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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen elektrischen Energiespeicher.
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Die
DE 10 2010 016 175 A1 offenbart eine Batterieüberwachungs- und - steuerungsvorrichtung, mit wenigstens einer Batteriezelle, welche sich in Wirkverbindung mit wenigstens einer elektronischen Vorrichtung befindet. Des Weiteren ist der
WO 2020/094171 A1 ein durch wenigstens eine elektrische Maschine angetriebenes Fahrzeug als bekannt zu entnehmen, dessen Beschleunigung durch einen Motorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Maschine und dessen Verzögerung durch einen Generatorbetrieb der wenigstens einen elektrischen Maschine erfolgt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines als auch als Speicher bezeichneten, elektrischen Energiespeichers zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern von elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher aufweist. Der Energiespeicher ist vorzugsweise eine Batterie. Ganz vorzugsweise ist der Energiespeicher eine Hochvolt-Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrischer Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Dadurch können besonders große elektrische Leistungen zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs realisiert werden. Mit anderen Worten ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV).
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Dabei weist das Kraftfahrzeug beispielsweise in einem vollständig hergestellten Zustand wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Kraftfahrzeug, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine eine Hochvolt- Komponente, deren elektrische Spannung, insbesondere elektrische Betriebs- oder Nennspannung, vorzugsweise größer als 50 Volt, insbesondere größer als 60 Volt, ist und ganz vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Um das Kraftfahrzeug mittels elektrischer Maschine, insbesondere rein, elektrisch anzutreiben, wird die elektrische Maschine mit der im Energiespeicher gespeicherten, elektrischen Energie versorgt. Bei dem Verfahren weist der Energiespeicher mehrere Speicherzellen zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern der elektrischen Energie bezeigungsweise des elektrischen Stroms auf. Die Speicherzellen sind Einzelzellen, das heißt separat voneinander ausgebildete und beispielswiese zumindest mittelbar aneinander gehaltene Zellen. Die jeweilige Speicherzelle ist als ein jeweiliger Akkumulator, mithin als eine Sekundärzelle ausgebildet, so dass der Energiespeicher beispielsweise als eine Sekundärbatterie ausgebildet ist. Der Energiespeicher weist auch eine elektronische Recheneinrichtung auf, welche auch als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet wird oder wenigstens eine oder mehrere Batteriemanagementsysteme (BMS) aufweisen kann.
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Um nun einen besonders vorteilhaften Betrieb des Energiespeichers und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorzusehen, dass der Energiespeicher, mittels der elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere zunächst, in einem ersten Betriebszustand betrieben wird. Beispielsweise wird der elektrische Energiespeicher während einer ersten Zeitspanne, insbesondere durchgehend beziehungsweise unterbrechungsfrei, in dem ersten Betriebszustand betrieben. In dem ersten Betriebszustand und somit beispielsweise während der ersten Zeitspanne sind mehrere, erste der Speicherzellen des Energiespeichers elektrisch miteinander verbunden, während wenigstens eine zweite der Speicherzellen von den mehreren ersten Speicherzellen elektrisch getrennt ist. Hierdurch wird beispielsweise eine elektrische Spannung (Volt), insbesondere die elektrische Nennspannung (Volt), und/oder eine Stromstärke (Ampere), insbesondere eine Nennstromstärke, des Energiespeichers in dem ersten Betriebszustand bezogen auf die ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle ausschließlich durch die elektrisch miteinander verbundenen, ersten Speicherzellen gebildet oder bereitgestellt. Mit anderen Worten wird somit ein erster Wert der elektrischen Spannung beziehungsweise Nennspannung und/oder der Stromstärke beziehungsweise Nennstromstärke des Energiespeichers in dem ersten Betriebszustand bezogen auf die ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle ausschließlich durch die elektrisch miteinander verbundenen, ersten Speicherzellen gebildet oder bereitgestellt. Unter der Stromstärke des Energiespeichers ist ein von dem Energiespeicher ist ein elektrischer Strom zu verstehen, der von dem Energiespeicher mit einer beziehungsweise der Stromstärke bereitgestellt werden kann.
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Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere wenigstens oder genau, eine der ersten Speicherzellen, die in dem ersten Betriebszustand elektrisch miteinander verbunden sind, von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch getrennt wird, und die zweite Speicherzelle wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung mit den anderen, übrigen, noch elektrisch miteinander verbundenen ersten Speicherzellen elektrisch verbunden, wodurch der Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung von dem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet wird. Insbesondere wird der elektrische Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung im zweiten Betriebszustand betrieben, insbesondere während einer zweiten Zeitspanne, wobei beispielsweise der elektrische Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung während der zweiten Zeitspanne, insbesondere durchgängig beziehungsweise unterbrechungsfrei, in dem zweiten Betriebszustand betrieben, wobei sich beispielsweise die zweite Zeitspanne, insbesondere direkt, an die erste Zeitspanne anschließt. In dem zweiten Betriebszustand sind die anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch miteinander verbunden, und in dem zweiten Betriebszustand sind die anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch mit der zweiten Speicherzelle verbunden, während die eine erste Speicherzelle, welche von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch getrennt wurde, von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen und von der zweiten Speicherzelle elektrisch getrennt ist. Dadurch wird beispielsweise in dem zweiten Betriebszustand die elektrische Spannung, insbesondere Nennspannung, und/oder die Stromstärke, insbesondere Nennstromstärke, des elektrischen Energiespeichers bezogen auf die ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle ausschließlich durch die anderen, übrigen ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle gebildet oder bereitgestellt. Mit anderen Worten wird in dem zweiten Betriebszustand ein zweiter Wert der Spannung beziehungsweise Nennspannung und/oder der Stromstärke beziehungsweise Nennstromstärke des elektrischen Energiespeichers bezogen auf die ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle ausschließlich durch die anderen, übrigen ersten Speicherzellen und die zweite Speicherzelle gebildet oder bereitgestellt. Es ist somit erkennbar, dass in dem ersten Betriebszustand die zweite Speicherzelle nicht zum Bilden beziehungsweise Bereitstellen der Spannung und/der Stromstärke des elektrischen Energiespeichers genutzt wird. In dem zweiten Betriebszustand jedoch wird die zweite Speicherzelle genutzt, um die Spannung und/der Stromstärke des elektrischen Energiespeichers zu bilden beziehungsweise bereitzustellen, wobei in dem zweiten Betriebszustand die eine erste Speicherzelle nicht genutzt wird, um in dem zweiten Betriebszustand die Spannung und/der Stromstärke des elektrischen Energiespeichers zu bilden beziehungsweise bereitzustellen. Die zweite Speicherzelle ist somit redundant, das heißt eine redundante oder redundant vorgesehene Speicherzelle, welche bedarfsgerecht mit den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch verbunden wird, um das elektrische Trennen der einen ersten Speicherzelle zu kompensieren. Somit ist es möglich, die zumindest im Wesentlichen gleiche Spannung und/der Stromstärke des elektrischen Energiespeichers sowohl in dem ersten Betriebszustand als auch in dem zweiten Betriebszustand zu bilden beziehungsweise beizubehalten oder bereitzustellen. Mit anderen Worten ist hierdurch denkbar, dass der zweite Wert der Spannung und/der Stromstärke zumindest im Wesentlichen dem ersten Wert der Spannung und/der Stromstärke entspricht.
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Das elektrische Verbinden der zweiten Speicherzelle mit den anderen, übrigen ersten Speicherzellen wird auch als Zuschalten der zweiten Speicherzelle bezeichnet. Das Trennen der einen ersten Speicherzelle von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen wird auch als Abschalten oder Deaktivieren der einen ersten Speicherzelle bezeichnet. Durch Zuschalten der zweiten Speicherzelle ist es möglich, das Abschalten der einen ersten Speicherzelle zu kompensieren, insbesondere dahingehend, dass die Spannung des Energiespeicher beziehungsweise die von dem Energiespeicher bereitstellbare Stromstärke zumindest im Wesentlichen beibehalten werden kann. Die eine erste Speicherzelle wird beispielsweise abgeschaltet, wenn eine Fehlfunktion und/oder ein unerwünschter Zustand und/oder ein Ausfall der einen ersten Speicherzelle ermittelt beziehungsweise erkannt wird. Somit kann durch Zuschalten der zweiten Speicherzelle eine Fehlfunktion oder ein Ausfall der einen ersten Speicherzelle kompensiert werden, wodurch ein besonders vorteilhafter Betrieb des elektrischen Energiespeichers insbesondere über eine hohe Lebensdauer hinweg darstellbar ist. Mit anderen Worten kann die eine erste Speicherzelle beispielsweise dann, wenn sie defekt ist, durch die zweite Speicherzelle ersetzt und somit kompensiert werden. Die zweite Speicherzelle ist somit sozusagen ein Ersatzteil, welches stets in dem Kraftfahrzeug mitgeführt wird, wobei das Ersatzteil beispielsweise elektronisch und nicht notwendigerweise mechanisch zugeschaltet wird, wenn die eine erste Speicherzelle abgeschaltet wird. Somit ist es möglich, zumindest die in dem ersten Betriebszustand gebildete oder bereitgestellte Nennleistung und/oder Stromstärke auch in dem zweiten Betriebszustand zumindest beizubehalten beziehungsweise bereitzustellen.
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Insbesondere ist es vorgesehen, dass die eine erste Speicherzelle abgeschaltet und die zweite Speicherzelle zugeschaltet wird, wenn wenigstens ein insbesondere vorgebbares oder vorgegebenes Kriterium erfüllt ist. Das Kriterium kann ein Zustand, insbesondere ein Ladezustand, und/oder eine elektrische Spannung der einen ersten Speicherzelle sein. Das Kriterium kann alternativ oder zusätzlich eine Temperatur der einen Speicherzelle sein. sein Das BMS beobachtet beispielswiese über den Zellenwiderstand auch die Temperatur. Wenn eine Zelle immer zu heiß wird, kann getrennt werden. Die Temperatur der Zelle kann über eine Thermistor überwacht werden, je nach Thermistor Art, entweder die Leitfähigkeit ist erhöht, wenn die Temperatur steigt (Widerstand sinkt), sodass der Thermistor ein Heißleiter sein kann, oder die Leitfähigkeit sinkt (Widerstand erhöht sich), wenn die Temperatur steigt, sodass der Thermistor ein Kaltleiter sein kann. Diesbezüglich kann das Kriterium insbesondere dann erfüllt sein, wenn die elektrische Spannung der einen ersten Speicherzelle und/oder der Ladezustand der einen ersten Speicherzelle einen insbesondere vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet und/oder die Temperatur einen Schwellenwert überschreitet.
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Somit hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn mittels der elektronischen Recheneinrichtung jeweilige elektrische Spannungen und/oder jeweilige Ladezustände der jeweiligen Speicherzellen, das heißt der ersten Speicherzellen und der zweiten Speicherzelle überwacht werden. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird vorzugsweise die eine erste Speicherzelle von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch getrennt, und mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird die zweite Speicherzelle mit den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch verbunden, wenn mittels der elektronischen Recheneinrichtung ermittelt wird, dass die mittels der elektronischen Recheneinrichtung überwachte, elektrische Spannung und/oder der mittels der elektronischen Recheneinrichtung überwachte Ladezustand der einen ersten Speicherzelle einen beziehungsweise den zuvor genannten Schwellenwert unterschreitet. Beispielsweise wird nicht nur elektrisch kommutiert (getrennt), sondern auch physikalisch beziehungsweise mechanisch. Beispielsweise wird die Kathode (Pluspol) physikalisch beziehungsweise mechanisch getrennt. Der elektrische Kontakt kann im Falle eines Kurzschlusses durchschmelzen, oder der Schutzmechanismus der Zelle kann die Zelle trennen. Die Zellen können ein Deckel haben, der sich bei hoher Temperatur biegt, um die Kontaktierung dauerhaft zu unterbrechen. Die Kontaktierung der Zelle fungiert somit als eine Sicherung. Unter „elektrisch getrennt“ ist daher insbesondere auch zu verstehen, dass elektrischer Strom durch die Zelle fließt.
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Der Ladezustand und die elektrischen Spannungen sind Betriebsparameter oder werden auch als Betriebsparameter bezeichnet. Wird mittels der elektronischen Recheneinrichtung ermittelt, dass der Betriebsparameter (die elektrische Spannung und/oder der Ladezustand) der einen ersten Speicherzelle den Schwellenwert unterschreitet, so kann darauf rückgeschlossen werden, dass die eine erste Speicherzelle defekt ist oder eine Fehlfunktion aufweist. Mit anderen Worten kann darauf rückgeschlossen werden, dass die eine erste Speicherzelle nicht mehr ihre gewünschte Funktionalität aufweist. In der Folge kann die eine erste Speicherzelle von den anderen ersten Speicherzellen elektrisch und vorzugsweise auch mechanisch getrennt werden, und die zweite Speicherzelle wird zugeschaltet. Somit wird die eine erste Speicherzelle durch die zweite Speicherzelle ersetzt, wodurch die Nennspannung und/oder die Stromstärke des Energiespeichers vorteilhaft zumindest beibehalten werden kann.
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Es ist denkbar, dass, insbesondere nach der zweiten Zeitspanne, der Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung von dem ersten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand umgeschaltet und somit rückgeschaltet wird. Hierzu wird beispielsweise mittels der elektronischen Recheneinrichtung die zweite Speicherzelle von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen elektrisch getrennt, und mittels der elektronischen Recheneinrichtung wird die eine erste Speicherzelle elektrisch mit den anderen, übrigen Speicherzellen verbunden, so dass beispielsweise der elektrische Energiespeicher, insbesondere die elektronische Recheneinrichtung, während einer auf die zweite Zeitspanne folgenden, dritten Zeitspanne, insbesondere durchgängig beziehungsweise unterbrechungsfrei, in dem ersten Betriebszustand betrieben wird.
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Um die eine erste Speicherzelle bedarfsgerecht abschalten und gegebenenfalls wieder zuschalten, das heißt mit den anderen ersten Speicherzellen wieder elektrisch verbinden zu können, und um die zweite Speicherzelle bedarfsgerecht zuschalten und gegebenenfalls bedarfsgerecht abschalten, das heißt von den ersten Speicherzellen trennen zu können, ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung die eine erste Speicherzelle von den anderen ersten Speicherzellen elektrisch getrennt wird, indem mittels der elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere automatisch, ein erster Schalter geöffnet wird. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Speicherzelle mit den anderen ersten Speicherzellen elektrisch verbunden wird, indem mittels der elektronischen Recheneinrichtung, insbesondere automatisch, ein zweiter Schalter geschlossen wird. Beispielsweise steuert die elektronische Recheneinrichtung den ersten Schalter an, insbesondere derart, dass sie der elektronischen Recheneinrichtung ein erstes, insbesondere elektrisches, Signal bereitstellt, welches beispielsweise von dem ersten Schalter empfangen wird. Durch dieses Ansteuern des ersten Schalters wird beispielsweise der erste Schalter geöffnet. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass die elektronische Recheneinrichtung den zweiten Schalter ansteuert, um dadurch den zweiten Schalter zu schließen. Das Ansteuern des zweiten Schalters kann umfassen, das die elektronische Recheneinrichtung ein zweites, insbesondere elektrisches, Signal bereitstellt, welches von dem zweiten Schalter empfangen wird. Hierdurch kann insbesondere bedarfsgerecht von dem ersten Betriebszustand in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet werden, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb des Energiespeichers darstellbar ist. Um beispielsweise wieder von dem zweiten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand umzuschalten, wird beispielsweise der zweite Schalter geöffnet und der erste Schalter geschlossen, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung und vorzugsweise automatisch. Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass als der erste Schalter und/oder der zweite Schalter ein Relais oder ein Halbleiterschalter, insbesondere ein MOSFET, verwendet wird. Hierdurch kann die eine erste Speicherzelle beziehungsweise die zweite Speicherzelle besonders schnell und bedarfsgerecht abgeschaltet beziehungsweise zugeschaltet werden.
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Um einen Ausfall, Defekt oder eine andere Fehlfunktion der einen ersten Speicherzelle besonders bedarfsgerecht und effektiv kompensieren und somit einen besonders vorteilhaften Betrieb des Energiespeichers gewährleisten zu können, ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem ersten Betriebszustand die zweite Speicherzelle mit keinem zum elektrochemischen Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Speicherelement elektrisch verbunden ist. Hierdurch kann die zweite Speicherzelle besonders vorteilhaft vorgehalten werden, insbesondere für den Fall, dass es zu einem Defekt, einem Ausfall oder einer anderen Fehlfunktion der einen ersten Speicherzelle kommt.
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Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in dem zweiten Betriebszustand die eine erste Speicherzelle mit keinem zum elektrochemischen Speichern von elektrischer Energie ausgebildeten Speicherelement elektrisch verbunden ist. Hierdurch kann eine unerwünschte Beeinflussung des Energiespeichers durch gegebenenfalls Defekte der einen ersten Speicherzelle vermieden werden, so dass ein besonders vorteilhafter Betrieb gewährleistet werden kann.
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Schließlich hat es sich zur Realisierung eines besonders vorteilhaften Betriebs des Energiespeichers als vorteilhaft gezeigt, wenn mittel der elektronischen Recheneinrichtung die zweite Speicherzelle mit den beziehungsweise allen in dem ersten Betriebszustand elektrisch miteinander verbundenen ersten Speicherzellen elektrisch verbunden wird, wodurch der Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung von dem ersten Betriebszustand in einen dritten Betriebszustand umgeschaltet wird. Beispielsweise wird der elektrische Energiespeicher mittels der elektronischen Recheneinrichtung in dem dritten Betriebszustand während der dritten Zeitspanne oder während einer vierten Zeitspanne, insbesondere unterbrechungsfrei beziehungsweise durchgängig, betrieben. In dem dritten Betriebszustand sind die beziehungsweise alle in dem ersten Betriebszustand elektrisch miteinander verbundenen, ersten Speicherzellen elektrisch miteinander und elektrisch mit der zweiten Speicherzelle verbunden. Dadurch wird die elektrische Spannung, insbesondere Nennspannung, und/oder Stromstärke des Energiespeichers in dem dritten Betriebszustand durch die beziehungsweise alle in dem ersten Betriebszustand elektrisch miteinander verbundenen ersten Speicherzellen und durch die zweite Speicherzelle gebildet beziehungsweise bereitgestellt. Mit anderen Worten wird beispielsweise ein dritter Wert der elektrischen Spannung, insbesondere Nennspannung, und/oder der Stromstärke des Energiespeichers in dem dritten Betriebszustand durch die beziehungsweise alle in dem ersten Betriebszustand elektrisch miteinander verbundenen, ersten Speicherzellen und durch die zweite Speicherzelle gebildet, so dass beispielsweise der dritte Wert größer als der erste Wert und größer als der zweite Wert der elektrischen Spannung beziehungsweise Stromstärke ist. Dadurch kann zumindest vorübergehend eine besonders große elektrische Spannung, insbesondere Nennspannung, und/oder Stromstärke des Energiespeichers realisiert werden, wodurch zumindest vorrübergehend besonders große elektrische Leistungen realisiert werden können. Es ist beispielsweise denkbar, dass die redundante zweite Speicherzelle beziehungsweise ihre Spannung oder Leistung immer dann zugeschaltet werden kann, wenn dies die elektronische Recheneinrichtung als vorteilhaft oder nötig erachtet, um beispielsweise eine defekte oder schwache Speicherzelle zu ersetzen oder zumindest vorrübergehend die Spannung und/oder Stromstärke des Energiespeichers auf den dritten Wert zu bringen beziehungsweise anzuheben.
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Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um ein Batteriepack oder um ein Modul handeln, so dass der Energiespeicher beispielsweise Bestandteil eines Gesamtspeichers ist, welcher mehrere Batteriepacks beziehungsweise mehrere Module aufweisen kann. Durch Zuschalten der zweiten Speicherzelle ist es möglich, dass das die eine erste Speicherzelle und die zweite Speicherzelle umfassende Modul insbesondere im Hinblick auf dessen Leistung oder Spannung auf ein Niveau zu bringen oder auf einem Niveau zu halten, auf welchem auch die anderen Module des Gesamtspeichers sich befinden. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Energiespeichers beziehungsweise des Gesamtspeichers gewährleistet werden. Außerdem können übermäßig frühe Reparaturen oder Wartungen des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise des Gesamtspeichers vermieden werden. Untersuchungen und Überlegungen haben ergeben, dass die Verwendung beziehungsweise das Mitführen der redundanten, zweiten Speicherzelle bauraumneutral erfolgen kann, da herkömmliche Energiespeicher üblicherweise ungenutzten Bauraum aufweisen, in welchem die redundante, zweite Speicherzelle positioniert werden kann.
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Um beispielsweise die eine zweite Speicherzelle zuzuschalten, ist die elektronische Recheneinrichtung beispielsweise über wenigstens oder genau zwei Leitungen, insbesondere Kabel, mit der zweiten Speicherzelle, insbesondere elektrisch, verbunden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass die elektronische Recheneinrichtung über wenigstens oder genau zwei Leitungen oder Kabel mit der einen ersten Speicherzelle, insbesondere elektrisch, verbunden ist, um dadurch beispielsweise über die Leitungen die eine erste Speicherzelle abzuschalten. Darüber hinaus ist denkbar, dass die elektronische Recheneinrichtung die eine erste Speicherzelle über die wenigsten oder genau zwei Leitungen wieder zuschalten kann. Die redundante, zweite Speicherzelle kann, insbesondere je nach Strategie, stets beziehungsweise immer geladen gehalten werden, oder die redundante, zweite Speicherzelle wird insbesondere gegenüber den ersten Speicherzellen in einem tieferen oder idealen Ladezustand gehalten, insbesondere während des ersten Betriebszustands, denn die elektronische Recheneinrichtung kennt beziehungsweise kann ermitteln, wann die eine erste Speicherzelle abgeschaltet und die zweite Speicherzelle zugeschaltet wird oder werden muss, und davor kann die elektronische Recheneinrichtung die zuzuschaltende, redundante, zweite Speicherzelle in einen gewünschten Ladezustand bringen.
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Insbesondere durch Einschalten des dritten Betriebszustands kann die redundante, zweite Speicherzelle verwendet werden, um Leistungspeaks zu kompensieren. Wird beispielsweise ein elektrischer Verbraucher aktiviert, so dass der elektrische Energiespeicher infolge des Aktivierens des elektrischen Verbrauches eine erhöhte elektrische Leistung bereitstellen muss, so kann der dritte Betriebszustand eingeschaltet werden. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich um eine Heizung, um eine Filter und/oder um einen anderen elektrischen Verbraucher handeln. Ferner ist es denkbar, durch Einstellen des dritten Betriebszustands den Energiespeicher selbst beziehungsweise die elektronische Recheneinrichtung mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischen Strom zu versorgen, um dadurch beispielsweise die elektronische Recheneinrichtung aufwachen zu lassen, das heißt von einem Ruhezustand in einem aktiven Zustand zu überführen, in welchem beispielsweise die elektronische Recheneinrichtung einen jeweiligen Zustand, insbesondere den aktuellen Ladezustand und/oder die jeweilige elektrische Spannung, der jeweiligen Speicherzelle ermitteln und somit auswerten kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, wobei der elektrische Energiespeicher zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft dann vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug, welches wenigstens einen elektrischen Energiespeicher gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:
- 1 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen, elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei der elektrische Energiespeicher zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht des elektrischen Energiespeichers.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht einen elektrischen Energiespeicher 1 für ein Kraftfahrzeug. Dies bedeutet, dass das vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildete Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand den Energiespeicher 1 aufweist, in beziehungsweise mittels welchem elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Hierzu umfasst der Energiespeicher 1 mehrere Speicherzellen 2, welche als Rundzellen ausgebildet sind. Die Speicherzellen 2 sind als Akkumulatoren ausgebildet, in beziehungsweise mittels welchen die elektrische Energie elektrochemisch zu speichern oder gespeichert ist. Erste der Speicherzellen 2 sind mit Z1 bezeichnet, und zweite der Speicherzellen 2 sind mit Z21 und Z22 bezeichnet. Somit sind die Speicherzellen Z1 erste der Speicherzellen 2, und die Speicherzellen Z21 und Z22 sind zweite der Speicherzellen 2.
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Der elektrische Energiespeicher 1 umfasst auch eine in 2 besonders schematisch dargestellte, elektronische Recheneinrichtung 3. Die elektronische Recheneinrichtung 3 wird auch als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet, ist ein Batteriemanagementsystem oder weist mehrere Batteriemanagementsysteme auf. Aus 2 ist erkennbar, dass die jeweilige Speicherzelle 2 wenigstens oder genau einen in 2 mit + bezeichneten, elektrischen Plus-Pol und wenigstens oder genau einen, in 2 mit - bezeichneten, elektrischen Minus-Pol aufweist. Der jeweilige Plus-Pol und der jeweilige Minus-Pol werden zusammenfassend auch als elektrische Pole bezeichnet und sind durch jeweilige, auch als Terminals bezeichnete Anschlüsse der jeweiligen Speicherzelle 2 gebildet. Über Ihre Pole beziehungsweise Anschlüsse kann die jeweilige Speicherzelle 2 die in ihr elektrochemisch gespeicherte, elektrische Energie bereitstellen. Außerdem kann die jeweilige Speicherzelle 2 über Ihre Pole beziehungsweise Anschlüsse mit elektrischer Energie versorgt werden, die somit in der jeweiligen Speicherzelle 2 elektrochemisch gespeichert werden kann.
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Im Folgenden wird anhand von 1 und 2 ein Verfahren zum Betreiben des elektrischen Energiespeichers 1 beschrieben, wobei das Verfahren insbesondere in Bezug auf die zweite Speicherzelle Z21 beschrieben wird. Die vorigen und folgenden Ausführungen zur Speicherzelle Z21 können ohne weiteres auch auf die Speicherzelle Z22 übertragen werden und umgekehrt. Eine der ersten Speicherzellen Z1 wird mit Z11 bezeichnet, und alle anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z1 werden mit Z12 bezeichnet.
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Bei dem Verfahren wird der Energiespeicher 1, insbesondere mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3, zunächst in einem ersten Betriebszustand betrieben. Insbesondere wird der Energiespeicher 1 zunächst während einer ersten Zeitspanne durchgängig in dem ersten Betriebszustand betrieben. In dem ersten Betriebszustand sind die ersten Speicherzellen Z1, das heißt die Speicherzelle Z11 und die Speicherzellen Z12 elektrisch miteinander verbunden, während die zweiten Speicherzellen Z21 und Z22 elektrisch von den ersten Speicherzellen Z1, das heißt von der Speicherzelle Z11 und von den Speicherzellen Z12 und vorzugweise auch elektrisch voneinander getrennt. Somit ist in dem ersten Betriebszustand eine Stromstärke beziehungsweise ein erster Wert der Stromstärke 1 des Energiespeichers 1 durch die ersten Speicherzellen Z1 (Speicherzelle Z11 und Z12), nicht jedoch durch die zweiten Speicherzellen Z21 und Z22 bereitgestellt oder bereitstellbar.
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Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 wird der elektrische Energiespeicher 1 automatisch von dem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand umgeschaltet, indem mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 die eine erste Speicherzelle Z11 automatisch von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 elektrisch getrennt und die zweite Speicherzelle Z21 automatisch mit den anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 elektrisch verbunden wird. Dadurch sind in dem zweiten Betriebszustand die anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 elektrisch miteinander und elektrisch mit der zweiten Speicherzelle Z21 verbunden, während die eine erste Speicherzelle Z11 elektrisch von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 und von der zweiten Speicherzelle Z21 und vorzugsweise auch von der zweiten Speicherzelle Z22 getrennt ist, welche in dem zweiten Betriebszustand von den anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12, von der einen ersten Speicherzelle Z11 und von der zweiten Speicherzelle Z21 elektrisch getrennt ist. Dadurch ist in dem zweiten Betriebszustand die elektrische Stromstärke des Energiespeichers 1 beziehungsweise ein zweiter Wert der Stromstärke des Energiespeichers 1 durch die anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 und durch die zweite Speicherzelle Z21, nicht jedoch durch die eine erste Speicherzelle Z11 und nicht durch die zweite Speicherzelle Z22 bereitgestellt oder bereitstellbar.
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Es ist erkennbar, dass die Speicherzellen Z21 und Z22 redundante Zellen sind, welche vorgehalten werden, falls es zu einem Defekt oder einer anderen Fehlfunktion einer der ersten Speicherzellen Z1 kommt. Bei dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel kommt es beispielsweise zu einer solchen Fehlfunktion der einen ersten Speicherstelle Z11, dass ein Ladezustand, insbesondere ein maximal möglicher Ladezustand, der einen ersten Speicherzelle Z11 einen insbesondere vorgebbaren oder vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Wird dies mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 erkannt, so wird die Zelle Z11 abgeschaltet, und vorliegend wird die Speicherzelle Z21 zugeschaltet, um die Speicherzelle Z11 beziehungsweise ihr Abschalten zu kompensieren. Dadurch ist es möglich, dass der zweite Wert zumindest im Wesentlichen dem ersten Wert entspricht. Mit anderen Worten ist es möglich, sowohl in dem zweiten Betriebszustand als auch in dem ersten Betriebszustand die zumindest im Wesentlichen gleiche elektrische Stromstärke des Energiespeichers 1 bereitzustellen beziehungsweise beizubehalten. Somit kann ein besonders vorteilhafter Betrieb des Energiespeichers 1 gewährleistet werden.
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Aus 2 ist erkennbar, dass mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 die zweite Speicherzelle Z21 mit den anderen, übrigen ersten Speicherzellen Z12 elektrisch verbunden werden kann, indem mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 wenigstens ein Schalter S1 geschlossen wird. Beispielsweise wird mithilfe der elektronischen Recheneinrichtung 3 die eine erste Speicherzelle Z11 von den anderen, übrigen Speicherzellen Z12 elektrisch getrennt, indem mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 wenigstens 1 in den Figuren nicht dargestellter, zweiter Schalter geöffnet wird. Vorzugsweise wird als der jeweilige Schalter, insbesondere als der Schalter S1, ein Relais oder ein Halbleiterschalter, insbesondere ein MOSFET verwendet. Beispielsweise wird der elektrische Energiespeicher 1 in dem zweiten Betriebszustand während einer zweiten Zeitspanne, insbesondere durchgängig, betrieben wird, wobei sich die zweite Zeitspanne beispielsweise zeitlich an die erste Zeitspanne anschließt. Ferner ist es denkbar, den Energiespeicher 1 automatisch mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 in einen dritten Betriebszustand umzuschalten beziehungsweise in dem dritten Betriebszustand zu betreiben, insbesondere durchgängig während einer dritten Zeitspanne, welche beispielsweise zeitlich auf die zweite Zeitspanne folgt oder zwischen der ersten Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne liegt.
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Beispielsweise ausgehend von dem ersten Betriebszustand wird der dritte Betriebszustand derart eingestellt, dass wenigstens oder genau eine der zweiten Speicherzellen Z21 und Z22 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 automatisch zugeschaltet, mithin mit den ersten Speicherzellen Z1 elektrisch verbunden wird, so dass in dem dritten Betriebszustand die ersten Speicherzellen Z1 (Speicherzellen Z11 und Z12) elektrisch miteinander und elektrisch mit der Speicherzelle Z21 verbunden sind, während beispielsweise die Speicherzelle Z22 von den Speicherzellen Z1 und von der Speicherzelle Z21 elektrisch getrennt ist, oder aber in dem dritten Betriebszustand ist auch die Speicherzelle Z22 elektrisch mit den Speicherzellen Z1 und mit der Speicherzelle Z21 verbunden. Dadurch wird in dem dritten Betriebszustand die Stromstärke des Energiespeichers 1 beziehungsweise ein dritter Wert der Stromstärke des Energiespeichers 1 zumindest durch die Speicherzellen Z1 und durch die Speicherzelle Z21 gebildet oder bereitgestellt, so dass der dritte Wert größer als der erste und zweite Wert ist. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Betrieb des Energiespeichers 1 realisiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Energiespeicher
- 2
- Speicherzellen
- 3
- elektronische Recheneinrichtung
- S1
- Schalter
- Z1
- erste Speicherzellen
- Z11
- eine erste Speicherzelle
- Z12
- andere erste Speicherzellen
- Z21
- zweite Speicherzelle
- Z22
- zweite Speicherzelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010016175 A1 [0002]
- WO 2020/094171 A1 [0002]
