespeichersystem mit einem Bordnetz, insbesondere einem Fahrzeugbordnetz, verbindbar ist und über die dem elektrischen Energiespeichersystem Energie entnommen werden kann.
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Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem mindestens einen ersten Ladepfad auf, mit dem das elektrische Energiespeichersystem und somit die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit geladen werden können. In dem ersten Ladepfad befindet sich eine Ladungsbegrenzungsvorrichtung, die eingerichtet ist, bei einem Ladevorgang des elektrischen Energiespeichersystems eine an der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit (101) anliegende elektrische Energiespeichereinheitsspannung derart zu begrenzen, dass eine maximal zulässige Energiespeichereinheitsgrenzspannung eingehalten wird. Diese maximal zulässige Energiespeichereinheitsgrenzspannung einer elektrischen Energiespeichereinheit kann beispielsweise im Bereich von 3,4 V bis 3,5 V liegen.
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Dies ist vorteilhaft, da durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung die obere, maximal zulässige Energiespeichereinheitsgrenzspannung eingehalten wird, was insbesondere Lithium-Plating an der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit verhindert. Das elektrische Energiespeichersystem wird dadurch, obwohl an seinen Polanschlüssen eine möglicherweise zu hohe Spannung anliegt, in einem sicheren Betriebsbereich betrieben, da die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit mit einer verringerten Spannung geladen wird.
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Weiterhin werden durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung mögliche, im Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems auftretende Leistungsspitzen beziehungsweise Spannungsspitzen gepuffert, sodass das System nicht beschädigt wird. Sofern das offenbarte elektrische Energiespeichersystem als Ersatz für eine Blei-Säure-Batterie beispielsweise an einem Fahrzeugbordnetz zum Einsatz kommt, ist ein weiterer Vorteil, dass es sich insbesondere bei niedrigen Temperaturen, insbesondere im Bereich unter 5 °C beziehungsweise unter 0 °C, wie eine Blei-Säure-Batterie verhält, welche bei niedrigen Temperaturen eine niedrige Ladungsakzeptanz aufweist, jedoch Spannungsspitzen, sogenannten Loaddumps, effektiv dämpft, indem dem Bordnetz kurzzeitig während der Spannungsspitzen hohe Ströme entnommen werden. Somit stellt das elektrische Energiespeichersystem einen vorteilhaften Ersatz für eine Blei-Säure-Batterie dar.
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Vorteilhafterweise sind die genannten Elemente - bis auf die Polanschlüsse - innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei das Gehäuse vorzugsweise gegen eindringende Flüssigkeiten abgedichtet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßigerweise wird die maximal zulässige Energiespeichereinheitsspannung derart definiert, dass ein Elektrodenpotential der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit, insbesondere ein Anodenpotential, größer als ein vordefinierter Elektrodenpotentialgrenzwert eingehalten wird. Dabei ist insbesondere ein Elektrodenpotentialgrenzwert von 0 V gegen das Standardpotential von Lithiummetall im selben Elektrolytr möglich. Falls eine elektrische Energiespeichereinheit auf Lithiumionenbasis eingesetzt wird, ist der Elektrodenpotentialgrenzwert insbesondere das Lithiummetallabscheidungspotential, das heißt das Potential, bei dessen Unterschreiten sich metallisches Lithium an der Anode ablagert.
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Zweckmäßigerweise weist das elektrische Energiespeichersystem einen zweiten Ladepfad zum Laden des elektrischen Energiespeichersystems und somit der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit auf. Weiterhin weist das elektrische Energiespeichersystem eine Sperrvorrichtung in dem zweiten Ladepfad auf, mit der ein Stromfluss durch den zweiten Ladepfad gesperrt werden kann. Dies ist vorteilhaft, da somit im Bedarfsfall zum Laden der Ladestrom vollständig über den ersten Ladepfad geleitet werden kann, wo eine Spannungsabsenkung stattfindet, und bei Nichterfordernis der Spannungsabsenkung der Ladestrom über den zweiten Ladepfad geleitet wird, wodurch die Verlustleistung verringert wird. Somit kann die Effizienz des elektrischen Energiespeichersystems erhöht werden.
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Zweckmäßigerweise ist die Sperrvorrichtung eingerichtet, den zweiten Ladepfad ab einer vordefinierten Polanschlussspannung und/oder ab einer vordefinierten Energiespeichereinheitsspannung, die an der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit anliegt, zu sperren und somit einen Stromfluss durch den zweiten Ladepfad zu unterbinden. Dies ist vorteilhaft, um eine überhöhte Spannung an der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit zu verhindern, da somit der gesamte Stromfluss über den ersten Ladepfad, in dem sich die Ladungsbegrenzungsvorrichtung befindet, stattfindet.
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Zweckmäßigerweise ist die Sperrvorrichtung eingerichtet, den zweiten Ladepfad bei Unterschreiten einer vordefinierten Temperaturschwelle zu sperren. Insbesondere liegt diese Temperaturschwelle bei 0 °C. Durch das Sperren des zweiten Ladepfades bei Unterschreiten einer vordefinierten Temperaturschwelle erfolgt das Laden in vorteilhafter Weise über den ersten Ladepfad, in dem die Ladungsbegrenzungsvorrichtung für ein sicheres Laden des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit sorgt. Insbesondere erfolgt dadurch das Laden der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit mit einer derart reduzierten Spannung, dass kein Lithium-Plating auftreten kann. Vorteilhafterweise stellt sich dadurch zwar ein im zeitlichen Mittel reduzierter Ladestrom ein, was die Wahrscheinlichkeit von Lithium-Plating reduziert, zeitlich kurze Ladestrompulse werden jedoch nur unwesentlich unterdrückt, so dass die Pufferwirkung gegen sogenannte Loaddumps, wie z.B. in LV124 und VW8000 beschrieben, nicht oder nur unwesentlich eingeschränkt wird.
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Zweckmäßigerweise weist die Sperrvorrichtung mindestens ein Halbleiterelement auf. Dies ist vorteilhaft, um ein sicheres und schnelles Sperren mittels der Sperrvorrichtung zu ermöglichen.
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Zweckmäßigerweise weist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung mindestens eines der nachfolgenden Elemente in dem ersten Strompfad auf: ein Widerstandselement mit einem vordefinierten ohmschen Widerstand, ein Widerstandselement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten, eine Diode, eine Schmelzsicherung, ein Schaltelement, insbesondere einen Transistor, ein Widerstandselement mit einem regelbaren ohmschen Widerstand. Dies ist vorteilhaft, um damit eine gezielte Verringerung der elektrischen Spannung, mit der die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit geladen wird, herbeizuführen. Ein Widerstandselement mit einem positiven Temperaturkoeffizienten kann die Dauer unerwünschter hoher Stromstöße begrenzen. Eine Thermosicherung bietet Schutz gegen Überlastung, ein Schaltelement kann den ersten Ladepfad deaktivieren, wenn er beispielsweise bei höheren Temperaturen nicht benötigt wird oder wenn die die Bordnetzspannung so hoch steigt, dass auch mit Spannungsreduktion eine zu hohe Ladespannung entsteht. Eine oder mehrere Dioden, gegebenenfalls mit parallelen Schaltelementen, können die elektrische Spannung schrittweise je nach Anwendungsfall verringern. Somit ist in vorteilhafter Weise eine flexible Ladungsbegrenzungsvorrichtung aufbaubar.
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Zweckmäßigerweise ist parallel zu mindestens einem der vorgenannten Elemente, die in dem ersten Ladepfad angeordnet sind, ein Schaltelement angeordnet, welches eingerichtet ist, das mindestens eine Element elektrisch zu überbrücken. So kann beispielsweise parallel zu der beschriebenen Diode ein Schaltelement angeordnet sein, um der Ladungsbegrenzungsvorrichtung eine schrittweise Anpassung der Polanschlussspannung zu ermöglichen. Dies ist vorteilhaft, da somit eine flexible und in den unterschiedlichsten Anwendungsfällen einsetzbare Ladungsbegrenzungsvorrichtung entsteht. Diode und Schaltelement können beispielsweise auch in einem Halbleiterelement kombiniert werden, beispielsweise in einem Feldeffekttransistor, insbesondere einem MosFET.
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Zweckmäßigerweise umfasst das elektrische Energiespeichersystem eine Temperaturermittlungsvorrichtung, welche eingerichtet ist, eine Temperatur der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und/oder eine Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichersystems zu ermitteln. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere bei tiefen Temperaturen, beispielweise unter 0 °C, das elektrische Energiespeichersystem, insbesondere die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, nur mit verringerten elektrischen Strömen geladen werden können, ohne Schaden zu nehmen. Durch die Temperaturermittlungsvorrichtung ist das elektrische Energiespeichersystem in der Lage, gegebenenfalls selbstständig den zweiten Ladepfad mittels der Sperrvorrichtung zu sperren, um ein sicheres Laden zu ermöglichen. Sie ist somit in vorteilhafter Weise nicht auf eine externe, d.h. außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems stattfindende Temperaturermittlung angewiesen, was ihren Einsatzbereich deutlich erhöht.
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Zweckmäßigerweise umfasst die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit eine Batteriezelle auf Lithiumionenbasis, insbesondere auf Basis von Lithiumeisenphosphat. Typischerweise weisen Lithiumeisenphosphatbatteriezellen ein Ruhespannungsplateau von 3,2 V bis 3,4 V auf.
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Dies ist vorteilhaft, da insbesondere bei Batteriezellen auf Lithiumeisenphosphatbasis bei Ladezuständen im Bereich von ca. 5 % bis 95 % die Leerlaufspannung, auch Ruhespannung genannt, nahezu konstant ist und somit die Polarisation der negativen Elektrode begrenzt werden kann, indem die an der jeweiligen elektrischen Energiespeichereinheit des elektrischen Energiespeichersystems anliegende elektrische Spannung begrenzt wird. Somit kann mittels der beschriebenen Vorrichtung durch zweckmäßige Begrenzung der anliegenden Spannung die Polarisation der negativen Elektrode, bei Batterien auch Anode genannt, der jeweiligen elektrischen Energiespeichereinheit beschränkt werden. Lithium-Plating tritt auf, wenn das Elektrodenpotential unter dem Lithiummetallabscheidungspotential liegt. Bei Ladezuständen <100% wird eine solche ungewünschte Potentialunterschreitung durch übermäßige Polarisation ausgelöst. Indem die Polarisation mittels der beschriebenen Ladungsbegrenzungsvorrichtung begrenzt wird, kann somit Lithium-Plating verhindert werden. Diese Begrenzung der Polarisation ist überraschenderweise ohne eine explizite Strombegrenzung auf einen festen Wert möglich. Stattdessen reagiert das elektrische Energiespeichersystem weiterhin mit einer im Fall von Wechselströmen frequenzabhängigen und im Fall von Gleichströmen pulsweitenabhängigen Stromfähigkeit. Die Auswirkung dieses Verhaltens soll hier für den Gleichstromfall erläutert werden, die Vorteile sind jedoch auf Wechselströme übertragbar.
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Wird ein Spannungspuls an den elektrischen Energiespeicher angelegt, ist die Polarisation der negativen Elektrode stark zeitabhängig. So führen kurze Ladestrompulse zu niedriger Polarisation und längere Ladestrompulse zu höherer Polarisation. Da durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung die Polarisation begrenzt wird, wird somit die Stromaufnahmefähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit abhängig von der Dauer des Ladepulses bzw. der Spannungstransiente modifiziert.
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Dies führt zu den folgenden Vorteilen:
- 1. Lange Ladepulse, wie z.B. die Ladespannung eines Generators oder Ladegeräts werden nur mit Ladeströmen beantwortet, die nicht zu Lithium-Plating führen.
- 2. Die für eine Ladepulsdauer maximal erlaubte Stromstärke muss nicht bekannt sein, da diese über die Polarisationsbegrenzung aufgrund inhärenter physikochemischer Eigenschaften der negativen Elektrode eingestellt wird, wenn die Polarisation erfindungsgemäß begrenzt wurde.
- 3. Die somit im zeitlichen Mittel herabgesetzte Ladeakzeptanz, wie z. B. in DIN EN 50232-1 beschrieben, ahmt den aktuellen Stand der Technik, der durch Blei-Säure-Batterien gesetzt ist, nach und sorgt somit für Rückwärtskompatibilität.
- 4. Loaddumps und andere Bordnetztransienten, wie z.B. in der LV124/ VW 8000 beschrieben, werden aufgrund der hohen Stromakzeptanz für kurze Pulse und Transienten effektiv gepuffert, bei gleichzeitiger Unterdrückung von Lithium- Plating.
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Zweckmäßigerweise umfasst das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten, die elektrisch in Reihenschaltung miteinander verschaltet sind. Somit können in vorteilhafter Weise erhöhte Spannung erzeugt werden, die über dem Niveau einer einzelnen elektrischen Energiespeichereinheit liegen.
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Zweckmäßigerweise ist das elektrische Energiespeichersystem eine Starterbatterie für Fahrzeuge, welche insbesondere ein Nominalspannungsniveau von 12 V aufweist. Dies ist vorteilhaft, da derartige Systeme an ein Fahrzeugbordnetz angeschlossen sind, wobei hier, insbesondere im Winter, kalte Temperaturen herrschen können, was die Ladefähigkeit einschränkt. Weiterhin kommt es hierbei im Betrieb zu Leistungs- und damit Spannungsspitzen. Das offenbarte System kann effektiv ein sicheres Laden des elektrischen Energiespeichersystems bei kalten Temperaturen sowie einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs durch Abfangen von Spannungsspitzen gewährleisten. Durch den einfachen Aufbau ohne Gleichspannungswandler ist zudem ein kostengünstiger und robuster Aufbau möglich.
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Vorteilhafterweise weist das elektrische Energiespeichersystem eine elektronische Steuereinheit auf, die beispielsweise die Polanschlussspannung und/oder die elektrische Spannung und/oder die Temperatur der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Dies ist vorteilhaft, da dadurch die Sperrvorrichtung und/oder die Ladungsbegrenzungsvorrichtung angesteuert werden kann. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
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Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Verfahren zum Betrieb des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems, wobei der zweite Ladepfad mittels der Sperrvorrichtung gesperrt wird, sodass bei einem Ladevorgang in dem zweiten Ladepfad kein elektrischer Strom mehr fließt, und wobei das elektrische Energiespeichersystem über den ersten Ladepfad, in dem die Ladungsbegrenzungsvorrichtung angeordnet ist, geladen wird. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.
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Zweckmäßigerweise wird eine Temperatur der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und/oder eine Umgebungstemperatur des elektrischen Energiespeichersystems ermittelt. Dabei wird der zweite Ladepfad mittels der Sperrvorrichtung in Abhängigkeit der Temperatur und oder der Umgebungstemperatur gesperrt. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.
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Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass das elektrische Energiespeichersystem die Schritte des Verfahrens ausführt. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.
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Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.
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Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung die Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems in einem Fahrzeug als Starterbatterie. Somit können insbesondere bei einem Austausch einer Blei-Säure-Batterie gegen das offenbarte elektrische Energiespeichersystem die oben genannten Vorteile realisiert werden, ohne dass es für einen Fahrzeugnutzer zu Einschränkungen kommt.
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Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-lonen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator sein.
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Figurenliste
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung der offenbarten Ladungsbegrenzungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 3 eine schematische Darstellung der offenbarten Ladungsbegrenzungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 4 eine schematische Darstellung der offenbarten Ladungsbegrenzungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
- 6 eine schematische Darstellung des offenbarten Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei weist das elektrische Energiespeichersystem 100 mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit 101 auf. Die elektrische Energiespeichereinheit 101 ist über einen ersten Ladepfad, welcher über einen ersten Polanschluss 103, die elektrische Energiespeichereinheit 101 und eine Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 zu dem zweiten Polanschluss 102 führt, mit den beiden Polanschlüssen 102, 103 verbunden. Weiterhin ist innerhalb des elektrischen Energiespeichersystems ein zweiter Ladepfad vorhanden. Der zweite Ladepfad führt über den ersten Polanschluss 103, die elektrische Energiespeichereinheit 101 und eine Sperrvorrichtung 105 zu dem zweiten Polanschluss 102. Dabei ist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 eingerichtet, bei einem Ladevorgang des elektrischen Energiespeichersystems 100 eine an der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit 101 anliegende elektrische Energiespeichereinheitsspannung derart zu begrenzen, dass eine maximal zulässige Energiespeichereinheitsgrenzspannung eingehalten wird. Die Sperrvorrichtung 105, welche beispielsweise einen elektromechanischen oder leistungselektronischen Schalter umfassen kann, ist eingerichtet, den Stromfluss durch den zweiten Ladepfad zu sperren.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 gemäß einer ersten Ausführungsform. Dabei weist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 ein Widerstandselement 201 mit einem vordefinierten ohmschen Widerstand auf. Weiterhin umfasst sie eine Diode 202. Die Diode ist so orientiert, dass sie Stromfluss in Laderichtung zulässt und dabei durch ihre Flussspannung die Spannung am Energiespeichersystem gegenüber der Spannung an den Polanschlüssen reduziert. Beide Elemente 201, 202 sind durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung in dem ersten Ladepfad angeordnet.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei weist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 ein Widerstandselement 301 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten auf, um bei einer Temperaturerhöhung durch einen erhöhten Stromfluss durch den sich dann ebenfalls erhöhenden elektrischen Widerstand eben diesen Stromfluss zu begrenzen. Weiterhin umfasst die Ladungsbegrenzungsvorrichtung eine Thermosicherung 302, um im Falle eines schweren Fehlers überhöhte, potentiell schädliche Ströme zu verhindern beziehungsweise deren Einwirkungszeit zu verringern.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 gemäß einer dritten Ausführungsform. Dabei weist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 ein Widerstandselement 402 mit einem regelbaren ohmschen Widerstand auf. Parallel zu dem Widerstandselement 402 ist dabei ein Schaltelement 401 angeordnet, mit dem das Widerstandselement 402 überbrückt werden kann, um die Möglichkeit zu haben, je nach Anwendungsfall die Spannung zu verringern oder nicht.
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Dabei kann das Schaltelement 401 mit jedem der vorgenannten Elemente, die die Ladungsbegrenzungsvorrichtung aufweisen kann, parallelgeschaltet werden, um gegebenenfalls das entsprechende Element beziehungsweise dessen Funktionalität zu überbrücken. Dabei ist auch eine Parallelschaltung des Schaltelements 401 zu mehreren der vorgenannten Elemente, beispielsweise zu einem Widerstandselement 301 mit einem positiven Temperaturkoeffizienten und einer Thermosicherung 302, möglich.
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5 zeigt eine schematische Darstellung des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems 500 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Dabei weist das elektrische Energiespeichersystem 500 mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit 101 auf. Die elektrische Energiespeichereinheit 101 ist über einen ersten Ladepfad, welcher über einen ersten Polanschluss 103, einen MosFET 502, d.h. einen Transistor, welcher Teil einer Ladungsbegrenzungsvorrichtung 504 ist, die elektrische Energiespeichereinheit 101 und ein Widerstandselement 501, welches ebenfalls Teil der Ladungsbegrenzungsvorrichtung 504 ist, zu dem zweiten Polanschluss 102 führt, mit den beiden Polanschlüssen 102, 103 verbunden. Dabei ist die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 504 eingerichtet, bei einem Ladevorgang des elektrischen Energiespeichersystems 500 eine an der elektrischen Energiespeichereinheit 101 anliegende elektrische Energiespeichereinheitsspannung so zu verringern, dass die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit 101 mit höchstens einer maximal zulässigen Energiespeichereinheitsgrenzspannung geladen wird. Im Gegensatz zu 1 sind hierbei die Bauteile der Ladungsbegrenzungsvorrichtung 504 getrennt angeordnet.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des offenbarten Verfahrens zum Betrieb des offenbarten elektrischen Energiespeichersystems gemäß einer Ausführungsform. Dabei wird in einem ersten Schritt S61 der zweite Ladepfad mittels der Sperrvorrichtung gesperrt, so dass das elektrische Energiespeichersystem im Falle des Ladens über den ersten Ladepfad geladen wird, in dem die Ladungsbegrenzungsvorrichtung angeordnet ist.
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In einem zweiten Schritt S62 wird anschließend das elektrische Energiespeichersystem über den ersten Ladepfad geladen. Dabei wird durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung dafür gesorgt, dass die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit mit einer niedrigeren als der Polanschlussspannung, die zwischen den beiden Polanschlüssen anliegt, geladen wird.
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Gegebenenfalls kann es erforderlich sein, zuerst die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 zu aktivieren und danach die Sperrvorrichtung 105, um den zweiten Ladepfad zu sperren. Somit wird durch die Ladungsbegrenzungsvorrichtung 104 ein Loaddump abgefangen, der durch Sperren des zweiten Ladepfades erzeugt wird. Potentiell können somit zusätzliche Vorrichtungen zum Abfangen von transienten Spannungsüberhöhungen im Energiespeichersystem eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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