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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lade-/Entlade-Regelsystem.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die
JP 2019-208309 A offenbart ein Antriebsregelungssystem für ein elektrisches Fahrzeug. Bei dem Antriebsregelungssystem der
JP 2019-208309 A werden parallel zueinander geschaltete Batteriepakete gleichzeitig verwendet, was verursacht, dass entsprechend dem Unterschied des Leitungswiderstands bei verschiedener Leitungslänge von einem der Batteriepakete, dessen Leitungslänge zu einer elektrischen Last vergleichsweise kurz ist, ein größerer elektrischer Strom zu der Last fließt als von einem anderen der Batteriepakete, dessen Leitungslänge zu der Last vergleichsweise lang ist. Dies kann dazu führen, dass die Batteriepakete abhängig von einer Abweichung der Leitungslänge unterschiedlich schnell degradieren. Das Antriebsregelungssystem der
JP 2019-208309 A beabsichtigt, ein derartiges Problem in dem Antriebsregelungssystem zu lindern.
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Im Speziellen weist in der
JP 2019-208309 A das Antriebsregelungssystem eine Batteriesteuereinheit, eine Stromversorgungseinheit und eine Energiekapazität-Bezugseinheit auf. Die Batteriesteuereinheit bewirkt, dass eines der Batteriepakete als Batteriepaket zum Antreiben ausgewählt wird. Die Stromversorgungseinheit liefert einem Elektromotor elektrische Energie von dem Antriebsbatteriepaket. Die Energiekapazität-Bezugseinheit bewirkt, dass Informationen über die Energiekapazität des ausgewählten Batteriepakets bezogen werden. Wenn die Energiekapazität des ausgewählten Batteriepakets kleiner oder gleich einem gegebenen Wert wird, wählt die Batteriesteuereinheit des Antriebsregelungssystems ein anderes der Batteriepakete als Batteriepaket zum Antreiben aus.
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VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
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PATENTDOKUMENTE
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Patentdokument Nr. 1:
JP 2019 - 208 309 A -
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
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Das vorstehend genannte Antriebsregelungssystem bewirkt lediglich, dass für das Antreiben von einem Batteriepaket zu einem anderen gewechselt wird, wenn die Energiekapazität kleiner oder gleich dem gegebenen Wert wird, ist jedoch nicht dazu vorgesehen, unter Berücksichtigung der Nutzungshäufigkeit ein Ungleichgewicht im Ausmaß der Degradation unter den Batteriepaketen zu minimieren.
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Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des genannten Problems. Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, ein Lade-/Entlade-Regelsystem bereitzustellen, das ein Ungleichgewicht der Nutzungshäufigkeit unter den Batteriemodulen minimieren kann und ein Ungleichgewicht im Ausmaß der Degradation unter den Batteriemodulen verringern kann.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Lade-/Entlade-Regelsystem bereitgestellt, das aufweist: eine Stromerzeugungseinheit; eine elektrische Last; mehrere Batteriemodule; einen ersten Verbindungspfad, mit dem die Batteriemodule parallel zueinander verbunden sind; einen ersten Schalter, der zwischen dem ersten Verbindungspfad, der Stromerzeugungseinheit und der elektrischen Last angeordnet ist und zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem der erste Verbindungspfad mit der Stromerzeugungseinheit oder der elektrischen Last verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem der erste Verbindungspfad von der Stromerzeugungseinheit und der elektrischen Last getrennt ist, umschaltbar ist; und eine Steuereinheit, die von der Stromerzeugungseinheit oder den Batteriemodulen mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei jedes der Batteriemodule eine Batterie, einen zweiten Schalter, der zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem die Batterie mit dem ersten Verbindungspfad verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem die Batterie von dem ersten Verbindungspfad getrennt ist, umschaltbar ist, und eine Batterieverwaltungseinrichtung aufweist, die einen Zustand der Batterie und einen Schaltbetrieb des zweiten Schalters steuert, zwischen jeder der Batterieverwaltungseinrichtungen und dem ersten Verbindungspfad ein dritter Schalter angeordnet ist, wobei der dritte Schalter zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem die Batterieverwaltungseinrichtung mit dem ersten Verbindungspfad verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem die Batterieverwaltungseinrichtung von dem ersten Verbindungspfad getrennt ist, umschaltbar ist, die Steuereinheit bewirkt, dass Schaltvorgänge des ersten Schalters und der dritten Schalter gesteuert werden, und, falls sich der erste Schalter in dem eingeschalteten Zustand befindet, bei dem der erste Verbindungspfad mit der elektrischen Last verbunden ist, um die Batteriemodule zu entladen: wenn die Batteriemodule in mehrere Batteriemodulgruppen aufgeteilt sind, die jeweils mindestens eines der Batteriemodule umfassen, wobei eine erste Batteriemodulgruppe der Batteriemodulgruppen diejenige unter den Batteriemodulgruppen mit der größten durchschnittlichen Spannung ist und eine zweite Batteriemodulgruppe der Batteriemodulgruppen diejenige unter den Batteriemodulgruppen mit der zweitgrößten durchschnittlichen Spannung ist, die Steuereinheit den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der ersten Batteriemodulgruppe einschaltet und unter der Voraussetzung, dass ein erster Durchschnittsspannungspegel, welcher die durchschnittliche Spannung an der ersten Batteriemodulgruppe ist, niedriger wird als ein zweiter Durchschnittsspannungspegel, welcher die durchschnittliche Spannung an der zweiten Batteriemodulgruppe ist, und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel größer wird als ein erster gegebener Wert, die Steuereinheit den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der zweiten Batteriemodulgruppe einschaltet und den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der ersten Batteriemodulgruppe ausschaltet.
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EFFEKT DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Lade-/Entlade-Regelsystem bereitgestellt werden, das ein Ungleichgewicht der Nutzungshäufigkeit unter den Batteriemodulen minimieren kann und ein Ungleichgewicht im Ausmaß der Degradation unter den Batteriemodulen verringern kann.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht, die ein Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
- 2 zeigt Graphen, die Spannungspegeländerungen an Batteriemodulen eines Lade-/Entlade-Regelsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellen.
- 3 ist ein Ablaufdiagramm einer Abfolge von Entladesteuerungsschritten, die durch ein Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchzuführen sind.
- 4 zeigt, wie die Anzahl von Entladungen eines jeweiligen Batteriemoduls zu berechnen ist, das in einem Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut ist.
- 5 ist eine Ansicht, die eine Zuordnungsfunktion veranschaulicht, die Entladekennlinien von Batteriemodulen darstellt, die in einem Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eingebaut sind.
- 6 ist ein Zeitgraph, der ein Betriebsbeispiel für ein Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung aufzeigt.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Ein Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist auf: eine Stromerzeugungseinheit; eine elektrische Last; mehrere Batteriemodule; einen ersten Verbindungspfad, mit dem die Batteriemodule parallel zueinander verbunden sind; einen ersten Schalter, der zwischen dem ersten Verbindungspfad, der Stromerzeugungseinheit und der elektrischen Last angeordnet ist und zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem der erste Verbindungspfad mit der Stromerzeugungseinheit oder der elektrischen Last verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem der erste Verbindungspfad von der Stromerzeugungseinheit und der elektrischen Last getrennt ist, umschaltbar ist; und eine Steuereinheit, die von der Stromerzeugungseinheit oder den Batteriemodulen mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei jedes der Batteriemodule eine Batterie, einen zweiten Schalter, der zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem die Batterie mit dem ersten Verbindungspfad verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem die Batterie von dem ersten Verbindungspfad getrennt ist, umschaltbar ist, und eine Batterieverwaltungseinrichtung aufweist, die einen Zustand der Batterie und einen Schaltbetrieb des zweiten Schalters steuert, zwischen jeder der Batterieverwaltungseinrichtungen und dem ersten Verbindungspfad ein dritter Schalter angeordnet ist, wobei der dritte Schalter zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem die Batterieverwaltungseinrichtung mit dem ersten Verbindungspfad verbunden ist, und einem ausgeschalteten Zustand, bei dem die Batterieverwaltungseinrichtung von dem ersten Verbindungspfad getrennt ist, umschaltbar ist, die Steuereinheit bewirkt, dass Schaltvorgänge des ersten Schalters und der dritten Schalter gesteuert werden, und, falls sich der erste Schalter in dem eingeschalteten Zustand befindet, bei dem der erste Verbindungspfad mit der elektrischen Last verbunden ist, um die Batteriemodule zu entladen: wenn die Batteriemodule in mehrere Batteriemodulgruppen aufgeteilt sind, die jeweils mindestens eines der Batteriemodule umfassen, wobei eine erste Batteriemodulgruppe der Batteriemodulgruppen diejenige unter den Batteriemodulgruppen mit der größten durchschnittlichen Spannung ist und eine zweite Batteriemodulgruppe der Batteriemodulgruppen diejenige unter den Batteriemodulgruppen mit der zweitgrößten durchschnittlichen Spannung ist, die Steuereinheit den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der ersten Batteriemodulgruppe einschaltet und unter der Voraussetzung, dass ein erster Durchschnittsspannungspegel, welcher die durchschnittliche Spannung an der ersten Batteriemodulgruppe ist, niedriger wird als ein zweiter Durchschnittsspannungspegel, welcher die durchschnittliche Spannung an der zweiten Batteriemodulgruppe ist, und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel größer wird als ein erster gegebener Wert, die Steuereinheit den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der zweiten Batteriemodulgruppe einschaltet und den zweiten und den dritten Schalter aller Batteriemodule der ersten Batteriemodulgruppe ausschaltet.
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[Ausführungsbeispiel]
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Ein Lade-/Entlade-Regelsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist, wie in 1 veranschaulicht, eine Stromerzeugungseinheit 2, eine elektrische Last 3, mehrere Batteriemodule 4, einen ersten Verbindungspfad 5, einen ersten Schalter 6 und eine Steuereinheit 7 auf.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 ist mit einer Anzahl von n der Batteriemodule 4 versehen. Im Speziellen umfassen die n Batteriemodule 4 die Batteriemodule 4a bis 4n. In der folgenden Erörterung werden die einzelnen Batteriemodule 4a bis 4n auch einfach als das Batteriemodul 4 bezeichnet, solange sie nicht voneinander unterschieden werden sollen.
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Die Stromerzeugungseinheit 2 ist ein Stromgenerator oder Kraftwerk, etwa eine Fotovoltaikanlage oder eine Windkraftanlage, und erzeugt Elektrizität unter Verwendung von erneuerbarer Energie. Die Stromerzeugungseinheit 2 kann ein Wasserkraftwerk, ein Geothermiekraftwerk oder ein Biomassekraftwerk sein, das Elektrizität unter Verwendung von erneuerbarer Energie erzeugt.
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Die elektrische Last 3 weist eine elektrische Einrichtung auf, die mit einer Lichtquelle versehen ist, etwa eine Leuchte oder eine elektronische Mitteilungstafel, ist jedoch nicht auf die elektrische Einrichtung beschränkt.
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Die Batteriemodule 4a bis 4n sind parallel zueinander mit dem ersten Verbindungspfad 5 verbunden. Jedes Batteriemodul 4 weist eine Batterie 41, einen zweiten Schalter 42 und eine Batterieverwaltungseinrichtung 43 auf.
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Um die Batterien 41, die zweiten Schalter 42 und die Batterieverwaltungseinrichtungen 43 der Batteriemodule 4a bis 4n zu identifizierten, tragen in der folgenden Erörterung die Batterien 41, die zweiten Schalter 42 und die Batterieverwaltungseinrichtungen 43 auch Bezugszeichen mit einem Buchstabensuffix „a“ bis „n“, das dem jeweiligen Batteriemodul 4a bis 4n entspricht. Ebenso wie die Batteriemodule 4 werden die einzelnen Batterien, die einzelnen zweiten Schalter und die einzelnen Batterieverwaltungseinrichtungen auch einfach als Batterie 41, zweiter Schalter 42 und Batterieverwaltungseinrichtung 43 bezeichnet, solange sie nicht voneinander unterschieden werden sollen.
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Jede der Batterien 41 ist eine wiederauf- und entladbare Sekundärbatterie, etwa eine Lithiumionenbatterie. Lithiumionenbatterien, die in einem Fahrzeug eingebaut und verwendet werden, können als die Batterien 41 wiederverwendet werden.
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Jeder der zweiten Schalter 42 ist dazu eingerichtet, zwischen einem eingeschalteten Zustand, bei dem die Batterie 41 und der erste Verbindungspfad 5 miteinander verbunden sind, und einem ausgeschalteten Zustand umzuschalten, bei dem diese voneinander getrennt sind. Jeder der zweiten Schalter 42 wird durch eine entsprechende der Batterieverwaltungseinrichtungen 43 derart gesteuert, dass der zweite Schalter 42 zwischen dem eingeschalteten Zustand und ausgeschalteten Zustand umschaltet.
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Jede der Batterieverwaltungseinrichtungen 43 ist dazu ausgelegt, den Zustand einer entsprechenden der Batterien 41, etwa den Spannungspegel an der Batterie 41 oder die Menge der in der Batterie 41 verbleibenden elektrischen Energie, z. B. ihren Ladezustand, zu überwachen und zu steuern. Im Speziellen bewirkt die Batterieverwaltungseinrichtung 43, dass zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand des zweiten Schalters 42 umgeschaltet wird. Die Batterieverwaltungseinrichtung 43 berechnet den Ladezustand der Batterie 41 unter Verwendung der in die Batterie 41 geladenen bzw. aus ihr entladenen Strommenge.
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Die Batterieverwaltungseinrichtung 43 ist mit der Steuereinheit 7 verbunden, um Informationen über beispielsweise den Spannungspegel an der Batterie 41 und den Ladezustand der Batterie 41 an die Steuereinheit 7 auszugeben.
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Zwischen jeder der Batterieverwaltungseinrichtungen 43 und dem ersten Verbindungspfad 5 ist der dritte Schalter 8 angeordnet. Der dritte Schalter 8 wird entweder in einen eingeschalteten Zustand versetzt, um die Batterieverwaltungseinrichtung 43 mit dem ersten Verbindungspfad 5 zu verbinden, oder in einen ausgeschalteten Zustand versetzt, um diese voneinander zu trennen. Jede der Batterieverwaltungseinrichtungen 43 kann mit mindestens einem dritten Schalter 8 versehen sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist jede der Batterieverwaltungseinrichtungen 43 mit einem einzigen dritten Schalter 8 versehen, sie kann jedoch auch alternativ zwei oder mehr dritte Schalter 8 aufweisen.
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Um die dritten Schalter 8 der Batterieverwaltungseinrichtungen 43a bis 43n in der folgenden Erörterung zu identifizierten, tragen diese ebenfalls Bezugszeichen mit einem Buchstabensuffix „a“ bis „n“, das der entsprechenden Batterieverwaltungseinrichtung 43a bis 43n entspricht. Jeder einzelne dritte Schalter wird auch einfach als dritter Schalter 8 bezeichnet, solange die Schalter nicht voneinander unterschieden werden sollen.
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Das Umschalten zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand des dritten Schalters 8 wird durch die Steuereinheit 7 erreicht.
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Die Batteriemodule 4a bis 4n sind parallel zueinander mit dem ersten Verbindungspfad 5 verbunden. Der erste Schalter 6 ist mit einem Ende des ersten Verbindungspfads 5 verbunden.
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Der erste Schalter 6 ist zwischen dem ersten Verbindungspfad 5, der Stromerzeugungseinheit 2 und der elektrischen Last 3 angeordnet und wird entweder in einen eingeschalteten Zustand, um den ersten Verbindungspfad 5 mit der Stromerzeugungseinheit 2 oder der elektrischen Last 3 zu verbinden, oder einen ausgeschalteten Zustand versetzt, um den ersten Verbindungspfad 5 von diesen zu trennen.
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Anders ausgedrückt wird der erste Schalter 6 entweder in einen Stromerzeugung-Einschaltzustand (auch als „Zustand EIN/Stromerzeugung“ bezeichnet) versetzt, um den ersten Verbindungspfad 5 mit der Stromerzeugungseinheit 2 zu verbinden, oder er wird in einen Stromentladung-Einschaltzustand (auch als „Zustand EIN/Stromentladung“ bezeichnet) versetzt, um den ersten Verbindungspfad 5 mit der elektrischen Last 3 zu verbinden, oder er wird in einen ausgeschalteten Zustand (auch als „Zustand AUS“ bezeichnet) versetzt, um den ersten Verbindungspfad 5 sowohl von der Stromerzeugungseinheit 2 als auch von der elektrischen Last 3 zu trennen.
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Das Umschalten zwischen dem Stromerzeugung-Einschaltzustand, dem Stromentladung-Einschaltzustand und dem ausgeschalteten Zustand wird durch die Steuereinheit 7 erreicht. Wenn die Steuereinheit 7 noch nicht angeschaltet ist, z. B., wenn das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 ausgeschaltet ist, dann wird bevorzugt, dass sich der erste Schalter 6 in dem Stromerzeugung-Einschaltzustand befindet, um die zum Starten des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 nötige elektrische Energie sicherzustellen.
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Die Steuereinheit 7 wird durch eine Computereinheit implementiert, die von einer CPU (zentralen Verarbeitungseinheit), einem RAM (Direktzugriffsspeicher) einem ROM (Nur-Lese-Speicher), einem Eingabeanschluss und einem Ausgabeanschluss gebildet wird. Im ROM der Computereinheit sind verschiedene Konstanten und Programme gespeichert, die verwendet werden, um den Computer als Steuereinheit 7 zu betreiben. Anders ausgedrückt nutzt die CPU den RAM als Arbeitsbereich, um die im ROM gespeicherten Programme auszuführen und so die Computereinheit als Steuereinheit 7 zu betreiben.
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Die Steuereinheit 7 ist mit dem ersten Verbindungspfad 5 verbunden und wird über den ersten Verbindungspfad 5 mit elektrischer Energie von der Stromerzeugungseinheit 2 oder mindestens einem der Batteriemodule 4a bis 4n versorgt. Die Steuereinheit 7 bewirkt, dass zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand des ersten Schalters 6 und zwischen dem eingeschalteten Zustand und dem ausgeschalteten Zustand der einzelnen dritten Schalter 8 umgeschaltet wird.
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Die Steuereinheit 7 weist verschiedene mit ihr verbundene Sensoren 9 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind Sensoren 9, die je nach dem Typ der Stromerzeugungseinheit 2 und der elektrischen Last 3 erforderlich sind, mit der Steuereinheit 7 verbunden. Zu den Sensoren 9 zählen zum Beispiel ein Windsensor, ein Beleuchtungsstärkesensor und ein Temperatursensor, welche Änderungen in der Umwelt erfassen können. Ist die elektrische Last 3 eine Leuchte, kann die Steuereinheit 7 mit einem Zeitgeber versehen sein, der einen Zeitraum, während dessen die Leuchte eingeschaltet bleibt, oder einen Zeitpunkt steuert, zu dem die Leuchte eingeschaltet werden soll.
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LADESTEUERUNG
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Nachstehend wird eine Ladesteuerungsaufgabe beschrieben, die von dem Lade-/Entlade-Regelsystem 1 durchgeführt wird.
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Wenn mindestens eines der n Batteriemodule 4 entladen werden soll, teilt die Steuereinheit 7 die n Batteriemodule 4 in mehrere Batteriemodulgruppen 4G auf, die jeweils mindestens eines der Batteriemodule 4 umfassen.
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Im Speziellen teilt die Steuereinheit 7 die n Batteriemodule 4 in absteigender Reihenfolge nach Spannungspegel der Batteriemodule 4 in die Batteriemodulgruppen 4G auf, die jeweils mindestens eines der Batteriemodule 4 umfassen. Anders ausgedrückt werden die n Batteriemodule 4 in absteigender Reihenfolge nach ihrem Spannungspegel ausgewählt, um die jeweiligen Batteriemodulgruppen 4G zu bilden.
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Wenn beispielsweise acht Batteriemodule 4 mit unterschiedlichem Spannungspegel vorhanden sind, werden die Batteriemodule 4 in eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Batteriemodulgruppe 4G eingeordnet. Die erste Batteriemodulgruppe 4G umfasst die beiden Batteriemodule 4 mit der höchsten und der zweithöchsten Spannung der Batteriemodule 4. Die zweite Batteriemodulgruppe 4G umfasst die beiden Batteriemodule 4 mit der dritthöchsten und der vierthöchsten Spannung der Batteriemodule 4. Die dritte Batteriemodulgruppe 4G umfasst die beiden Batteriemodule 4 mit der fünfthöchsten und der sechsthöchsten Spannung der Batteriemodule 4. Die vierte Batteriemodulgruppe 4G umfasst die beiden Batteriemodule 4 mit der siebthöchsten und der achthöchsten Spannung der Batteriemodule 4.
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Der Grund, weshalb in dem System nicht einzelne Batteriemodule, sondern Batteriemodulgruppen, die aus Batteriemodulen gebildet sind, verwendet werden, liegt darin, dass, wenn in dem System ein einzelnes Batteriemodul 4 verwendet würde, um elektrische Energie zu entladen, ein Fehlschlagen des Entladens von elektrischer Energie aufgrund von Faktoren, die nicht zu einem Abfall der Spannung unter einen Entlademindestspannungspegel führen, zu einem Fehlschlagen der Lieferung von elektrischer Energie an die Steuereinheit 7 führen könnte, was zu einem Fehler beim Betrieb des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 führen kann. Es ist daher ratsam, dass die Batteriemodulgruppen 4G, die von den Batteriemodulen 4 gebildet werden, verwendet werden, um elektrische Energie zu entladen.
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Vorzugsweise ist jedoch jede der Batteriemodulgruppen 4G derart gestaltet, dass sie keine zwei oder mehr Batteriemodule 4 umfasst, deren Spannungspegel sich um mehr als einen gegebenen Wert Δth (zweiter gegebener Wert) unterscheiden, d. h., es sollten nicht zwei oder mehr Batterien 4, deren Spannungspegel sich um mehr als einen gegebenen Wert Δth unterscheiden, zur selben Batteriemodulgruppe 4G gehören. In einem Fall, bei dem der Spannungspegelunterschied zwischen den zwei Batteriemodulen 4 mit dem höchsten und dem zweithöchsten Spannungspegel größer ist als der gegebene Wert Δth, wird die erste Batteriemodulgruppe 4G nur durch das Batteriemodul 4 mit der höchsten Spannungspegel gebildet. Wenn in einem derartigen Fall der Spannungspegelunterschied zwischen den zwei Batteriemodulen 4 mit dem zweithöchsten und dem dritthöchsten Spannungspegel unter den Batteriemodulen 4 kleiner oder gleich dem gegebenen Wert Δth ist, wird die zweite Batteriemodulgruppe 4G aus diesen beiden Batteriemodulen 4 gebildet. Das heißt, in einem Fall, bei dem die Batteriemodulgruppen 4G vorhanden sind, die jeweils die Batteriemodule 4 umfassen, ist ein Spannungspegelunterschied zwischen den Batteriemodulen 4 in jeder Batteriemodulgruppe 4G kleiner oder gleich dem gegebenen Wert Δth.
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Der Grund dafür, weshalb dafür gesorgt wird, dass keine der Batteriemodulgruppen 4G zwei Batteriemodule 4 mit einem Spannungspegelunterschied größer als der gegebene Wert Δth umfasst, liegt darin, dass, wenn an einem Teil der Batteriemodule 4 der Batteriemodulgruppen 4G eine unerwünscht hohe Spannung entsteht, dies dazu führen kann, dass aufgrund des großen Spannungsunterschieds ein großer elektrischer Strom zwischen den Batteriemodulen 4 der Batteriemodulgruppe 4G fließt, was zu einer Fehlfunktion einer elektrischen Schaltung des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 führt.
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Dementsprechend wird dafür gesorgt, dass die entsprechenden Batteriemodulgruppen 4G aus den Batteriemodulen 4 in absteigender Reihenfolge nach Spannungspegel gebildet werden, wobei jede Batteriemodulgruppe 4G mindestens ein Batteriemodul 4 umfasst, jedoch keine zwei oder mehr Batteriemodule 4, deren Spannungspegelunterschied größer oder gleich dem gegebenen Wert Δth ist.
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Die Steuereinheit 7 wählt die zwei Batteriemodulgruppen 4G aus, welche unter den Batteriemodulgruppen 4G die höchste und die zweithöchste durchschnittliche Spannung der Batteriemodule 4 aufweisen, und definiert diese als erste Batteriemodulgruppe 4G1 und zweite Batteriemodulgruppe 4G2. Insbesondere wird eine der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige unter den Batteriemodulgruppen 4G ist, deren Batterien 41 im Durchschnitt die höchste Spannung (nachstehend auch als durchschnittliche Spannung oder Durchschnittsspannung bezeichnet) aufweisen, als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert. Eine andere der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige unter den Batteriemodulgruppen 4G ist, deren Batterien 41 die zweithöchste durchschnittliche Spannung aufweisen, wird als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 definiert. In einem Fall, bei dem eine Batteriemodulgruppe 4G von einem einzigen Batteriemodul 4 gebildet wird, entspricht hier deren durchschnittliche Spannung dem Spannungspegel des einzigen Batteriemoduls 4.
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Die Steuereinheit 7 schaltet den zweiten Schalter 42 des Batteriemoduls (bzw. der Batteriemodule) 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 und den dritten Schalter 8, der sich zwischen dem Batteriemodul 4 und dem ersten Verbindungspfad 5 befindet, ein (im Folgenden werden diese Schalter 42, 8 auch als zweiter Schalter 42 und dritter Schalter 8 des Batteriemoduls 4 bezeichnet).
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Wenn ein erster Durchschnittsspannungspegel BMV1, der ein Durchschnitt von Spannungen an den Batterien 41 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 ist, geringer als ein zweiter Durchschnittsspannungspegel BMV2 ist, der ein Durchschnitt von Spannungen an den Batterien 41 der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 ist, und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel BMV1 und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 größer ist als ein gegebener Wert Vth (erster gegebener Wert), schaltet die Steuereinheit 7 den zweiten Schalter 42 und den dritten Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 ein und schaltet den zweiten Schalter 42 und den dritten Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 aus.
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Der gegebene Wert Vth ist ein Spannungsbereich, innerhalb dessen ein Spannungsabfall, der an den Batteriemodulen 4 unmittelbar nach dem Verbinden der Batteriemodule 4 mit der elektrischen Last 3 auftritt, nicht veranlasst, dass häufig zwischen den Batteriemodulgruppen 4G umgeschaltet wird, welcher im Voraus experimentell erhalten und in dem ROM der Steuereinheit 7 gespeichert wird.
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Die Verwendung des gegebenen Werts Vth verhindert, dass die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 unnötig oft eingeschaltet werden, und verringert außerdem eine Schwankung der an die elektrische Last 3 angelegten Spannung oder des zur elektrischen Last 3 fließenden Stroms, was beides durch die Ein- oder Ausschaltvorgänge der zweiten Schalter 42 und der dritten Schalter 8 verursacht wird.
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Gewöhnlich unterscheidet sich die Entladegeschwindigkeit der Batteriemodulgruppen 4G je nachdem, ob sich der erste Schalter 6 im Stromentladung-Einschaltzustand oder im ausgeschalteten Zustand befindet. Für den Stromentladung-Einschaltzustand des ersten Schalters 6 und den ausgeschalteten Zustand des ersten Schalters 6 können daher verschiedene gegebene Werte Vth verwendet werden.
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Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 2(a) bis 2(e) ein Entladebetrieb des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 beschrieben, das beispielhaft mit vier Batteriemodulgruppen 4G versehen ist.
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Die auf der waagrechten Achse in den Balkengraphen in 2 veranschaulichten Balken stellen durchschnittliche Spannungen an den Batteriemodulgruppen 4G dar. Ein jeweiliger mit „1“ bezeichneter Balken zeigt die durchschnittliche Spannung der ersten Batteriemodulgruppe 4G1. Ein jeweiliger mit „2“ bezeichneter Balken zeigt die durchschnittliche Spannung der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2.
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Die vertikale Achse in 2 stellen die Durchschnittsspannungspegel der einzelnen Batteriemodulgruppen 4G dar. Die einzelnen Abstände zwischen gestrichelten Linien auf der vertikalen Achse stellen jeweils den vorstehend beschriebenen gegebenen Wert Vth dar.
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In 2 ist eine durch das Entladen entstehende Änderung der durchschnittlichen Spannung von zwei der Batteriemodulgruppen 4G, d. h. der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 und der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2, aufgezeigt.
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Zunächst definiert die Steuereinheit 7, wie in 2(a) aufgezeigt, eine der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige mit der größten durchschnittlichen Spannung ist, als erste Batteriemodulgruppe 4G1 und eine andere der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige mit der zweitgrößten durchschnittlichen Spannung ist, als zweite Batteriemodulgruppe 4G2. In der folgenden Erörterung wird die durchschnittliche Spannung an der ersten Batteriemodulgruppe 4G1, wie vorstehend beschrieben, als erster Durchschnittsspannungspegel BMV1 bezeichnet. Die durchschnittliche Spannung der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 wird als zweiter Durchschnittsspannungspegel BMV2 bezeichnet.
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Die Steuereinheit 7 schaltet dann den zweiten Schalter 42 und den dritten Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 ein, um mit dem Entladen von elektrischer Energie daraus zu beginnen.
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Später, wenn der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 aufgrund des Entladens der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 unter den zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 fällt und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel BMV1 und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 den gegebenen Wert Vth übersteigt, aktualisiert die Steuereinheit 7, wie in 2(b) veranschaulicht, die erste Batteriemodulgruppe 4G1 und die zweite Batteriemodulgruppe 4G2. In dem veranschaulichten Beispiel wird die in 2(a) mit „2“ bezeichnete Batteriemodulgruppe 4G, die anfänglich als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 ausgewählt wurde, nun zur ersten Batteriemodulgruppe 4G1 (welche in 2(b) mit „1“ bezeichnet ist), während die Batteriemodulgruppe 4G, die anfänglich als erste Batteriemodulgruppe 4G1 ausgewählt wurde, nun zur zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 wird.
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Anschließend, wenn der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 aufgrund des Entladens der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 unter den zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 fällt und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel BMV1 und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 den gegebenen Wert Vth übersteigt, definiert die Steuereinheit 7, wie in 2(c) aufgezeigt, die Batteriemodulgruppe 4G, die zuvor als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 ausgewählt wurde, wieder als erste Batteriemodulgruppe 4G1 und definiert ebenso die Batteriemodulgruppe 4G, die zuvor als erste Batteriemodulgruppe 4G1 ausgewählt wurde, als zweite Batteriemodulgruppe 4G2. Entsprechendes gilt für 2(d) und 2(e). Die erste Batteriemodulgruppe 4G1 und die zweite Batteriemodulgruppe 4G2 werden in dieser Weise neu gewählt, um das Entladen von elektrischer Energie aus den Batteriemodulgruppen 4G fortzusetzen.
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Als Nächstes wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm der 3 eine Folge von Entladevorgängen beschrieben, die von dem Lade-/Entlade-Regelsystem 1 durchzuführen sind.
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Die in 3 gezeigten Entladevorgänge werden hauptsächlich von der Steuereinheit 7 und der Batterieverwaltungseinrichtung 43 ausgeführt. Das Entladesteuerprogramm wird mit einem gegebenen Intervall zyklisch durchgeführt.
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Nach Eintritt in das Entladesteuerprogramm fährt die Routine mit Schritt S1 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 bestimmt, ob eine Anforderung besteht, die elektrische Last 3 zu aktivieren. Im Speziellen bestimmt die Steuereinheit 7 basierend auf einem externen Faktor, ob eine Anforderung einer Aktivierung der elektrischen Last 3 besteht. Wenn zum Beispiel eine Umgebungshelligkeit, die von dem Beleuchtungsstärkesensor gemessen wird, unter einen Referenzpegel fällt, der das Einschalten der Leuchte (d. h. der elektrischen Last 3) erfordert, oder eine festgelegte Zeit erreicht wird, zu der die Leuchte (d. h. die elektrische Last 3) eingeschaltet werden soll, stellt die Steuereinheit 7, fest, dass eine Anforderung einer Aktivierung der elektrischen Last 3 besteht. Die Steuereinheit 7 kann alternativ dazu basierend auf dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von Fußgängern oder Fahrzeugen, die von den Sensoren 9 erfasst werden, bestimmen, ob eine Anforderung besteht, die elektrische Last 3 zu aktivieren.
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Wenn in Schritt S1 die Antwort NEIN lautet, was bedeutet, dass keine Anforderung der Aktivierung der elektrischen Last 3 angefordert ist, dann fährt die Routine mit Schritt S3 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 den ersten Schalter 6 in den ausgeschalteten Zustand versetzt. Die Routine fährt dann mit Schritt S5 fort. Dies vermeidet ein unerwünschtes Entladen oder übermäßiges Entladen der Batteriemodule 4.
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Wenn hingegen in Schritt S1 die Antwort JA lautet, was bedeutet, dass eine Anforderung der Aktivierung der elektrischen Last 3 vorliegt, dann fährt die Routine mit Schritt S2 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 bestimmt, ob ein Batteriemodul (oder mehrere Batteriemodule) 4 vorhanden ist, das eine Spannung aufweist, die höher oder gleich dem Entlademindestspannungspegel ist.
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Die Steuereinheit 7 bestimmt, dass das Batteriemodul bzw. die Batteriemodule 4 mit einer Spannung an der Batterie 41 größer oder gleich dem Entlademindestspannungspegel entladbare Batteriemodule sind. Die Steuereinheit 7 kann bestimmen, dass das Batteriemodul bzw. die Batteriemodule 4, deren Batterie 41 einen Ladezustand aufweist, der größer oder gleich einem gegebenen entladefähigen Ladezustand ist, entladbare Batteriemodule sind.
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Der Entlademindestspannungspegel ist ein Spannungspegel an den einzelnen Batteriemodulen 4, der hoch genug ist, die Steuereinheit 7 ohne Stromversorgung von der Stromerzeugungseinheit 2 für einen gegebenen Zeitraum aktiv zu halten. Der gegebene Zeitraum ist ein vorhergesagtes Zeitintervall bis zum Beginn des nachfolgenden Ladezyklus und kann basierend auf Ausgaben der Sensoren 9 geändert werden oder alternativ auf einen konstanten Wert festgelegt sein, der im Voraus experimentell erhalten wurde. Gewöhnlich sind die Sonnenscheindauer oder die jährlichen Regen- oder Sonnentage je nach Standort des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 unterschiedlich. Das vorhergesagte Zeitintervall wird daher abhängig von dem Standort des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 geändert. Der Entlademindestspannungspegel kann abhängig von dem Standort des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 geändert werden.
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Wenn in Schritt S2 die Antwort NEIN lautet, was bedeutet, dass keine Batteriemodule 4 vorhanden sind, die eine Spannung größer oder gleich dem Entlademindestspannungspegel aufweisen, dann fährt die Routine mit Schritt S3 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 den ersten Schalter 6 in den ausgeschalteten Zustand versetzt. Die Routine fährt dann mit Schritt S5 fort. Dies vermeidet das übermäßige Entladen der Batteriemodule 4.
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Wenn in Schritt S2 die Antwort hingegen JA lautet, was bedeutet, dass ein oder mehrere Batteriemodule 4 vorhanden sind, die eine Spannung größer oder gleich dem Entlademindestspannungspegel aufweisen, dann fährt die Routine mit Schritt S4 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 den ersten Schalter 6 in den Stromentladung-Einschaltzustand versetzt. Werden die Vorgänge wiederholt und befindet sich der erste Schalter 6 bereits im Stromentladung-Einschaltzustand, dann wird der Stromentladung-Einschaltzustand in Schritt S4 beibehalten.
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Anschließend fährt die Routine mit Schritt S5 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 die Batteriemodulgruppen 4G definiert, die wie vorstehend beschrieben jeweils mindestens eines der Batteriemodule 4 umfassen. Im Speziellen teilt die Steuereinheit 7 die n Batteriemodule 4 in mehrere Batteriemodulgruppen 4G auf, die jeweils mindestens eines der Batteriemodule 4 umfassen.
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Die Routine fährt mit Schritt S6 fort, bei welchem die Steuereinheit 7, wie vorstehend beschrieben, bestimmt, dass eine der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige unter den Batteriemodulgruppen 4G mit der größten durchschnittlichen Spannung ist, die erste Batteriemodulgruppe 4G1 ist. Die Steuereinheit 7 bestimmt außerdem, dass eine andere der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige unter den Batteriemodulgruppen 4G mit der zweithöchsten durchschnittlichen Spannung ist, die zweite Batteriemodulgruppe 4G2 ist.
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Die Routine fährt mit Schritt S7 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 den zweiten Schalter 42 und den dritten Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 einschaltet. Dies veranlasst, dass die erste Batteriemodulgruppe 4G1 mit dem Entladen ihrer elektrischen Energie beginnt.
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Die Routine fährt mit Schritt S8 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 aller Batteriemodule 4 der anderen Batteriemodulgruppen 4G als der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 ausschaltet. Dies veranlasst, dass nur die erste Batteriemodulgruppe 4G1, welche die größte durchschnittliche Spannung aufweist, ihre elektrische Energie entlädt, bzw. anders ausgedrückt, dies hindert die anderen Batteriemodulgruppen 4G am Entladen.
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Die Routine fährt dann mit Schritt S9 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 bestimmt, ob der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 höher als ein Entlademindestdurchschnittsspannungspegel ist.
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Der Entlademindestdurchschnittsspannungspegel ist, analog zu dem Entlademindestspannungspegel, ein Spannungspegel an den einzelnen Batteriemodulen 4 und er ist hoch genug, um die Steuereinheit 7 ohne Stromversorgung von der Stromerzeugungseinheit 2 für einen gegebenen Zeitraum aktiv zu halten. Der gegebene Zeitraum ist ein vorhergesagtes Zeitintervall bis zum Beginn des nachfolgenden Ladezyklus.
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Es ist ratsam, dass ein Entlademindestdurchschnittsspannungspegel als Spannungsschwelle festgelegt wird, der höher als der Entlademindestspannungspegel ist. Dies liegt daran, dass sich, wenn Batteriemodule 4 mit unterschiedlichen Spannungspegeln miteinander verbunden werden, die Spannungspegel zwar im Laufe der Zeit ausgleichen, es jedoch lange braucht, die Spannungspegel auszugleichen, wenn die Verbindungszeit, während derer die Batteriemodule 4 miteinander verbunden sind, kurz ist oder die Anzahl der Batteriemodule 4, die die Batteriemodulgruppe 4G bilden, groß ist. Um zu verhindern, dass Batteriemodule 4 der Batteriemodulgruppe 4G innerhalb der vorstehenden Zeit aufgrund von Spannungswerten der entsprechenden Batteriemodule 4 eine Spannung entwickeln, die geringer als der Entlademindestspannungspegel ist, wird der Entlademindestdurchschnittsspannungspegel vorzugsweise höher festgelegt als der Entlademindestspannungspegel. Dies verhindert, dass das Batteriemodul 4 mit dem niedrigsten Spannungspegel der Batteriemodulgruppen 4G übermäßig entladen wird.
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Die Vorgänge in Schritt S6 und S9 dienen dazu, den Unterschied des Ausmaßes der Degradation der Batteriemodule 4 zu minimieren, der sich aus einem Unterschied der Benutzungshäufigkeit der Batteriemodule 4 ergibt, die eine der Batteriemodulgruppen 4G bilden.
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Wenn in Schritt S9 die Antwort NEIN lautet, was bedeutet, dass der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 niedriger oder gleich dem Entlademindestdurchschnittsspannungspegel ist, dann endet die Routine.
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Wenn in Schritt S9 die Antwort hingegen JA lautet, was bedeutet, dass der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 höher als der Entlademindestdurchschnittsspannungspegel ist, dann fährt die Routine mit Schritt S10 fort, bei welchem die Steuereinheit 7 bestimmt, ob ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelt wird, größer als der gegebene Wert Vth ist.
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Der gegebene Wert Vth ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einen positiven Wert festgelegt. Dadurch kann die Steuereinheit 7 in Schritt S10 bestimmen, ob der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 niedriger als der zweite Durchschnittsspannungspegel BMV2 ist und ob der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel BMV1 und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 größer als der gegebene Wert Vth ist.
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Wenn in Schritt S10 die Antwort NEIN lautet, was bedeutet, dass der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelte Wert kleiner oder gleich dem gegebenen Wert Vth ist, dann kehrt die Routine zu Schritt S9 zurück.
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Wenn in Schritt S10 die Antwort hingegen JA lautet, was bedeutet, dass der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelte Wert größer als der gegebene Wert Vth ist, dann endet die Routine.
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Dementsprechend werden in einem nachfolgenden Zyklus der Lade-/Entlade-Steuerung der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 eingeschaltet, während der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 jedes Batteriemoduls 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 ausgeschaltet werden. Dies ist so, weil in dem nachfolgenden Zyklus der Lade-/Entlade-Steuerung die im vorherigen Zyklus zweite Batteriemodulgruppe 4G2 als eine der Batteriemodulgruppen 4G mit der höchsten durchschnittlichen Spannung unter den Batteriemodulgruppen 4G (d. h. als erste Batteriemodulgruppe 4G1) behandelt werden soll.
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Wenn ein Zeitintervall von dem Beginn des Ladens in Schritt S7 bis zu dem Zeitpunkt, zu dem in Schritt S10 bestimmt wird, dass der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelte Wert größer als der gegebene Wert Vth ist, kürzer als ein gegebener Zeitraum ist, kann die Steuereinheit 7 bestimmen, dass mindestens eine der Batterien 41 der Batteriemodule 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 gealtert ist. Dies liegt daran, dass das Altern der Batterien 41 dazu führt, dass die Geschwindigkeit, mit der ihre Spannung fällt, zunimmt (d. h., der Abfall der Spannung pro Zeiteinheit nimmt zu). Als gegebener Zeitraum ist die Untergrenze eines Bereichs von Zeiten festgelegt, während derer es möglich ist, zu diagnostizieren, dass die Batterien 41 noch nicht gealtert sind, welche im Voraus experimentell erhalten und in dem ROM der Steuereinheit 7 gespeichert wird.
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Wenn auf die vorstehende Weise bestimmt wird, dass die Batterie 41 gealtert ist, und der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 kleiner oder gleich dem Entlademindestdurchschnittsspannungspegel ist, hindert die Steuereinheit 7 anschließend die erste Batteriemodulgruppe 4G1 am Laden und Entladen, um eine Fehlfunktion oder ein Überhitzen der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 zu vermeiden.
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Wenn in Schritt S6 bestimmt wird, dass zwei oder mehr Batteriemodulgruppen 4G vorhanden sind, die jeweils die höchste durchschnittliche Spannung aufweisen, wählt die Steuereinheit 7 in aufsteigender Reihenfolge nach Gesamtanzahl von Entladungen aller Batteriemodule 4 der jeweiligen Batteriemodulgruppe 4G zwei der Batteriemodulgruppen 4G als erste Batteriemodulgruppe 4G1 und zweite Batteriemodulgruppe 4G2 aus. Das heißt, in einem derartigen Fall wird eine der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige mit der kleinsten Gesamtanzahl ist, als erste Batteriemodulgruppe 4G1 mit der höchsten durchschnittlichen Spannung behandelt und eine andere der Batteriemodulgruppen 4G, welche diejenige mit der zweitkleinsten Gesamtanzahl ist, wird als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 mit der zweithöchsten durchschnittlichen Spannung behandelt. Die Gesamtanzahl ist die Summe der Anzahl von Entladungen aller Batteriemodule 4 einer Batteriemodulgruppe 4G.
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Im Speziellen erhöht die Steuereinheit 7 bei jedem der Batteriemodule 4 die vorstehende Anzahl von Entladungen um eins, wenn die aus dessen Batterie 41 entladene Gesamtmenge elektrischer Energie 100 % erreicht, was einer vollen Kapazität der Batterie 41 äquivalent ist.
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Wenn zum Beispiel das Batteriemodul 4 (im Folgenden als erstes Batteriemodul 4 bezeichnet), dessen Ladezustand, wie in 4(a) aufgezeigt, anfänglich 100 % beträgt, derart entladen wird, dass sein Ladezustand auf 40 % fällt, wie in 4(b) veranschaulicht ist, beträgt die entladene Menge elektrischer Energie diesmal 60 %.
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Wenn das erste Batteriemodul 4, wie in 4(c) aufgezeigt, bis auf einen Ladezustand von 80 % aufgeladen wird und sein Ladezustand dann auf 40 % fällt, beträgt die entladene Menge elektrische Energie diesmal 40 %. Dementsprechend wird die aus dem ersten Batteriemodul 4 entladene Gesamtmenge elektrischer Energie 60 % plus 40 % (= 100 %), was der vollen Kapazität der Batterie 41 des entsprechenden Batteriemoduls 4 (des ersten Batteriemoduls 4) äquivalent ist. Die Steuereinheit 7 erhöht dann die Anzahl von Entladungen der Batterie 41 des ersten Batteriemoduls 4 um eins. Jedes Mal, wenn eine derartige Entladung wiederholt wird, erhöht die Steuereinheit 7 die entsprechende Anzahl von Entladungen auf diese Weise. In 4 gibt „Ladezustand“ die gespeicherte Energiemenge in Prozent (%) an.
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Die Steuereinheit 7 kann eine entladene Energiemenge der Batterie 41 unter Verwendung einer wie in 5 veranschaulichten Zuordnungsfunktion schätzen, die eine Korrelation zwischen einer Entladekapazität der Batterie 41, der Temperatur der Batterie 41 und dem Spannungspegel an der Batterie 41 darstellt. Die Zuordnungsfunktion in 5 wird im Voraus experimentell ermittelt und in dem ROM der Steuereinheit 7 gespeichert.
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Als Nächstes wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6 ein Beispiel für den Betrieb des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Einfachheit halber zeigt 6 die Batteriemodule 4a, 4b und 4n.
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In dem in 6 veranschaulichten Beispiel bildet jedes der Batteriemodule 4a, 4b und 4n eine Batteriemodulgruppe 4G. Anders ausgedrückt sind die Batteriemodule 4a, 4b und 4n in drei Batteriemodulgruppen 4G aufgeteilt, wobei jede der Batteriemodulgruppen 4G nur eines der Batteriemodule 4a, 4b und 4n umfasst.
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Zur Zeit t0 liegt keine Anforderung der Aktivierung der elektrischen Last 3 vor. Der erste Schalter 6 befindet sich daher im ausgeschalteten Zustand. In diesem Fall ist aus den Batteriemodulen 4a, 4b und 4n das Batteriemodul 4a als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert, was auf die höchste durchschnittliche Spannung hindeutet, und das Batteriemodul 4b ist als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 definiert, was auf die zweithöchste durchschnittliche Spannung hindeutet.
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Der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 des Batteriemoduls 4a sind daher eingeschaltet. Die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 der anderen Batteriemodule 4 als dem Batteriemodul 4a sind ausgeschaltet. Zur Zeit t0 wird das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 somit nur von dem Batteriemodul 4a mit Strom versorgt.
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Anschließend, zur Zeit t1, zu der ein Wert, der durch Subtrahieren des Spannungspegels am Batteriemodul 4a von demjenigen am Batteriemodul 4b ermittelt wird, das heißt ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelt wird, größer als der gegebene Wert Vth wird, aktualisiert die Steuereinheit 7 die zur Zeit t0 definierten ersten und zweiten Batteriemodulgruppen 4G1 und 4G2.
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Im Speziellen wird zur Zeit t1 das Batteriemodul 4b neu als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert. Das Batteriemodul 4n wird neu als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 definiert. Der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 des Batteriemoduls 4b, das neu als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert ist, werden daher eingeschaltet. Die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 der anderen Batteriemodule 4 als dem Batteriemodul 4b werden bzw. bleiben ausgeschaltet.
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Zur Zeit t2, zu der ein Wert, der durch Subtrahieren des Spannungspegels am Batteriemodul 4b von demjenigen am Batteriemodul 4n ermittelt wird, das heißt ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelt wird, größer als der gegebene Wert Vth wird, aktualisiert die Steuereinheit 7 die zur Zeit t1 definierten ersten und zweiten Batteriemodulgruppen 4G1 und 4G2 erneut.
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Im Speziellen wird zur Zeit t2 das Batteriemodul 4n neu als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert. Das Batteriemodul 4a wird neu als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 definiert. Der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 des Batteriemoduls 4n, das neu als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert ist, werden daher eingeschaltet. Die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 der anderen Batteriemodule 4 als dem Batteriemodul 4n werden bzw. bleiben ausgeschaltet.
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Später, zur Zeit t3, zu der die Aktivierung der elektrischen Last 3 angefordert wird, wird der erste Schalter 6 in den Stromentladung-Einschaltzustand versetzt, da Batteriemodule 4 vorhanden sind, deren Spannungspegel höher oder gleich einem Entlademindestspannungspegel sind. Das Batteriemodul 4n bleibt unverändert die erste Batteriemodulgruppe 4G1 und dient somit dazu, der elektrischen Last 3 elektrische Energie zu liefern.
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Die Anforderung der Aktivierung der elektrischen Last 3 dauert bis zur Zeit t4 an. Die erste Batteriemodulgruppe 4G1 wird daher zyklisch in der vorstehenden Weise aktualisiert, um mit dem Entladen der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 fortzufahren, bis die Spannungspegel an allen Batteriemodulen 4 unter dem Entlademindestspannungspegel liegen.
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Zur Zeit t4, zu der die Spannungspegel an allen Batteriemodulen 4 unter dem Entlademindestspannungspegel liegen, schaltet die Steuereinheit 7 den ersten Schalter 6 ungeachtet davon aus, ob eine Anforderung der Aktivierung der elektrischen Last 3 vorliegt. Dies veranlasst außerdem, dass die elektrische Last 3 ausgeschaltet wird. Zu dieser Zeit ist das Batteriemodul 4b die erste Batteriemodulgruppe 4G1, und das Batteriemodul 4n ist die zweite Batteriemodulgruppe 4G2.
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Später, zur Zeit t5, zu der ein Wert, der durch Subtrahieren des Spannungspegels an dem Batteriemodul 4b von demjenigen am Batteriemodul 4n ermittelt wird, größer wird als der gegebene Wert Vth, aktualisiert die Steuereinheit 7 die erste Batteriemodulgruppe 4G1 und die zweite Batteriemodulgruppe 4G2 erneut.
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Im Speziellen wird zur Zeit t5 das Batteriemodul 4n neu als erste Batteriemodulgruppe 4G1 definiert. Das Batteriemodul 4a wird neu als zweite Batteriemodulgruppe 4G2 definiert. Der zweite Schalter 42 und der dritte Schalter 8 des Batteriemoduls 4n werden daher eingeschaltet. Die zweiten Schalter 42 und die dritten Schalter 8 für die anderen Batteriemodule 4 als dem Batteriemodul 4n werden bzw. bleiben ausgeschaltet.
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Danach und bis zur Zeit t6 wird die erste Batteriemodulgruppe 4G1 in der vorstehenden Weise basierend auf einem Vergleich eines durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelten Werts mit dem gegebenen Wert Vth zyklisch aktualisiert.
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Später, zur Zeit t6, zu der die von der Stromerzeugungseinheit 2 erzeugte Spannung auf einen ladefähigen Spannungspegel (Lademindestspannungspegel) ansteigt, bei dem die Batteriemodule 4 geladen werden können, versetzt die Steuereinheit 7 den ersten Schalter 6 in den Stromerzeugung-Einschaltzustand und schaltet die zweiten Schalter 42 und dritten Schalter 8 der Batteriemodule 4b und 4n, welche einen niedrigen Spannungspegel aufweisen, ein. Dadurch beginnt das Laden der Batteriemodule 4b und 4n.
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Später, zur Zeit t7, zu der die Spannungspegel an den Batteriemodulen 4b und 4n gleich demjenigen am Batteriemodul 4a werden, schaltet die Steuereinheit 7 den zweiten Schalter 42 und den dritten Schalter 8 des Batteriemoduls 4a ein, wodurch auch das Laden des Batteriemoduls 4a beginnt.
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Wie aus der vorstehenden Erörterung ersichtlich ist, bewirkt das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 unter der Voraussetzung, dass der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 an der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 niedriger als der zweite Durchschnittsspannungspegel BMV2 an der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 ist und der Unterschied zwischen dem ersten Durchschnittsspannungspegel BMV1 und dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 größer als der gegebene Wert Vth ist, dass die zweiten Schalter 42 und dritten Schalter 8 der Batteriemodule 4 der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 eingeschaltet werden sowie die zweiten Schalter 42 und dritten Schalter 8 der Batteriemodule 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 ausgeschaltet werden.
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Bei dem vorstehenden Betrieb beginnt das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 zunächst mit dem Entladen der ersten Batteriemodulgruppe 4G1, welche unter den Batteriemodulgruppen 4G die höchste durchschnittliche Spannung aufweist, und wechselt dann eine der Batteriemodulgruppen 4G, welche anschließend entladen werden soll, von der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 zur zweiten Batteriemodulgruppe 4G2, wenn der erste Durchschnittsspannungspegel BMV1 um den gegebenen Wert Vth unter den Pegel an der zweiten Batteriemodulgruppe 4G2 fällt, welche die zweithöchste durchschnittliche Spannung aufweist.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 dient daher dazu, einen Spannungsunterschied zwischen den zu entladenden Batteriemodulgruppen 4G zu minimieren und einen großen elektrischen Strom zwischen diesen zu vermeiden, wodurch ein Ungleichgewicht der Nutzungshäufigkeit unter den Batteriemodulgruppen 4G beseitigt wird. Dies minimiert ein Ungleichgewicht der Nutzungshäufigkeit unter den Batteriemodulen und verringert ein Ungleichgewicht im Ausmaß der Degradation unter den Batteriemodulen 4.
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Wenn die elektrische Last 3 dazu ausgelegt ist, unter Verwendung einer hohen Leistung betrieben zu werden, kann das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 elektrische Energie unter Verwendung von zwei oder mehr der Batteriemodule 4 liefern. Beim Betreiben der elektrischen Last 3 unter Verwendung von Batteriemodulgruppen 4G, die jeweils zwei oder mehr Batteriemodule 4 umfassen, kann das Lade-/Entlade-Regelsystem 1, selbst wenn ein Teil der Batteriemodule 4 der Batteriemodulgruppe 4G fehlerbedingt keine Energie ausgibt, die elektrische Last 3 mit Energie aus den verbleibenden Batteriemodulen 4 zu versorgen, was zu einer längeren Lebensdauer des Lade-/Entlade-Regelsystems 1 führt.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 ist mit den Batteriemodulgruppen 4G versehen, in welche die Batteriemodule 4 in absteigender Reihenfolge nach Spannung an den Batterien 41 aufgeteilt sind. Jede Batteriemodulgruppe 4G ist dazu eingerichtet, keine zwei oder mehr Batteriemodule 4 zu umfassen, deren Spannungspegel an den Batterien 41 sich um mehr als den gegebenen Wert Δth unterscheiden, wobei jede Batteriemodulgruppe 4G mindestens ein Batteriemodul 4 umfasst.
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Die vorstehende Einordnung der Batteriemodulgruppen 4G in dem Lade-/Entlade-Regelsystem 1 verhindert daher, dass ein großer Spannungspegelunterschied zwischen den Batteriemodulen 4 der einzelnen Batteriemodulgruppen 4G auftritt, und verhindert dadurch eine Fehlfunktion der in dem Lade-/Entlade-Regelsystem 1 eingebauten Schaltung aufgrund eines hohen elektrischen Stroms zwischen den Batteriemodulen 4.
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Wenn ein Zeitintervall vom Beginn des Entladens der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 bis bestimmt wird, dass ein durch Subtrahieren des ersten Durchschnittsspannungspegels BMV1 von dem zweiten Durchschnittsspannungspegel BMV2 ermittelter Wert größer als der gegebene Wert Vth ist, kürzer als ein gegebener Zeitraum ist, hindert das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 die erste Batteriemodulgruppe 4G1 am Laden und Entladen.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 kann daher die Degradation der Batteriemodule 4 selbst dann diagnostizieren, wenn die Batterieverwaltungseinrichtung 43 nicht kontinuierlich betrieben wird und daher beim Berechnen des Ladezustands der Batterie 42 unter Verwendung einer Gesamtmenge von auf- oder entladenem elektrischem Strom ein Fehler auftritt.
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Wenn bestimmt wurde, dass mindestens eine der Batterien 41 der Batteriemodule 4 der ersten Batteriemodulgruppe 4G1 unerwünscht stark degradiert ist, hindert das Lade-/Entlade-Regelsystem 1, wie vorstehend beschrieben, die erste Batteriemodulgruppe 4G1 am Laden und Entladen, wodurch verhindert wird, dass die Batteriemodule 4 aufgrund von übermäßigem Laden oder übermäßigem Entladen überhitzen oder ausfallen.
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Wenn bestimmt wird, dass zwei oder mehr Batteriemodulgruppen 4G vorhanden sind, die jeweils die höchste durchschnittliche Spannung aufweisen, wählt das Lade-/Entlade-Regelsystem 1, wie vorstehend beschrieben, in aufsteigender Reihenfolge nach Gesamtanzahl von Entladungen aller Batteriemodule 4 davon zwei dieser Batteriemodulgruppen 4G als erste Batteriemodulgruppe 4G1 und zweite Batteriemodulgruppe 4G2 aus. Für jede der Batterien 41 jedes der Batteriemodule 4 erhöht das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 die vorstehende Anzahl von Entladungen um eins, wenn die entladene Gesamtmenge elektrischer Energie 100 % erreicht, was der vollen Kapazität der entsprechenden Batterie 41 äquivalent ist,
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Anders ausgedrückt bewirkt das Lade-/Entlade-Regelsystem 1, dass, wenn Batteriemodulgruppen 4G mit identischem Durchschnittsspannungspegel vorhanden sind, zuerst diejenige dieser Batteriemodulgruppen 4G mit geringerer Entladehäufigkeit entladen wird. Dies verringert ein Ungleichgewicht im Ausmaß der Degradation unter den Batteriemodulgruppen 4G, das sich aus ihrer Nutzungshäufigkeit ergibt, wodurch die Austauschhäufigkeit der Batteriemodule 4 der Batteriemodulgruppen 4G verringert wird.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 berechnet eine tatsächliche Entlademenge jeder der Batterien 41 unter Verwendung der Zuordnungsfunktion, wie in 5 veranschaulicht, die eine Korrelation zwischen der Entladekapazität der Batterie 41, der Temperatur der Batterie 41 und der Spannung an der Batterie 41 darstellt. Dies erleichtert das Ermitteln der Entladekapazität unter Verwendung der Temperatur und des Spannungspegels.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1, wie vorstehend beschrieben, weist die Stromerzeugungseinheit 2 auf, welche bewirkt, dass Elektrizität unter Verwendung von erneuerbarer Energie erzeugt wird. Dies ermöglicht, dass das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 unabhängig im Freien aufgebaut sein kann.
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Das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 ist für die elektrische Last 3 konzipiert, die beispielsweise eine Lichtquelle ist, wodurch ermöglicht wird, dass das Lade-/Entlade-Regelsystem 1 unabhängig im Freien für Leuchten oder elektronische Mitteilungstafeln verwendet werden kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde zwar anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels offenbart, um ein besseres Verständnis zu erleichtern, es versteht sich jedoch, dass die Erfindung auf verschiedene Wege ausgeführt werden kann, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen. Daher soll die Erfindung derart aufgefasst werden, dass sie alle möglichen Äquivalente oder Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst, die ausgeführt werden können, ohne von dem in den beigefügten Ansprüchen dargelegten Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lade-/Entlade-Regelsystem
- 2
- Stromerzeugungseinheit
- 3
- Elektrische Last
- 4
- Batteriemodul
- 4G
- Batteriemodulgruppe
- 4G1
- erste Batteriemodulgruppe
- 4G2
- zweite Batteriemodulgruppe
- 5
- erster Verbindungspfad
- 6
- erster Schalter
- 7
- Steuereinheit
- 8
- dritter Schalter
- 9
- Sensoren
- 41
- Batterie
- 42
- zweiter Schalter
- 43
- Batterieverwaltungseinrichtung
- BMV1
- erster Durchschnittsspannungspegel
- BMV2
- zweiter Durchschnittsspannungspegel
- Vth
- gegebener Wert (erster gegebener Wert)
- Δth
- gegebener Wert (zweiter gegebener Wert)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2019208309 A [0002, 0003, 0004]
