DE102020202850A1 - Energy storage system and method and device for charging an energy storage arrangement - Google Patents

Energy storage system and method and device for charging an energy storage arrangement Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schnelles und effizientes Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern. Insbesondere kann eine zur Verfügung stehende Ladeleistung gezielt auf einen oder mehrere aufzuladende Energiespeicher verteilt werden. Hierzu können beispielsweise zunächst Energiespeicher mit einer geringen Klemmenspannung bzw. einem geringen Ladezustand aufgeladen werden. Mit steigendem Ladezustand bzw. steigender Klemmenspannung können schrittweise weitere Energiespeicher zu der Gruppe der aufzuladenden Energiespeicher hinzugefügt werden.The present invention relates to fast and efficient charging of an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices. In particular, an available charging power can be distributed specifically to one or more energy stores to be charged. For this purpose, for example, energy stores can initially be charged with a low terminal voltage or a low state of charge. As the state of charge rises or the terminal voltage rises, further energy stores can gradually be added to the group of energy stores to be charged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem mit mehreren elektrischen Energiespeichern, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern.The present invention relates to an energy storage system with a plurality of electrical energy stores, as well as a method and a device for charging an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy stores.

Stand der TechnikState of the art

Obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Elektrofahrzeug beschrieben wird, ist die Erfindung nicht hierauf begrenzt. Vielmehr kann die Erfindung auf beliebige Energiespeicheranordnungen mit mehreren elektrischen Energiespeichern angewendet werden.Although the present invention is described in the context of an electric vehicle, the invention is not limited thereto. Rather, the invention can be applied to any energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices.

Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge besitzen eine sogenannte Traktionsbatterie, welche elektrische Energie bereitstellt, die zum Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Hierbei ist es unter anderem auch möglich, nicht nur eine einzige Traktionsbatterie vorzusehen, sondern gegebenenfalls auch zwei oder mehr elektrische Energiespeicher vorzusehen. Beispielsweise können bei dem Einsatz mehrerer Elektromotoren in einem Fahrzeug für jeden Elektromotor eine separate Traktionsbatterie vorgesehen sein. Ferner können gegebenenfalls auch elektrische Energiespeicher mit unterschiedlichen Eigenschaften vorgesehen sein, beispielsweise ein erster Energiespeicher, der innerhalb einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung bereitstellen kann und ein weiterer elektrischer Energiespeicher mit einer hohen Energiedichte.Completely or at least partially electrically powered vehicles have what is known as a traction battery, which provides electrical energy that can be used to drive the vehicle. It is also possible, among other things, not only to provide a single traction battery, but also to provide two or more electrical energy stores, if necessary. For example, when several electric motors are used in a vehicle, a separate traction battery can be provided for each electric motor. Furthermore, electrical energy storage devices with different properties can optionally also be provided, for example a first energy storage device, which can provide high power within a very short time, and a further electrical energy storage device with a high energy density.

Die Verwendung mehrerer elektrischer Energiespeicher in einem gemeinsamen System erfordert dabei eine geeignete Ladestrategie, um die eingesetzten Energiespeicher aufzuladen. Insbesondere müssen dabei auch gegebenenfalls die unterschiedlichen Ladezustände der einzelnen Energiespeicher berücksichtigt werden.The use of several electrical energy stores in a common system requires a suitable charging strategy in order to charge the energy stores used. In particular, the different states of charge of the individual energy storage devices may also have to be taken into account.

Die Druckschrift WO 2004/049540 A2 offenbart ein System zum Ausgleich des Ladezustandes von mehreren in Serie geschalteten Energiespeichereinheiten, wobei die einzelnen Energiespeichereinheiten unterschiedliche Ladezustände aufweisen können. Insbesondere kann Energie von einer Energiespeichereinheit an eine andere übertragen werden, wenn der Ladezustand einer Energiespeichereinheit einen Ziel-Ladezustand überschreitet.The pamphlet WO 2004/049540 A2 discloses a system for balancing the state of charge of several energy storage units connected in series, wherein the individual energy storage units can have different states of charge. In particular, energy can be transferred from one energy storage unit to another when the state of charge of an energy storage unit exceeds a target state of charge.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern, sowie ein Energiespeichersystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The present invention provides a method and a device for charging an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices, as well as an energy storage system with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Demgemäß ist vorgesehen:

  • Ein Verfahren zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Auswählen eines ersten elektrischen Energiespeichers oder einer ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern aus den mehreren elektrischen Energiespeichern der Energiespeicheranordnung. Insbesondere erfolgt das Auswählen unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der Energiespeicher der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern. Das Aufladen des oder der elektrischen Energiespeicher erfolgt dabei unter Verwendung einer an einem Ladeanschluss bereitgestellten elektrischen Energie. Dabei werden der oder die elektrischen Energiespeicher aufgeladen, bis die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder an den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Auswählen eines weiteren elektrischen Energiespeichers aus den elektrischen Energiespeichern der Energiespeicheranordnung. Das Auswählen des weiteren elektrischen Energiespeichers erfolgt dabei unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern gemeinsam mit dem ausgewählten weiteren elektrischen Energiespeicher. Auch das Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der Gruppe von elektrischen Energiespeichern mit dem weiteren elektrischen Energiespeicher erfolgt unter Verwendung der an dem Ladeanschluss bereitgestellten elektrischen Energie. Das Aufladen erfolgt insbesondere nachdem die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern den vorbestimmten Schwellwert überschritten hat.
Accordingly, it is provided:
  • A method for charging an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices. The method comprises a step of selecting a first electrical energy store or a first group of electrical energy stores from the plurality of electrical energy stores of the energy storage arrangement. In particular, the selection takes place using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores. Furthermore, the method comprises a step for charging the first electrical energy store or the energy stores of the first group of electrical energy stores. The charging of the electrical energy store (s) takes place using electrical energy provided at a charging connection. In this case, the electrical energy store or stores are charged until the electrical voltage on the first electrical energy store or on the electrical energy stores of the first group of electrical energy stores reaches a predetermined threshold value. The method further comprises a step of selecting a further electrical energy store from the electrical energy stores of the energy storage arrangement. The selection of the further electrical energy store takes place using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores. Finally, the method includes a step for charging the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores together with the selected further electrical energy store. The charging of the first electrical energy store or the group of electrical energy stores with the further electrical energy store also takes place using the electrical energy provided at the charging connection. The charging takes place in particular after the electrical voltage on the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores has exceeded the predetermined threshold value.

Weiterhin ist vorgesehen:

  • Eine Ladevorrichtung für eine Energiespeicheranordnung mit einer Anzahl von mehreren elektrischen Energiespeichern. Die Ladevorrichtung umfasst einen Ladeanschluss, eine Überwachungseinrichtung, eine Steuereinrichtung und eine Ladeeinrichtung. Der Ladeanschluss ist dazu ausgelegt, mit einer elektrischen Energiequelle gekoppelt zu werden. Die Überwachungseinrichtung ist dazu ausgelegt, elektrische Spannungen zu erfassen, die von den jeweiligen Energiespeichern der Energiespeicheranordnung bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, einen ersten elektrischen Energiespeicher oder eine erste Gruppe von elektrischen Energiespeichern aus den elektrischen Energiespeichern der Energiespeicheranordnung auszuwählen. Das Auswählen erfolgt dabei insbesondere unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen. Die Ladeeinrichtung ist dazu ausgelegt, den ersten elektrischen Energiespeicher oder die erste Gruppe von elektrischen Energiespeichern unter Verwendung einer an dem Ladeanschluss bereitgestellten elektrischen Energie aufzuladen. Das Aufladen erfolgt insbesondere bis die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern einen vorbestimmten Schwellwert erreicht hat. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, einen weiteren elektrischen Energiespeicher aus den elektrischen Energiespeichern der Energiespeicheranordnung auszuwählen, wobei das Auswählen unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen erfolgt. Anschließend ist die Ladeeinrichtung dazu ausgelegt, den ersten elektrischen Energiespeicher oder die erste Gruppe von elektrischen Energiespeichern gemeinsam mit dem ausgewählten weiteren elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Das Aufladen erfolgt dabei unter Verwendung der an dem Ladeanschluss bereitgestellten elektrischen Energie. Insbesondere erfolgt das Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern gemeinsam mit dem weiteren elektrischen Energiespeicher nachdem die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern den vorbestimmten Schwellwert überschritten hat.
It is also planned:
  • A charging device for an energy storage arrangement with a number of several electrical energy stores. The charging device comprises a charging port, a Monitoring device, a control device and a charging device. The charging connection is designed to be coupled to an electrical energy source. The monitoring device is designed to detect electrical voltages that are provided by the respective energy stores of the energy storage arrangement. The control device is designed to select a first electrical energy store or a first group of electrical energy stores from the electrical energy stores of the energy storage arrangement. The selection takes place in particular using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores. The charging device is designed to charge the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores using electrical energy provided at the charging connection. The charging takes place in particular until the electrical voltage on the first electrical energy store or the electrical energy stores of the first group of electrical energy stores has reached a predetermined threshold value. In addition, the control device is designed to select a further electrical energy store from the electrical energy stores of the energy store arrangement, the selection taking place using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores. The charging device is then designed to charge the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores together with the selected further electrical energy store. The charging takes place using the electrical energy provided at the charging connection. In particular, the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores is charged together with the further electrical energy store after the electrical voltage on the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores has exceeded the predetermined threshold value.

Schließlich ist vorgesehen:

  • Ein Energiespeichersystem mit mehreren elektrischen Energiespeichern und einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung.
Finally, it is planned:
  • An energy storage system with several electrical energy stores and a charging device according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern, wie beispielsweise einer Anordnung von mehreren aufladbaren Batterien, beispielsweise Traktionsbatterien eines Elektrofahrzeugs, die einzelnen elektrischen Energiespeicher unterschiedliche Ladezustände aufweisen können. Da die von einer Batterie bereitgestellte elektrische Spannung in der Regel im Zusammenhang mit dem Ladezustand steht, können die verschiedenen elektrischen Energiespeicher einer solchen Energiespeicheranordnung auch unterschiedliche Klemmenspannungen aufweisen. Dies muss beim Aufladen der elektrischen Energiespeicher einer solchen Anordnung berücksichtigt werden.The present invention is based on the knowledge that in an energy storage arrangement with multiple electrical energy stores, such as an arrangement of multiple rechargeable batteries, for example traction batteries of an electric vehicle, the individual electrical energy stores can have different states of charge. Since the electrical voltage provided by a battery is generally related to the state of charge, the various electrical energy stores of such an energy store arrangement can also have different terminal voltages. This must be taken into account when charging the electrical energy storage device of such an arrangement.

Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Ladestrategie für das Aufladen einer solchen Energiespeicheranordnung bereitzustellen. Insbesondere soll durch die vorgeschlagene Strategie ein schnelles und effizientes Aufladen der einzelnen elektrischen Energiespeicher einer solchen Energiespeicheranordnung ermöglicht werden. Dabei soll die elektrische Energie für das Aufladen der einzelnen elektrischen Energiespeicher einer solchen Energiespeicheranordnung vorzugsweise von einem einzelnen Ladepunkt bereitgestellt werden. Insbesondere soll es ermöglicht werden, mittels eines einzigen konventionellen Ladepunktes ein möglichst effizientes und schnelles Aufladen der mehreren Energiespeicher einer Energiespeicheranordnung zu erzielen.It is therefore an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a charging strategy for charging such an energy storage arrangement. In particular, the proposed strategy is intended to enable the individual electrical energy storage devices of such an energy storage arrangement to be charged quickly and efficiently. The electrical energy for charging the individual electrical energy stores of such an energy storage arrangement should preferably be provided by a single charging point. In particular, it should be made possible to use a single conventional charging point to charge the multiple energy stores of an energy storage arrangement as efficiently and quickly as possible.

Die elektrische Energiespeicheranordnung kann grundsätzlich eine beliebige Anzahl von zwei oder mehr elektrischen Energiespeichern umfassen. Beispielsweise kann für ein Elektrofahrzeug mit zwei oder mehr Elektromotoren für jeden einzelnen Elektromotor ein separater Energiespeicher in Form einer Traktionsbatterie vorgesehen sein. Weiterhin können auch für einen einzelnen Elektromotor oder einen anderen elektrischen Verbraucher zwei oder mehr elektrische Energiespeicher vorgesehen sein, welche gleichzeitig oder alternativ elektrische Energie für den jeweiligen Verbraucher bereitstellen können. Auf diese Weise kann beispielsweise die Redundanz und somit die Verfügbarkeit des gesamten Systems erhöht werden. Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Energiespeicheranordnung mehrere unterschiedlich ausgebildete elektrische Energiespeicher aufweist. Beispielsweise kann die Energiespeicheranordnung einen sogenannten Hochstrom-Energiespeicher aufweisen, welcher innerhalb einer sehr kurzen Zeit eine hohe elektrische Leistung bereitstellen kann. Ferner kann die Energiespeicheranordnung einen oder mehrere Hochenergiespeicher aufweisen, welche eine besonders hohe Energiedichte aufweisen. Grundsätzlich sind beliebige Arten von Kombinationen und/oder Mischformen von unterschiedlichen elektrischen Energiespeichern möglich.The electrical energy storage arrangement can in principle comprise any number of two or more electrical energy storage devices. For example, for an electric vehicle with two or more electric motors, a separate energy store in the form of a traction battery can be provided for each individual electric motor. Furthermore, two or more electrical energy stores can also be provided for a single electric motor or another electrical consumer, which can simultaneously or alternatively provide electrical energy for the respective consumer. In this way, for example, the redundancy and thus the availability of the entire system can be increased. Additionally or alternatively, it is also possible for the energy storage arrangement to have a plurality of differently designed electrical energy storage devices. For example, the energy storage arrangement can have what is known as a high-current energy storage device, which can provide high electrical power within a very short time. Furthermore, the energy storage arrangement can have one or more high-energy storage devices which have a particularly high energy density. In principle, any types of combinations and / or mixed forms of different electrical energy stores are possible.

Für das Aufladen der elektrischen Energiespeicher der Energiespeicheranordnung kann die elektrische Energie von einem beliebigen geeigneten Ladeanschluss bereitgestellt werden. Ein solcher Ladeanschluss kann beispielsweise durch Parameter wie Spannungsform (Gleich- oder Wechselspannung), maximale Ladespannung, maximale Ladeleistung oder ähnliches charakterisiert werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Ladeanschluss um einen Ladepunkt für ein Elektrofahrzeug handeln. Insbesondere ermöglicht die erfindungsgemäße Ladestrategie das Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher einer Energiespeicheranordnung mittels einer konventionellen Ladesäule, wie sie beispielsweise auch zum Aufladen eines Elektrofahrzeugs mit nur einer Traktionsbatterie genutzt werden kann.For charging the electrical energy store of the energy storage arrangement, the electrical energy can be provided by any suitable charging connection. Such a charging connection can be characterized, for example, by parameters such as voltage shape (direct or alternating voltage), maximum charging voltage, maximum charging power or the like. For example, the charging connection can be a charging point for an electric vehicle. In particular, the charging strategy according to the invention enables several electrical energy stores of an energy storage arrangement to be charged by means of a conventional charging column, as can also be used, for example, to charge an electric vehicle with only one traction battery.

Die erfindungsgemäße Ladestrategie kann bei mehr als zwei elektrischen Energiespeichern auch mehrfach angewendet werden. Beispielsweise kann die Kombination aus erstem elektrischen Energiespeicher oder erster Gruppe von elektrischen Energiespeichern mit dem weiteren elektrischen Energiespeicher ebenfalls als eine weitere Gruppe von Energiespeichern angesehen werden. Diese weitere Gruppe von elektrischen Energiespeichern kann daraufhin gemeinsam bis zu einem weiteren vorbestimmten Schwellwert aufgeladen werden. Anschließend kann daraufhin die weitere Gruppe von elektrischen Energiespeichern gemeinsam mit noch einem weiteren elektrischen Energiespeicher zusammen aufgeladen werden. Auf diese Weise ist es möglich, nach und nach jeweils einen zusätzlichen Energiespeicher in eine gemeinsame Gruppe von elektrischen Energiespeichern aufzunehmen und diese jeweils gemeinsam bis zu einem geeigneten Spannungsniveau aufzuladen. Insbesondere kann dieses schrittweise Hinzufügen von elektrischen Energiespeichern zu der Gruppe der aufzuladenden elektrischen Energiespeicher erfolgen, bis alle aufzuladenden elektrischen Energiespeicher zusammen eine entsprechende Gruppe bilden. Diese Gruppe kann daraufhin gemeinsam aufgeladen werden. Insbesondere kann für dieses gemeinsame Aufladen aller elektrischen Energiespeicher ein konventionelles Ladeverfahren wie beispielsweise ein Konstantstrom-Konstantspannung-Ladeverfahren (CC CV = Constant Current Constant Voltage) angewendet werden. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere geeignete Ladeverfahren zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher möglich.The charging strategy according to the invention can also be used multiple times in the case of more than two electrical energy stores. For example, the combination of the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores with the further electrical energy store can also be viewed as a further group of energy stores. This further group of electrical energy stores can then be charged together up to a further predetermined threshold value. The further group of electrical energy stores can then be charged together with yet another electrical energy store. In this way, it is possible to gradually include an additional energy store in a common group of electrical energy stores and to charge these together up to a suitable voltage level. In particular, this step-by-step addition of electrical energy stores to the group of electrical energy stores to be charged can take place until all electrical energy stores to be charged together form a corresponding group. This group can then be charged together. In particular, a conventional charging method such as a constant current constant voltage charging method (CC CV = Constant Current Constant Voltage) can be used for this joint charging of all electrical energy stores. In principle, however, any other suitable charging method for charging the electrical energy storage device is also possible.

Gemäß einer Ausführungsform entspricht der vorbestimmte Schwellwert der elektrischen Spannung des weiteren elektrischen Energiespeichers. Mit anderen Worten, der erste elektrische Energiespeicher oder die erste Gruppe von elektrischen Energiespeichern wird zunächst bis zu einem Spannungswert aufgeladen, der dem Spannungswert des weiteren elektrischen Energiespeichers entspricht. Somit können nach dem Zusammenfassen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern mit dem weiteren elektrischen Energiespeicher alle elektrischen Energiespeicher mit einer gleichen, gemeinsamen Ladespannung aufgeladen werden.According to one embodiment, the predetermined threshold value corresponds to the electrical voltage of the further electrical energy store. In other words, the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores is initially charged to a voltage value which corresponds to the voltage value of the further electrical energy store. Thus, after the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores have been combined with the further electrical energy store, all electrical energy stores can be charged with the same, common charging voltage.

Gemäß einer Ausführungsform wird als erster elektrischer Energiespeicher der elektrische Energiespeicher mit der niedrigsten elektrischen Spannung ausgewählt. Alternativ kann als Gruppe von elektrischen Energiespeichern eine Gruppe ausgewählt werden, welche den elektrischen Energiespeicher mit der niedrigsten elektrischen Spannung umfasst. Insbesondere kann die Gruppe von elektrischen Energiespeichern den elektrischen Energiespeicher mit der niedrigsten elektrischen Spannung und der zweitniedrigsten elektrischen Spannung umfassen. Auf diese Weise können schrittweise die Ladezustände der elektrischen Energiespeicher derart angehoben werden, dass sich nach und nach die elektrischen Spannungen der aufzuladenden elektrischen Energiespeicher einander angleichen.According to one embodiment, the electrical energy store with the lowest electrical voltage is selected as the first electrical energy store. Alternatively, a group can be selected as the group of electrical energy stores which includes the electrical energy store with the lowest electrical voltage. In particular, the group of electrical energy stores can include the electrical energy store with the lowest electrical voltage and the second-lowest electrical voltage. In this way, the charge states of the electrical energy stores can be increased step by step in such a way that the electrical voltages of the electrical energy stores to be charged gradually equalize one another.

Gemäß einer Ausführungsform kann für das Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher einer Gruppe von elektrischen Energiespeichern die Ladeleistung für die einzelnen elektrischen Energiespeicher individuell in Abhängigkeit der jeweiligen Ladezustände und/oder der elektrischen Spannungen an den elektrischen Energiespeichern angepasst werden. According to one embodiment, for charging a plurality of electrical energy stores of a group of electrical energy stores, the charging power for the individual electrical energy stores can be adapted individually as a function of the respective charge states and / or the electrical voltages at the electrical energy stores.

Beispielsweise kann ein elektrischer Energiespeicher mit einer niedrigen elektrischen Spannung und/oder einem niedrigen Ladezustand mit einer höheren Ladeleistung aufgeladen werden, als ein weiterer elektrischer Energiespeicher der Gruppe, der eine höhere elektrische Spannung und/oder einen höheren Ladezustand aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, mehrere elektrische Energiespeicher derart parallel aufzuladen, dass sie zeitgleich oder zumindest annähernd zeitgleich eine vorgegebene Zielspannung und/oder einen vorgegebenen Ziel-Ladezustand erreichen.For example, an electrical energy store with a low electrical voltage and / or a low state of charge can be charged with a higher charging power than another electrical energy store of the group that has a higher electrical voltage and / or a higher state of charge. In this way, it is possible to charge several electrical energy stores in parallel in such a way that they reach a predefined target voltage and / or a predefined target state of charge at the same time or at least approximately at the same time.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Auswählen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern unter Verwendung einer maximalen Ladeleistung, welche den jeweiligen elektrischen Energiespeichern zugeordnet ist. Ist beispielsweise bekannt, dass ein elektrischer Energiespeicher nur mit einer geringeren maximalen Ladeleistung aufgeladen werden kann, so kann ein solcher Energiespeicher bereits frühzeitig als aufzuladender elektrischer Energiespeicher ausgewählt werden. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass auch ein elektrischer Energiespeicher, der mit einer geringen Ladeleistung aufgeladen werden kann, schnellstmöglich eine gewünschte Zielspannung und/oder einen gewünschten Ziel-Ladezustand erreicht. Übersteigt die am Ladeanschluss verfügbare Ladeleistung dabei die maximale Ladeleistung, die zum Aufladen eines solchen Energiespeichers erforderlich ist, so kann die verbleibende Ladeleistung für ein Aufladen eines oder mehrerer weiterer elektrischer Energiespeicher genutzt werden.According to one embodiment, the selection of the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores takes place using a maximum charging power which is assigned to the respective electrical energy stores. If, for example, it is known that an electrical energy store can only be charged with a lower maximum charging power, then such an energy store can be selected at an early stage as the electrical energy store to be charged. In this way, it can be achieved that an electrical energy storage device that can be charged with a low charging power can also be charged as quickly as possible desired target voltage and / or a desired target state of charge reached. If the charging power available at the charging connection exceeds the maximum charging power required to charge such an energy store, the remaining charging power can be used to charge one or more additional electrical energy stores.

Gemäß einer Ausführungsform kann die maximale Ladeleistung eines elektrischen Energiespeichers unter Verwendung einer oder mehrerer physikalischer Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise einer Temperatur oder ähnlichem ermittelt werden. Grundsätzlich sind aber auch beliebige andere Parameter oder Vorgaben für die Spezifikation einer maximalen Ladeleistung des elektrischen Energiespeichers möglich.According to one embodiment, the maximum charging power of an electrical energy store can be determined using one or more physical properties of the electrical energy store, for example a temperature or the like. In principle, however, any other parameters or specifications for specifying a maximum charging power of the electrical energy store are also possible.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern mittels eines Konstantstrom-Ladeverfahrens.According to one embodiment, the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores is charged by means of a constant current charging method.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Ladeeinrichtung der Ladevorrichtung für das Aufladen der Energiespeicheranordnung einen Stromrichter. Der Stromrichter kann dazu ausgelegt sein, eine an dem Ladeanschluss bereitgestellte erste elektrische Spannung in eine weitere elektrische Spannung zu konvertieren. Die Ladeeinrichtung kann dabei dazu ausgelegt sein, die an dem Ladeanschluss bereitgestellte erste elektrische Spannung und die konvertierte zweite elektrische Spannung jeweils an unterschiedlichen elektrischen Energiespeichern bereitzustellen. Bei dem Stromrichter kann es sich beispielsweise um einen Gleichspannungswandler handeln, der eine erste am Eingangsanschluss bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert und an dem Ausgang bereitstellt. Alternativ kann es sich bei dem Stromrichter auch um einen Stromrichter handeln, welcher eine an einem Eingang anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung konvertiert. Insbesondere kann dabei auch die Spannungshöhe der am Ausgang bereitgestellten Gleichspannung in geeigneter Weise angepasst werden.According to one embodiment, the charging device of the charging device comprises a power converter for charging the energy storage arrangement. The converter can be designed to convert a first electrical voltage provided at the charging connection into a further electrical voltage. The charging device can be designed to provide the first electrical voltage provided at the charging connection and the converted second electrical voltage in each case at different electrical energy stores. The converter can be, for example, a DC voltage converter which converts a first electrical DC voltage provided at the input connection into a further DC voltage and provides it at the output. Alternatively, the converter can also be a converter which converts an AC voltage present at an input into a DC voltage. In particular, the voltage level of the DC voltage provided at the output can also be adapted in a suitable manner.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, as far as this makes sense. Further refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, which are not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic forms of the invention.

FigurenlisteFigure list

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines elektrischen Energiespeichersystems mit einer Vorrichtung zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung gemäß einer Ausführungsform;
  • 2 - 4: schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von Ladestrategien, wie sie dem Aufladen einer Energiespeicheranordnung gemäß entsprechender Ausführungsformen zugrunde liegen; und
  • 5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Further features and advantages of the invention are explained below with reference to the figures. Show:
  • 1 : a schematic representation of a block diagram of an electrical energy storage system with a device for charging an energy storage arrangement according to an embodiment;
  • 2 - 4th : schematic representations to illustrate charging strategies on the basis of the charging of an energy storage arrangement according to corresponding embodiments; and
  • 5 : a schematic representation of a flow chart as it is based on a method for charging an energy storage arrangement according to an embodiment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines Energiespeichersystems 1 mit mehreren Energiespeichern B1 bis B4 und einer Ladevorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform. Die in 1 gewählte Anzahl von vier Energiespeichern B1 bis B4 ist nur beispielhaft zu verstehen und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Vielmehr ist jede beliebige Anzahl von zwei oder mehr Energiespeichern B1 bis B4 möglich. 1 shows a schematic representation of a block diagram of an energy storage system 1 with several energy stores B1 until B4 and a charger 10 according to one embodiment. In the 1 selected number of four energy stores B1 until B4 is to be understood only as an example and does not represent a restriction of the present invention. Rather, any number of two or more energy stores is possible B1 until B4 possible.

Bei den elektrischen Energiespeichern B1 kann es sich um beliebige geeignete elektrische Energiespeicher wie beispielsweise Traktionsbatterien für ein Elektrofahrzeug handeln. Die einzelnen elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 können beispielsweise alle gleich oder zumindest gleichartig ausgeführt sein. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die einzelnen Energiespeicher B1 bis B4 zumindest teilweise auch unterschiedlich ausgeführt sind oder zumindest unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können eine oder mehrere der elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 als Hochstrom-Energiespeicher ausgeführt sein, die innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne eine große elektrische Leistung bereitstellen können. Ferner können auch einige der elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 als Hochenergiespeicher ausgeführt sein, die eine sehr große Energiedichte aufweisen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Arten von elektrischen Energiespeichern möglich. Die einzelnen elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 können hierbei einen oder mehrere elektrische Verbraucher, beispielsweise innerhalb eines elektrischen Antriebssystems für ein Elektrofahrzeug versorgen. Beispielsweise kann jedem elektrischen Verbraucher ein individueller elektrischer Energiespeicher B1 bis B4 zugeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können auch mehrere elektrische Energiespeicher einem elektrischen Verbraucher zugeordnet sein.With electrical energy storage B1 it can be any suitable electrical energy storage device such as traction batteries for an electric vehicle. The individual electrical energy stores B1 until B4 For example, they can all be designed in the same way or at least in the same way. In addition, it is also possible that the individual energy stores B1 until B4 are at least partially designed differently or at least have different properties. For example, one or more of the electrical energy stores can B1 until B4 be designed as a high-current energy storage device that can provide a large amount of electrical power within a very short period of time. Furthermore, some of the electrical energy storage B1 until B4 be designed as high-energy storage devices that have a very high energy density. In addition, any other types of electrical energy storage device are of course also possible. The individual electrical energy stores B1 until B4 can supply one or more electrical consumers, for example within an electrical drive system for an electric vehicle. For example, each electrical consumer can have an individual electrical energy store B1 until B4 be assigned. Additionally or alternatively, you can also several electrical energy storage devices can be assigned to an electrical consumer.

Zum Aufladen der elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 kann an einem Ladeanschluss 11 elektrische Energie bereitgestellt werden. Die elektrische Energie kann als Wechselspannung oder Gleichspannung bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die zur Verfügung stehende Ladeleistung an dem Ladeanschluss 11 auch durch weitere Parameter, wie beispielsweise (maximale) Spannungshöhe und/oder maximal verfügbare Ladeleistung spezifiziert werden.For charging the electrical energy storage B1 until B4 can be connected to a charging port 11 electrical energy can be provided. The electrical energy can be provided as alternating voltage or direct voltage. In addition, the available charging power at the charging connection 11 can also be specified by further parameters such as (maximum) voltage level and / or maximum available charging power.

Falls an dem Ladeanschluss 11 eine elektrische Wechselspannung bereitgestellt wird, so kann diese elektrische Wechselspannung mittels eines geeigneten Gleichrichters 12 in eine Gleichspannung konvertiert werden. Dabei kann gegebenenfalls durch den Gleichrichter 12 auch die Spannungshöhe der auszugebenden Gleichspannung angepasst, insbesondere erhöht oder erniedrigt werden. Falls an dem Ladeanschluss 11 eine Gleichspannung bereitgestellt wird, so kann der in 1 dargestellte Gleichrichter 12 entfallen oder bei Bedarf überbrückt werden. Optional kann anstelle des Gleichrichters 12 auch ein Stromrichter vorgesehen sein, der die Spannungshöhe und/oder die Ladeleistung der von dem Ladeanschluss 11 bereitgestellten Ladespannung in geeigneter Weise anpasst.If at the charging port 11 an alternating electrical voltage is provided, this alternating electrical voltage can be converted by means of a suitable rectifier 12th can be converted into a DC voltage. This can optionally be done by the rectifier 12th the voltage level of the direct voltage to be output can also be adapted, in particular increased or decreased. If at the charging port 11 a DC voltage is provided, the in 1 shown rectifier 12th omitted or bridged if necessary. Optionally, instead of the rectifier 12th a converter can also be provided, which determines the voltage level and / or the charging power of the charging connection 11 adjusts provided charging voltage in a suitable manner.

Die von dem Ladeanschluss 11 bereitgestellte Gleichspannung oder eine mittels dem Gleichrichter 12 gleichgerichtete Wechselspannung kann durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente S11 bis S14 an den entsprechenden Energiespeicherelementen B1 bis B4 angelegt werden. Auf diese Weise können die entsprechenden Energiespeicherelemente B1 bis B4 aufgeladen werden. The ones from the charging port 11 provided DC voltage or by means of the rectifier 12th rectified alternating voltage can be achieved by suitable control of the switching elements S11 until S14 on the corresponding energy storage elements B1 until B4 be created. In this way, the corresponding energy storage elements B1 until B4 to be charged.

Darüber hinaus kann mittels eines zusätzlichen Gleichspannungswandlers 13 eine an dem Ladeanschluss 11 bereitgestellte Gleichspannung oder eine mittels des Gleichrichters 12 gleichgerichtete Wechselspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert werden. Diese weitere Gleichspannung kann durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente S21 bis S24 an den entsprechenden Energiespeicherelementen B1 bis B4 bereitgestellt werden. Entsprechend können auch mittels der weiteren Gleichspannung die Energiespeicherelemente B1 bis B4 aufgeladen werden. Dabei kann insbesondere durch das Anpassen der Spannungshöhe der am Ladeanschluss 11 bereitgestellten Gleichspannung oder der mittels des Gleichrichters 12 gleichgerichteten Wechselspannung sowie durch das Anpassen der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 13 jeweils die Ladeleistung für die jeweiligen Energiespeicherelemente B1 bis B4 eingestellt werden.In addition, an additional DC voltage converter can be used 13th one on the charging port 11 provided DC voltage or by means of the rectifier 12th rectified alternating voltage can be converted into a further direct voltage. This further DC voltage can be activated by suitable control of the switching elements S21 until S24 on the corresponding energy storage elements B1 until B4 to be provided. The energy storage elements can also correspondingly by means of the further direct voltage B1 until B4 to be charged. In particular, by adapting the voltage level at the charging connection 11 provided DC voltage or by means of the rectifier 12th rectified AC voltage as well as by adapting the output voltage of the DC voltage converter 13th the charging power for the respective energy storage elements B1 until B4 can be set.

Das Ansteuern der Schaltelemente S11 bis S14, S21 bis S24 sowie das Einstellen des Gleichspannungswandlers 13 und/oder des Gleichrichters 12 kann beispielsweise mittels geeigneter Steuerbefehle von einer Steuereinrichtung 15 erfolgen. Ferner können unterschiedliche Systemparameter, wie beispielsweise die elektrischen Spannungen an den Energiespeichern B1 bis B4, sowie gegebenenfalls weitere Parameter wie beispielsweise die aktuellen Temperaturen an den Energiespeichern B1 bis B4 oder weitere Parameter erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise können die erforderlichen Parameter, insbesondere die elektrischen Spannungen an den Energiespeichern B1 bis B4 mittels einer Überwachungseinrichtung 14 erfasst und an die Steuereinrichtung 15 weitergeleitet werden. Auf diese Weise kann eine gezielte Steuerung des Ladeverhaltens der einzelnen Energiespeicher B1 bis B4 unter Verwendung der am Ladeanschluss 11 bereitgestellten Ladeleistung erfolgen. Dies wird nachfolgend noch näher ausgeführt.Controlling the switching elements S11 until S14 , S21 until S24 as well as setting the DC-DC converter 13th and / or the rectifier 12th can for example by means of suitable control commands from a control device 15th take place. Furthermore, different system parameters, such as the electrical voltages on the energy stores, can be used B1 until B4 , and possibly other parameters such as the current temperatures at the energy storage B1 until B4 or other parameters can be recorded and evaluated. For example, the required parameters, in particular the electrical voltages, can be applied to the energy stores B1 until B4 by means of a monitoring device 14th detected and sent to the control device 15th to get redirected. In this way, the charging behavior of the individual energy stores can be controlled in a targeted manner B1 until B4 using the on the charging port 11 provided charging power. This is explained in more detail below.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ladestrategie für das Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher B1 bis B4 gemäß einer Ausführungsform. Zunächst wird der elektrische Energiespeicher mit geringsten Ladezustand und/oder der niedrigsten elektrischen Spannung ermittelt. Für die Beschreibung dieser und der nachfolgenden Ladestrategien soll angenommen werden, dass der erste elektrische Energiespeicher B1 den niedrigsten Ladezustand bzw. die niedrigste Spannung aufweist, der zweite Energiespeicher B2 einen höheren Ladezustand bzw. eine höhere Spannung als der erste Energiespeicher B1 aufweist, der dritte Energiespeicher B3 einen höheren Ladezustand bzw. eine höhere Spannung als der zweite Energiespeicher B2 aufweist und der vierte Energiespeicher B4 den höchsten Ladezustand bzw. die höchste elektrische Spannung aufweist. Diese Annahmen dient jedoch lediglich der Erläuterung des Grundprinzips und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Reihenfolgen für die Ladezustände bzw. elektrische Spannungen der elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 möglich. 2 shows a schematic representation of a charging strategy for charging a plurality of electrical energy stores B1 until B4 according to one embodiment. First of all, the electrical energy store with the lowest state of charge and / or the lowest electrical voltage is determined. For the description of this and the following charging strategies, it should be assumed that the first electrical energy store B1 has the lowest state of charge or the lowest voltage, the second energy store B2 a higher state of charge or a higher voltage than the first energy store B1 has, the third energy store B3 a higher state of charge or a higher voltage than the second energy store B2 has and the fourth energy store B4 has the highest state of charge or the highest electrical voltage. However, these assumptions only serve to explain the basic principle and do not represent a restriction of the present invention. Any other order for the states of charge or electrical voltages of the electrical energy storage devices is of course also possible B1 until B4 possible.

Wie in 2 dargestellt, wird der erste elektrische Energiespeicher B1 mit der niedrigsten elektrischen Spannung zunächst so lange aufgeladen, bis die elektrische Spannung des ersten Energiespeichers B1 der elektrischen Spannung des zweiten Energiespeichers B2 entspricht. Hierbei kann die am Ladeanschluss 11 bereitgestellte elektrische Energie vollständig zum Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers B1 genutzt werden. Auf diese Weise kann die elektrische Spannung des ersten elektrischen Energiespeichers B1 und die elektrische Spannung des zweiten elektrischen Energiespeichers B2 sehr schnell angeglichen werden.As in 2 is shown, the first electrical energy storage device B1 initially charged with the lowest electrical voltage until the electrical voltage of the first energy store B1 the electrical voltage of the second energy store B2 is equivalent to. This can be done at the charging port 11 provided electrical energy completely for charging the first electrical energy store B1 be used. In this way, the electrical voltage of the first electrical energy store B1 and the electrical voltage of the second electrical energy store B2 can be adjusted very quickly.

Nachdem durch das Aufladen des ersten elektrischen Energiespeichers B1 die elektrischen Spannungen des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers B1, B2 zumindest annähernd gleich sind, können im weiteren Verlauf der erste und der zweite elektrische Energiespeicher B1, B2 gemeinsam aufgeladen werden. Insbesondere kann das Aufladen der beiden Energiespeicher B1 und B2 solange erfolgen, bis die elektrische Spannung des dritten Energiespeichers B3 erreicht ist. Nachdem die elektrischen Spannungen an dem ersten und dem zweiten Energiespeicher B1, B2 die elektrische Spannung des dritten Energiespeichers B3 erreicht haben, kann daraufhin ein gemeinsames Aufladen des ersten, zweiten und dritten Energiespeichers B1 bis B3 erfolgen. Dieses Aufladen des ersten bis dritten Energiespeichers B1 bis B3 kann durchgeführt werden, bis alle drei elektrischen Energiespeicher die elektrische Spannung des vierten Energiespeichers B4 erreicht haben. Anschließend können alle vier elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 gemeinsam aufgeladen werden.After that, by charging the first electrical energy storage device B1 the electrical voltages of the first and the second electrical energy store B1 , B2 are at least approximately the same, the first and the second electrical energy store can in the further course B1 , B2 be charged together. In particular, the two energy stores can be charged B1 and B2 take place until the electrical voltage of the third energy store B3 is reached. After the electrical voltages on the first and the second energy store B1 , B2 the electrical voltage of the third energy store B3 have reached, then a common charging of the first, second and third energy storage B1 until B3 take place. This charging of the first to third energy storage B1 until B3 can be carried out until all three electrical energy stores have the electrical voltage of the fourth energy store B4 achieved. All four electrical energy storage devices can then be used B1 until B4 be charged together.

Vorzugsweise erfolgt das Aufladen des ersten Energiespeichers, der Kombination aus erstem und zweiten Energiespeicher B1 und B2, sowie der Kombination aus ersten, zweiten und dritten Energiespeicher B1 bis B3 in einem sogenannten Konstantstromverfahren, das heißt es wird jeweils ein Strom mit einer vorgegebenen elektrischen Stromstärke eingeprägt. Nachdem alle aufzuladenden elektrischen Energiespeicher zusammengefasst worden sind, kann das Aufladen des ersten bis vierten elektrischen EnergiespeichersB1 bis B4 mittels eines beliebigen Verfahrens, insbesondere eines sogenannten Konstantstrom-Konstantspannungs-Ladeverfahrens (CC-CV) erfolgen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Ladeverfahren möglich.The first energy store, the combination of the first and second energy store, is preferably charged B1 and B2 , as well as the combination of first, second and third energy storage B1 until B3 in a so-called constant current method, that is, a current with a predetermined electrical current strength is impressed in each case. After all the electrical energy stores to be charged have been combined, the first to fourth electrical energy stores B1 to B4 can be charged using any method, in particular a so-called constant current-constant voltage charging method (CC-CV). In addition, any other charging method is of course also possible.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ladestrategie gemäß einer Ausführungsform. Wie in 3 zu erkennen ist, können beispielsweise bereits in einem ersten Schritt mehrere elektrische Energiespeicher zeitgleich aufgeladen werden. Beispielsweise können die beiden elektrischen Energiespeicher B1 und B2 mit den niedrigsten elektrischen Spannungen bzw. der niedrigsten Ladezuständen ausgewählt werden. Insbesondere kann zum Beispiel für diese beiden elektrischen Energiespeicher B1 und B2 jeweils ein Energiebedarf ermittelt werden, der zum Erreichen der elektrischen Spannung des dritten elektrischen Energiespeichers B3 benötigt wird. Entsprechend kann die an dem Ladeanschluss 11 zur Verfügung stehende Ladeleistung derart auf den ersten Energiespeicher B1 und den zweiten Energiespeicher B2 aufgeteilt werden, dass die beiden Energiespeicher B1 und B2 möglichst gleichzeitig das Spannungsniveau des dritten elektrischen Energiespeichers B3 erreichen. Im weiteren Verlauf können dann der erste, zweite und dritte elektrische Energiespeicher B1 bis B3 gemeinsam auf das Spannungsniveau des vierten elektrischen Energiespeichers B4 aufgeladen werden. Anschließend können alle vier elektrischen Energiespeicher B1 bis B4 gemeinsam aufgeladen werden. 3 shows a schematic representation of a further charging strategy according to an embodiment. As in 3 can be seen, for example, several electrical energy stores can be charged at the same time in a first step. For example, the two electrical energy stores B1 and B2 with the lowest electrical voltages or the lowest states of charge can be selected. In particular, for these two electrical energy stores, for example B1 and B2 In each case, an energy requirement can be determined that is necessary to achieve the electrical voltage of the third electrical energy store B3 is needed. Correspondingly, the at the charging port 11 available charging power in such a way on the first energy store B1 and the second energy store B2 be divided that the two energy stores B1 and B2 if possible simultaneously the voltage level of the third electrical energy store B3 reach. The first, second and third electrical energy stores can then be used in the further course B1 until B3 together to the voltage level of the fourth electrical energy store B4 to be charged. All four electrical energy storage devices can then be used B1 until B4 be charged together.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ladestrategie für das Aufladen mehrerer elektrischer Energiespeicher gemäß einer Ausführungsform. Beispielsweise kann die maximale Ladeleistung eines elektrischen Energiespeichers B1 bis B4 aufgrund beliebiger Vorgaben begrenzt sein. Zum Beispiel kann aufgrund einer niedrigen Temperatur des jeweiligen Energiespeichers B1 bis B4, oder beliebiger anderer physikalischer oder chemischer Eigenschaften der jeweilige Energiespeicher B1 bis B4 nur mit einer Ladeleistung aufgeladen werden, die geringer ist als die am Ladeanschluss 11 bereitgestellte maximale Ladeleistung. Im nachfolgenden Beispiel soll angenommen werden, dass zumindest die maximale Ladeleistung des ersten elektrischen Energiespeichers B1 auf eine solche Weise limitiert ist. Daher wird der erste elektrische Energiespeicher B1 mit der maximal möglichen Ladeleistung aufgeladen. Parallel hierzu kann beispielsweise der zweite elektrische Energiespeicher B2 mit einer elektrischen Leistung aufgeladen werden, welche sich aus der Differenz der maximalen Ladeleistung am Ladeanschluss 11 und der maximalen Ladeleistung für den ersten elektrischen Energiespeicher B1 ergibt. Nachdem der zweite elektrische Energiespeicher B2 die elektrische Spannung des dritten elektrischen Energiespeichers B3 erreicht hat, können der zweite und der dritte Energiespeicher B2 und B3 gemeinsam bis zur elektrischen Spannung des vierten elektrischen Energiespeichers B4 aufgeladen werden. Hat zu diesem Zeitpunkt auch der erste elektrische Energiespeicher B1 die elektrische Spannung des vierten Energiespeichers B4 erreicht, so können daraufhin alle vier Energiespeicher B1 bis B4 parallel aufgeladen werden. Andernfalls kann der erste Energiespeicher B1 weiterhin mit der maximal möglichen Ladeleistung aufgeladen werden, und der Rest der zur Verfügung stehenden Ladeleistung kann dazu verwendet werden, die Kombination aus zweitem, dritten und vierten Energiespeicher B2 bis B4 aufzuladen. 3 shows a schematic representation of a further charging strategy for charging a plurality of electrical energy stores according to an embodiment. For example, the maximum charging power of an electrical energy store B1 until B4 be limited due to any specifications. For example, due to a low temperature of the respective energy store B1 until B4 , or any other physical or chemical properties of the respective energy storage B1 until B4 can only be charged with a charging power that is lower than that at the charging connection 11 provided maximum charging power. In the following example it should be assumed that at least the maximum charging power of the first electrical energy store B1 is limited in such a way. Therefore, the first electrical energy storage B1 charged with the maximum possible charging power. In parallel, for example, the second electrical energy store B2 be charged with an electrical power, which is the difference between the maximum charging power at the charging connection 11 and the maximum charging power for the first electrical energy store B1 results. After the second electrical energy store B2 the electrical voltage of the third electrical energy store B3 reached, the second and the third energy storage B2 and B3 together up to the electrical voltage of the fourth electrical energy store B4 to be charged. At this point in time, the first electrical energy storage device also has it B1 the electrical voltage of the fourth energy store B4 reached, then all four energy stores B1 until B4 can be charged in parallel. Otherwise, the first energy store B1 can continue to be charged with the maximum possible charging power, and the rest of the available charging power can be used for the combination of the second, third and fourth energy storage B2 until B4 to charge.

Durch die zuvor beschriebenen Ladestrategien ist es möglich, einerseits eine Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern B1 bis B4 rasch und effizient aufzuladen. Insbesondere können durch die beschriebenen Strategien Ladungs- bzw. Spannungsunterschiede zwischen den einzelnen Energiespeichern B1 bis B4 während des Ladevorgangs ausgeglichen werden, ohne dass hierzu ein zusätzlicher Vorgang, wie beispielsweise ein sogenanntes Balancing oder ähnliches erforderlich wäre. Insbesondere kann beispielsweise ein zusätzliches Umladen von Energiespeichern mit einem hohen Ladezustand auf Energiespeicher mit einem niederen Ladezustand vermieden werden. Darüber hinaus ermöglichen die vorgeschlagenen Ladestrategien ein besonders rasches Aufladen der Energiespeicheranordnung mit den mehreren Energiespeichern B1 bis B4, da die am Ladeanschluss 1 zur Verfügung stehende Ladeleistung stets effizient auf die aufzuladenden Energiespeicher B1 bis B4 verteilt werden kann.The charging strategies described above make it possible, on the one hand, to have an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices B1 until B4 to charge quickly and efficiently. In particular, the strategies described can allow charge or voltage differences between the individual energy stores B1 until B4 be balanced during the charging process without an additional process, such as so-called balancing or the like, being required for this purpose. In particular, for example, an additional reloading of energy stores with a high state of charge on energy storage devices with a low state of charge can be avoided. In addition, the proposed charging strategies enable the energy storage arrangement with the plurality of energy storage devices to be charged particularly quickly B1 until B4 , because the one at the charging port 1 available charging power always efficiently on the energy storage to be charged B1 until B4 can be distributed.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern B1 bis B4 zugrunde liegt. In einem Schritt S1 wird ein erster elektrischer Energiespeicher oder eine Gruppe von elektrischen Energiespeichern unter Verwendung der von den jeweiligen Energiespeichern bis B4 bereitgestellten Spannungen ausgewählt. Daraufhin erfolgt in Schritt S2 ein Aufladen des ersten Energiespeichers oder der ersten Gruppe von Energiespeichern. Das Aufladen erfolgt insbesondere unter Verwendung der an einem Ladeanschluss 11 bereitgestellten elektrischen Energie. Das Aufladen wird solange durchgeführt, bis die elektrische Spannung an dem ersten Energiespeicher oder der ersten Gruppe von Energiespeichern einen vorbestimmten Schwellwert, insbesondere eine elektrische Spannung des Energiespeichers mit dem zweitniedrigsten Spannungswert erreicht hat. 5 shows a schematic representation of a flowchart, as is the case with a method for charging an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices B1 until B4 underlying. In one step S1 a first electrical energy store or a group of electrical energy stores is selected using the voltages provided by the respective energy stores up to B4. This is followed by step S2 a charging of the first energy store or the first group of energy stores. Charging takes place in particular using the on a charging port 11 provided electrical energy. Charging is carried out until the electrical voltage on the first energy store or the first group of energy stores has reached a predetermined threshold value, in particular an electrical voltage of the energy store with the second lowest voltage value.

Nachdem der erste Energiespeicher bzw. die erste Gruppe von Energiespeichern den vorbestimmten Zielwert für die elektrische Spannung erreicht haben, wird in Schritt S3 mindestens ein weiterer Energiespeicher ausgewählt. Beispielsweise kann der Energiespeicher ausgewählt werden, dessen bereitgestellte Spannung der Spannung entspricht, auf die der erste Energiespeicher bzw. die erste Gruppe von Energiespeichern zuvor aufgeladen wurde. Anschließend kann in Schritt S4 der erste Energiespeicher bzw. die erste Gruppe von Energiespeichern gemeinsam mit dem weiteren ausgewählten Energiespeicher aufgeladen werden.After the first energy store or the first group of energy stores have reached the predetermined target value for the electrical voltage, in step S3 at least one further energy store selected. For example, the energy store can be selected whose voltage provided corresponds to the voltage to which the first energy store or the first group of energy stores was previously charged. Then in step S4 the first energy store or the first group of energy stores can be charged together with the further selected energy store.

Insbesondere kann das Aufladen des ersten Energiespeichers bzw. der ersten Gruppe von Energiespeichern mit dem weiteren Energiespeicher solange durchgeführt werden, bis ein weiterer Ziel-Spannungswert erreicht worden ist. Daraufhin kann noch ein weiterer elektrischer Energiespeicher zu der Gruppe hinzugefügt werden. Dieser Vorgang kann mehrmals solange ausgeführt werden, bis alle elektrischen Energiespeicher gemeinsam aufgeladen werden.In particular, the first energy store or the first group of energy stores can be charged with the further energy store until a further target voltage value has been reached. Another electrical energy store can then be added to the group. This process can be carried out several times until all electrical energy stores are charged together.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein schnelles und effizientes Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern. Insbesondere kann eine zur Verfügung stehende Ladeleistung gezielt auf einen oder mehrere aufzuladende Energiespeicher verteilt werden. Hierzu können beispielsweise zunächst Energiespeicher mit einer geringen Klemmenspannung bzw. einem geringen Ladezustand aufgeladen werden. Mit steigendem Ladezustand bzw. steigender Klemmenspannung können schrittweise weitere Energiespeicher zu der Gruppe der aufzuladenden Energiespeicher hinzugefügt werden.In summary, the present invention relates to fast and efficient charging of an energy storage arrangement with a plurality of electrical energy storage devices. In particular, an available charging power can be distributed specifically to one or more energy stores to be charged. For this purpose, for example, energy stores can initially be charged with a low terminal voltage or a low state of charge. As the state of charge rises or the terminal voltage rises, further energy stores can gradually be added to the group of energy stores to be charged.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 2004/049540 A2 [0005]WO 2004/049540 A2 [0005]

Claims (10)

Verfahren zum Aufladen einer Energiespeicheranordnung mit mehreren elektrischen Energiespeichern (Bi), mit den Schritten: Auswählen (S1) eines ersten elektrischen Energiespeichers oder eine erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher aus den elektrischen Energiespeichern (Bi) der Energiespeicheranordnung unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen; Aufladen (S2) des ersten elektrischen Energiespeichers oder die ersten Gruppe von elektrischen Energiespeicher unter Verwendung einer an einem Ladeanschluss (11) bereitgestellten elektrischen Energie, bis die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern einen vorbestimmten Schwellwert erreicht; Auswählen (S3) eines weiteren elektrischen Energiespeichers aus den elektrischen Energiespeichern (Bi) der Energiespeicheranordnung unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern (Bi) bereitgestellten elektrischen Spannungen; und Aufladen (S4) des ersten elektrischen Energiespeichers oder eine erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher (Bi) und des weiteren elektrischen Energiespeichers, unter Verwendung der an dem Ladeanschluss bereitgestellten elektrischen Energie, nachdem die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern den vorbestimmten Schwellwert überschritten hat. Method for charging an energy storage arrangement with several electrical energy storage devices (Bi), comprising the steps: Selecting (S1) a first electrical energy store or a first group of electrical energy stores from the electrical energy stores (Bi) of the energy storage arrangement using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores; Charging (S2) the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores using electrical energy provided at a charging connection (11) until the electrical voltage at the first electrical energy store or the electrical energy stores of the first group of electrical energy stores has reached a predetermined threshold value achieved; Selecting (S3) a further electrical energy store from the electrical energy stores (Bi) of the energy storage arrangement using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores (Bi); and Charging (S4) the first electrical energy store or a first group of electrical energy stores (Bi) and the further electrical energy store, using the electrical energy provided at the charging connection, after the electrical voltage is applied to the first electrical energy store or the electrical energy stores of the first group of electrical energy storage has exceeded the predetermined threshold. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Schwellwert der elektrischen Spannung des weiteren elektrischen Energiespeichers entspricht.Procedure according to Claim 1 , wherein the predetermined threshold value corresponds to the electrical voltage of the further electrical energy store. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrische Energiespeicher mit der niedrigsten elektrischen Spannung als erster elektrischer Energiespeicher ausgewählt wird, und/oder die erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher den elektrischen Energiespeicher mit der niedrigsten elektrischen Spannung umfasst.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein the electrical energy store with the lowest electrical voltage is selected as the first electrical energy store, and / or the first group of electrical energy stores comprises the electrical energy store with the lowest electrical voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für ein Aufladen (S2) mehrerer elektrischer Energiespeicher der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeicher die Ladeleistung für die einzelnen elektrischen Energiespeicher der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeicher individuell in Abhängigkeit eines Ladezustandes und/oder einer elektrischen Spannung der jeweiligen elektrischen Energiespeicher angepasst wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , wherein for charging (S2) several electrical energy stores of the first group of electrical energy stores, the charging power for the individual electrical energy stores of the first group of electrical energy stores is individually adapted as a function of a state of charge and / or an electrical voltage of the respective electrical energy store. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Auswählen (S1) des ersten elektrischen Energiespeichers oder der elektrischen Energiespeicher der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeicher unter Verwendung einer maximalen Ladeleistung des/der jeweiligen elektrischen Energiespeicher erfolgt.Method according to one of the Claims 1 until 4th wherein the selection (S1) of the first electrical energy store or the electrical energy stores of the first group of electrical energy stores takes place using a maximum charging power of the respective electrical energy store (s). Verfahren nach Anspruch 5, wobei die maximale Ladeleistung der elektrischen Energiespeicher unter Verwendung einer Temperatur der elektrischen Energiespeicher (Bi) ermittelt wird.Procedure according to Claim 5 , the maximum charging power of the electrical energy storage device being determined using a temperature of the electrical energy storage device (Bi). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Aufladen (S2) des ersten elektrischen Energiespeichers oder der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeicher mittels eines Konstantstrom-Ladeverfahrens erfolgt.Method according to one of the Claims 1 until 6th , wherein the charging (S2) of the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores takes place by means of a constant current charging method. Ladevorrichtung (10) für eine Energiespeicheranordnung mit einer Anzahl von mehreren elektrischen Energiespeichern (Bi), umfassend: einen Ladeanschluss (11), der dazu ausgelegt ist, mit einer elektrischen Energiequelle gekoppelt zu werden; eine Überwachungseinrichtung (14), die dazu ausgelegt ist, elektrische Spannungen der mehreren elektrischen Energiespeicher (Bi) zu erfassen; eine Steuereinrichtung (15), die dazu ausgelegt ist, einen ersten elektrischen Energiespeicher oder eine erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher der Energiespeicheranordnung unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern (Bi) bereitgestellten elektrischen Spannungen auszuwählen, und eine Ladeeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den ersten elektrischen Energiespeicher oder die erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher unter Verwendung einer an dem Ladeanschluss (11) bereitgestellten elektrischen Energie aufzuladen, bis die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern einen vorbestimmten Schwellwert erreicht; wobei die Steuereinrichtung (15) dazu ausgelegt ist, einen weiteren elektrischen Energiespeicher unter Verwendung der von den jeweiligen elektrischen Energiespeichern bereitgestellten elektrischen Spannungen auszuwählen; und wobei die Ladeeinrichtung dazu ausgelegt ist, den ersten elektrischen Energiespeichers oder eine erste Gruppe von elektrischen Energiespeicher zusammen mit dem weiteren elektrischen Energiespeichers unter Verwendung der an dem Ladeanschluss (11) bereitgestellten elektrischen Energie aufzuladen, nachdem die elektrische Spannung an dem ersten elektrischen Energiespeicher oder den elektrischen Energiespeichern der ersten Gruppe von elektrischen Energiespeichern den vorbestimmten Schwellwert überschritten hat.Charging device (10) for an energy storage arrangement with a number of several electrical energy storage devices (Bi), comprising: a charging port (11) which is designed to be coupled to a source of electrical energy; a monitoring device (14) which is designed to detect electrical voltages of the plurality of electrical energy stores (Bi); a control device (15) which is designed to select a first electrical energy store or a first group of electrical energy stores of the energy storage arrangement using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores (Bi), and a charging device which is designed to charge the first electrical energy store or the first group of electrical energy stores using electrical energy provided at the charging connection (11) until the electrical voltage is applied to the first electrical energy store or the electrical energy stores of the first group of electrical energy storage reaches a predetermined threshold value; wherein the control device (15) is designed to select a further electrical energy store using the electrical voltages provided by the respective electrical energy stores; and wherein the charging device is designed to charge the first electrical energy store or a first group of electrical energy stores together with the further electrical energy store using the electrical energy provided at the charging connection (11) after the electrical voltage is applied to the first electrical energy store or the electrical Energy storage of the first group of electrical energy storage has exceeded the predetermined threshold value. Ladevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ladeeinrichtung einen Stromrichter (13) umfasst, der dazu ausgelegt ist, eine an dem Ladeanschluss (11) bereitgestellte erste elektrische Spannung in eine weitere elektrische Spannung zu konvertieren, und wobei die Ladeeinrichtung dazu ausgelegt ist, die an dem Ladeanschluss (11) bereitgestellte erste elektrische Spannung und die konvertierte zweite elektrische Spannung jeweils an unterschiedlichen elektrischen Energiespeichern bereitzustellen.Loading device after Claim 8 , wherein the charging device comprises a converter (13) which is designed to convert a first electrical voltage provided at the charging connection (11) into a further electrical voltage, and wherein the charging device is designed to convert the charging connection (11) to provide the first electrical voltage provided and the converted second electrical voltage in each case to different electrical energy stores. Energiespeichersystem, mit: mehreren elektrischen Energiespeichern (Bi), und einer Ladevorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9.Energy storage system, with: several electrical energy stores (Bi), and a charging device (10) Claim 8 or 9 .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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