DE102021209534A1 - Elektrischer Energiespeicher, Gleichspannungswandler, elektrisches Energiespeichersystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems - Google Patents

Elektrischer Energiespeicher, Gleichspannungswandler, elektrisches Energiespeichersystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems Download PDF

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Johannes Maximilian Nipper
Johannes Swoboda
Venkatrao Desai
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Joerg Schneider
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Abstract

Elektrischer Energiespeicher (10) aufweisend eine Energiespeichersteuerung (11), zumindest einen ersten Energiespeicheranschluss (17) zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen Gleichspannungswandler (20) und zumindest ein elektrisches Energiespeichermodul (12),wobei das elektrische Energiespeichermodul (12) mit dem ersten Energiespeicheranschluss (17) zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen Gleichspannungswandler (20) elektrisch leitend verbunden ist,wobei die Energiespeichersteuerung (11) einen ersten Signalanschluss (18) zur signalleitenden Verbindung mit dem Gleichspannungswandler (20) aufweist,wobei die Energiespeichersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Steuerbefehl mittels des ersten Signalanschlusses (18) zu senden.

Description

  • Feld der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Energiespeicher, einen Gleichspannungswandler, ein elektrisches Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems.
  • Stand der Technik
  • Die JP 2016-208570 A offenbart ein Batteriesystem, eine Leistungsquelleinheit und ein Steuerverfahren für das Batteriesystem.
  • Die US 2016/0064919 A1 zeigt eine Sicherheitsschaltung.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher aufweisend eine Energiespeichersteuerung, zumindest einen ersten Energiespeicheranschluss zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen Gleichspannungswandler und zumindest ein elektrisches Energiespeichermodul, besteht darin, dass das elektrische Energiespeichermodul mit dem ersten Energiespeicheranschluss elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Energiespeichersteuerung einen ersten Signalanschluss zur signalleitenden Verbindung mit dem Gleichspannungswandler aufweist, wobei die Energiespeichersteuerung eingerichtet ist, einen Steuerbefehl mittels des ersten Signalanschlusses zu senden.
  • Hintergrund der Erfindung ist, dass bei dem elektrischen Energiespeicher eine Schalteinheit zwischen dem elektrischen Energiespeichermodul und dem ersten Energiespeicheranschluss eingespart werden kann. Dadurch ist die Anzahl der Bauteile reduzierbar. Von Vorteil ist dabei auch, dass eine Schalteinheit weniger überwacht werden muss, so dass das Ausfallrisiko des elektrischen Energiespeichers reduzierbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das elektrische Energiespeichermodul mit dem ersten elektrischen Energiespeicheranschluss unmittelbar elektrisch leitend verbunden. Somit ist der Verschaltungsaufwand für den elektrischen Energiespeicher reduzierbar.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Energiespeichersteuerung eingerichtet ist, einen Steuerbefehl für den Gleichspannungswandler mittels des ersten Signalanschlusses zu senden. Dadurch ist der Gleichspannungswandler beziehungsweise zumindest eine Komponente, beispielsweise eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit, des Gleichspannungswandlers von der Energiespeichersteuerung steuerbar.
  • Vorteilhafterweise weist der elektrische Energiespeicher zumindest einen Sensor auf, wobei die Energiespeichersteuerung eingerichtet ist, einen Messwert des Sensors zu empfangen und auszuwerten und basierend auf dieser Auswertung den Steuerbefehl zu senden. Somit ist ein sicherheitskritischer Zustand mittels des Sensors detektierbar und von der Energiespeichersteuerung in Reaktion auf den sicherheitskritischen Zustand der Steuerbefehl sendbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der elektrische Energiespeicher einen zweiten Energiespeicheranschluss auf, wobei der zweite Energiespeicheranschluss mit dem elektrischen Energiespeichermodul elektrisch leitend verbindbar ist, wobei zwischen dem zweiten Energiespeicheranschluss und dem elektrischen Energiespeichermodul eine erste Energiespeicherschalteinheit angeordnet ist. Mittels des zweiten Energiespeicheranschlusses ist das elektrische Energiespeichermodul elektrisch leitend mit einem elektrischen Verbraucher, beispielsweise einem Boardnetz eines Fahrzeugs, verbindbar. Dabei ist die erste Energiespeicherschalteinheit eingerichtet, diese elektrisch leitende Verbindung zu trennen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Energiespeicheranschluss mit dem ersten Energiespeicheranschluss elektrisch leitend verbindbar, wobei zwischen dem zweiten Energiespeicheranschluss und dem ersten Energiespeicheranschluss eine zweite Energiespeicherschalteinheit angeordnet ist. Somit ist ein elektrischer Verbraucher über diese Verbindung aus dem Gleichspannungswandler speisbar, insbesondere unmittelbar speisbar. Es ist also nicht erforderlich, zuerst das elektrische Energiespeichermodul zu laden und den elektrischen Verbraucher aus dem elektrischen Energiespeichermodul zu speisen.
  • Der Kern der Erfindung bei dem Gleichspannungswandler aufweisend eine Gleichspannungswandlersteuerung, einen ersten Gleichspannungswandleranschluss zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen elektrischen Energiespeicher, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit und eine Gleichspannungswandlereinheit, besteht darin, dass die Gleichspannungswandlereinheit mit dem ersten Gleichspannungswandleranschluss elektrisch leitend verbindbar ist, wobei zwischen der Gleichspannungswandlereinheit und dem ersten Gleichspannungswandleranschluss die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit angeordnet ist, wobei die Gleichspannungswandlersteuerung einen zweiten Signalanschluss zur signalleitenden Verbindung mit dem elektrischen Energiespeicher aufweist, wobei die Gleichspannungswandlersteuerung eingerichtet ist, einen Steuerbefehl mittels des zweiten Signalanschlusses zu empfangen und an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit weiterzuleiten.
  • Hintergrund der Erfindung ist, dass die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit sowohl zum Schutz des Gleichspannungswandlers als auch zum Schutz des elektrischen Energiespeichers verwendbar ist. Dadurch ist die Komplexität reduzierbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Gleichspannungswandlersteuerung eingerichtet, einen Steuerbefehl des elektrischen Energiespeichers mittels des zweiten Signalanschlusses zu empfangen und an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit weiterzuleiten. Dadurch ist die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit von dem elektrischen Energiespeicher ansteuerbar.
  • Von Vorteil ist es dabei, wenn die Gleichspannungswandlersteuerung eingerichtet ist, den Steuerbefehl zu empfangen und unmittelbar an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit weiterzuleiten. Somit ist eine schnelle Reaktion der ersten Gleichspannungswandlerschalteinheit auf den kritischen Zustand des elektrischen Energiespeichers ermöglicht.
  • Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem besteht darin, dass das elektrische Energiespeichersystem einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche und einen Gleichspannungswandler wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den Gleichspannungswandler bezogenen Ansprüche aufweist.
  • Hintergrund der Erfindung ist, dass die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit sowohl zum Schutz des Gleichspannungswandlers als auch zum Schutz des elektrischen Energiespeichers verwendbar ist. Dadurch ist die Komplexität reduzierbar. Dabei kann bei dem elektrischen Energiespeicher eine Schalteinheit zwischen dem elektrischen Energiespeichermodul und dem ersten Energiespeicheranschluss eingespart werden. Dadurch ist die Anzahl der Bauteile reduzierbar. Von Vorteil ist dabei auch, dass eine Schalteinheit weniger überwacht werden muss, so dass das Ausfallrisiko des elektrischen Energiespeichersystems reduzierbar ist.
  • Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems aufweisend zumindest einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche, und einen Gleichspannungswandler, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den Gleichspannungswandler bezogenen Ansprüche, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, besteht darin, dass das Verfahren die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte aufweist: wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Messwert eines Sensors des elektrischen Energiespeichers erfasst und ausgewertet wird, wobei einem zweiten Verfahrensschritt ein kritischer Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers erkannt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt ein Steuerbefehl von dem elektrischen Energiespeicher an den Gleichspannungswandler gesendet wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt der Steuerbefehl von dem Gleichspannungswandler ausgeführt wird und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem elektrischen Energiespeicher unterbrochen wird.
  • Hintergrund der Erfindung ist, dass bei dem elektrischen Energiespeicher eine Schalteinheit zwischen dem elektrischen Energiespeichermodul und dem ersten Energiespeicheranschluss eingespart werden kann ohne dass die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems reduziert wird. Dadurch ist die Anzahl der Bauteile reduzierbar. Von Vorteil ist dabei auch, dass eine Schalteinheit weniger überwacht werden muss, so dass das Ausfallrisiko reduzierbar ist.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird im dritten Verfahrensschritt der Steuerbefehl von einer Energiespeichersteuerung an eine Gleichspannungswandlersteuerung gesendet und von der Gleichspannungswandlersteuerung, insbesondere unmittelbar, an zumindest eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit weitergeleitet, insbesondere wobei der Steuerbefehl die Anweisung enthält, zumindest die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit zu öffnen. Dadurch kann die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit als Reaktion auf den kritischen Betriebszustand beziehungsweise auf den Steuerbefehl in kurzer Zeit geöffnet werden.
  • Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in einem fünften Verfahrensschritt der elektrische Energiespeicher in einen sicheren Zustand überführt und das Verfahren beendet wird.
  • Vorteilhafterweise wird dabei der elektrische Energiespeicher mittels einer ersten Energiespeicherschalteinheit und/oder einer zweiten Energiespeicherschalteinheit von einem zweiten Energiespeicheranschluss getrennt.
  • Außerdem ist es von Vorteil, wenn in einem sechsten Verfahrensschritt nach dem vierten Verfahrensschritt erkannt wird, dass der elektrische Energiespeicher aus dem kritischen Betriebszustand wieder in einen Normalbetriebszustand zurückgekehrt ist, woraufhin der elektrische Energiespeicher einen weiteren Steuerbefehl an den Gleichspannungswandler sendet und die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Gleichspannungswandler geschlossen wird, wobei anschließend das Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt fortgesetzt wird. Dadurch kann der elektrische Energiespeicher bei einem kurzzeitigen kritischen Zustand, insbesondere normal, weiter betrieben werden, so dass die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichers verbessert ist.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
  • Figurenliste
  • Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.
  • Es zeigen:
    • 1 ein elektrisches Energiespeichersystem 1 in schematischer Darstellung und
    • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems 1.
  • In 1 ist das elektrische Energiespeichersystem 1 dargestellt. Das elektrische Energiespeichersystem 1 weist einen elektrischen Energiespeicher 10 und einen Gleichspannungswandler 20 auf.
  • Der elektrische Energiespeicher 10 weist zumindest ein elektrisches Energiespeichermodul 12, eine Energiespeichersteuerung 11, einen ersten Energiespeicheranschluss 17, einen zweiten Energiespeicheranschluss 16, eine erste Energiespeicherschalteinheit 14 und eine zweite Energiespeicherschalteinheit 15 auf.
  • Das elektrische Energiespeichermodul 12 weist zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle und zumindest einen Sensor 13 auf. Der Sensor 13 ist beispielsweise als Stromsensor oder Spannungssensor oder Temperatursensor ausgeführt. Es kann jeweils ein Sensor 13 an oder in jeder elektrischen Energiespeicherzelle angeordnet sein, um Betriebsparameter jeder einzelnen elektrischen Energiespeicherzelle zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Sensor 13 an oder in einem Gehäuse des elektrischen Energiespeichermoduls 12 angeordnet sein, um einen gemeinsamen Betriebsparameter mehrerer elektrischer Energiespeicherzellen zu erfassen. Der jeweilige Sensor 13 ist signalleitend mit der Energiespeichersteuerung 11 verbunden. Die Energiespeichersteuerung 11 ist eingerichtet, einen Sensorwert des Sensors 13 auszulesen und auszuwerten.
  • Unter einer signalleitenden Verbindung wird hierbei sowohl eine kabelgebundene Verbindung als auch eine kabellose Verbindung verstanden.
  • Das elektrische Energiespeichermodul 12 ist elektrisch leitend, vorzugsweise unmittelbar, mit dem ersten Energiespeicheranschluss 17 des elektrischen Energiespeichers 10 verbunden. Der erste Energiespeicheranschluss 17 ist mit einem ersten Gleichspannungswandleranschluss 27 des Gleichspannungswandlers 20 elektrisch leitend verbindbar.
  • Das elektrische Energiespeichermodul 12 ist mittels der ersten Energiespeicherschalteinheit 14 elektrisch leitend mit dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 verbindbar. Dazu ist die erste Energiespeicherschalteinheit 14 in einer Reihenschaltung aus dem elektrischen Energiespeichermodul 12, der ersten Energiespeicherschalteinheit 14 und dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 zwischen dem elektrischen Energiespeichermodul 12 und dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 angeordnet.
  • Mittels des zweiten Energiespeicheranschlusses 16 ist der elektrische Energiespeicher 10 mit einem aus dem elektrischen Energiespeicher 10 gespeisten elektrischen Verbraucher verbindbar, insbesondere mit einem Boardnetz eines Fahrzeuges.
  • Vorzugweise weist die erste Energiespeicherschalteinheit 14 zumindest einen Halbleiterschalter auf, insbesondere mindestens zwei Halbleiterschalter, die paarweise antiseriell angeordnet sind. Die erste Energiespeicherschalteinheit 14 ist signalleitend mit der Energiespeichersteuerung 11 verbunden. Die Energiespeichersteuerung 11 ist eingerichtet, die erste Energiespeicherschalteinheit 14 anzusteuern. Vorzugsweise weist die erste Energiespeicherschalteinheit 14 einen Sensor, beispielsweise einen Temperatursensor oder einen Stromsensor auf, wobei die Energiespeichersteuerung 11 eingerichtet ist, ein Sensorsignal dieses Sensors auszulesen und auszuwerten.
  • Der erste Energiespeicheranschluss 17 ist mittels der zweiten Energiespeicherschalteinheit 15 mit dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 elektrisch leitend verbindbar, so dass ein elektrischer Verbraucher unmittelbar aus dem Gleichspannungswandler 20 speisbar ist. Die zweite Energiespeicherschalteinheit 15 ist in einer Reihenschaltung aus dem ersten Energiespeicheranschluss 17, der zweiten Energiespeicherschalteinheit 15 und dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 zwischen dem ersten Energiespeicheranschluss 17 und dem zweiten Energiespeicheranschluss 16 angeordnet. Die zweite Energiespeicherschalteinheit 15 ist signalleitend mit der Energiespeichersteuerung 11 verbunden. Die Energiespeichersteuerung 11 ist eingerichtet, die zweite Energiespeicherschalteinheit 15 anzusteuern.
  • Vorzugsweise weist die zweite Energiespeicherschalteinheit 15 zumindest einen Halbleiterschalter und/oder einen Sensor, insbesondere einen Stromsensor oder einen Temperatursensor, auf. Die Energiespeichersteuerung 11 ist eingerichtet, einen Sensorwert dieses Sensors auszulesen und auszuwerten.
  • Die Energiespeichersteuerung 11 weist einen ersten Signalanschluss 18 auf zur signalleitenden Verbindung mit einer Gleichspannungswandlersteuerung 21 des Gleichspannungswandlers 20.
  • Der Gleichspannungswandler 20 weist die Gleichspannungswandlersteuerung 21, eine Gleichspannungswandlereinheit 24, den ersten Gleichspannungswandleranschluss 27, einen zweiten Gleichspannungswandleranschluss 26, eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und eine zweite Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 auf.
  • Eine elektrisch leitende Reihenschaltung aus der ersten Gleichspannungswandlerschalteinheit 23, der Gleichspannungswandlereinheit 24 und der zweiten Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 ist zwischen dem ersten Gleichspannungswandleranschluss 27 und dem zweiten Gleichspannungswandleranschluss 26 angeordnet. Dabei ist die Gleichspannungswandlereinheit 24 zwischen der ersten Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und der zweiten Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 angeordnet.
  • Mittels des zweiten Gleichspannungswandleranschlusses 26 ist der Gleichspannungswandler 20 mit einem weiteren elektrischen Energiespeicher verbindbar, der in den Figuren nicht dargestellt ist. Der weitere elektrische Energiespeicher weist eine Nennspannung auf, die von einer Nennspannung des elektrischen Energiespeichers 10 abweicht, insbesondere kleiner ist.
  • Die Gleichspannungswandlereinheit 24 weist Halbleiterschalter auf. Die Gleichspannungswandlereinheit 24 ist eingerichtet, eine erste Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungswandleranschluss 27 in eine zweite Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungswandleranschluss 26 zu wandeln und/oder eine zweite Gleichspannung an dem zweiten Gleichspannungswandleranschluss 26 in eine erste Gleichspannung an dem ersten Gleichspannungswandleranschluss 27 zu wandeln.
  • Vorzugsweise ist die erste Gleichspannung größer als die zweite Gleichspannung. Die erste Gleichspannung weist dabei einen Wert von 40 V bis 60 V, insbesondere 48 V, oder einen Wert von 300 V bis 900 V, insbesondere 400 V oder 800 V, auf. Die zweite Gleichspannung weist einen Wert kleiner als 50 V auf, insbesondere 12 V oder 24 V oder 48 V.
  • Die Gleichspannungswandlersteuerung 21 ist datenleitend mit der ersten Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und/oder der zweiten Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 und/oder der Gleichspannungswandlereinheit 24 verbunden. Die Gleichspannungswandlersteuerung 21 ist eingerichtet, die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und/oder die zweite Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 und/oder die Gleichspannungswandlereinheit 24 anzusteuern.
  • Vorzugsweise weist die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und/oder die zweite Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 und/oder die Gleichspannungswandlereinheit 24 einen jeweiligen Sensor auf, insbesondere einen Temperatursensor oder einen Stromsensor, wobei die Gleichspannungswandlersteuerung 21 eingerichtet ist, einen Sensorwert des jeweiligen Sensors auszulesen und auszuwerten.
  • Die Gleichspannungswandlersteuerung 21 weist einen zweiten Signalanschluss 28 auf zur signalleitenden Verbindung mit der Energiespeichersteuerung 11 des Gleichspannungswandlers 20. Vorzugweise sind dazu der erste Signalanschluss 18 und der zweite Signalanschluss 28 datenleitend verbindbar.
  • Die Energiespeichersteuerung 11 ist eingerichtet, einen Steuerbefehl für die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und/oder die zweite Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 an die Gleichspannungswandlersteuerung 21 zu senden. Dadurch kann die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 und/oder die zweite Gleichspannungswandlerschalteinheit 25 als Reaktion auf einem kritischen Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers 10 geöffnet werden, um die Gleichspannungswandlereinheit 24 und/oder den weiteren elektrischen Energiespeicher zu schützen.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems 1 schematisch dargestellt.
  • Das Verfahren 100 zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems 1, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher 10 und einen Gleichspannungswandler 20, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, weist die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte auf:
    • In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein Messwert eines Sensors 13, insbesondere eines Temperatursensors oder eines Spannungssensors oder eines Stromsensors, des elektrischen Energiespeichers 10 erfasst und ausgewertet.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird ein kritischer Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers 10 erkannt. Ein kritischer Betriebszustand ist dabei beispielsweise eine Überladung oder eine Überhitzung des elektrischen Energiespeichers 10.
  • In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird ein Steuerbefehl von dem elektrischen Energiespeicher 10 an den Gleichspannungswandler 20 gesendet. Dabei wird der Steuerbefehl von einer Energiespeichersteuerung 11 an eine Gleichspannungswandlersteuerung 21 gesendet und von der Gleichspannungswandlersteuerung 21, vorzugsweise unmittelbar, an zumindest eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 weitergeleitet. Der Steuerbefehl enthält dabei die Anweisung, zumindest die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 zu öffnen.
  • In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird zumindest eine erste Schalteinheit 23 des Gleichspannungswandlers 20 geöffnet, so dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler 20 und dem elektrischen Energiespeicher 10 unterbrochen wird.
  • In einem fünften Verfahrensschritt 105 wird der elektrische Energiespeicher 10 in einen sicheren Zustand überführt. Vorzugsweise wird dabei der elektrische Energiespeicher 10 mittels einer ersten Energiespeicherschalteinheit 14 und/oder einer zweiten Energiespeicherschalteinheit 15 von einem zweiten Energiespeicheranschluss 16 getrennt. Danach wird das Verfahren beendet.
  • Alternativ wird in einem sechsten Verfahrensschritt 106 nach dem vierten Verfahrensschritt 104 erkannt, dass der elektrische Energiespeicher 10 aus dem kritischen Betriebszustand wieder in einen Normalbetriebszustand zurückgekehrt ist, in dem alle Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers 10 in einem Normalbereich liegen. Daraufhin sendet der elektrische Energiespeicher 10 einen weiteren Steuerbefehl an den Gleichspannungswandler 20, damit dieser zumindest die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit 23 wieder schließt. Danach wird das elektrische Energiespeichersystem 1 weiter betrieben und das Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt 101 fortgesetzt.
  • Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.
  • Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug verstanden, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016208570 A [0002]
    • US 20160064919 A1 [0003]

Claims (14)

  1. Elektrischer Energiespeicher (10) aufweisend eine Energiespeichersteuerung (11), zumindest einen ersten Energiespeicheranschluss (17) zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen Gleichspannungswandler (20) und zumindest ein elektrisches Energiespeichermodul (12), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichermodul (12) mit dem ersten Energiespeicheranschluss (17) elektrisch leitend verbunden ist, wobei die Energiespeichersteuerung (11) einen ersten Signalanschluss (18) zur signalleitenden Verbindung mit dem Gleichspannungswandler (20) aufweist, wobei die Energiespeichersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Steuerbefehl mittels des ersten Signalanschlusses (18) zu senden.
  2. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichermodul (12) mit dem ersten elektrischen Energiespeicheranschluss (17) unmittelbar elektrisch leitend verbunden ist.
  3. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Steuerbefehl für den Gleichspannungswandler (20) mittels des ersten Signalanschlusses (18) zu senden.
  4. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (10) zumindest einen Sensor (13) aufweist, wobei die Energiespeichersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Messwert des Sensors (13) zu empfangen und auszuwerten und basierend auf dieser Auswertung den Steuerbefehl zu senden.
  5. Elektrischer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (10) einen zweiten Energiespeicheranschluss (16) aufweist, wobei der zweite Energiespeicheranschluss (16) mit dem elektrischen Energiespeichermodul (12) elektrisch leitend verbindbar ist, wobei zwischen dem zweiten Energiespeicheranschluss (16) und dem elektrischen Energiespeichermodul (12) eine erste Energiespeicherschalteinheit (14) angeordnet ist.
  6. Elektrischer Energiespeicher (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicheranschluss (16) mit dem ersten Energiespeicheranschluss (17) elektrisch leitend verbindbar ist, wobei zwischen dem zweiten Energiespeicheranschluss (16) und dem ersten Energiespeicheranschluss (17) eine zweite Energiespeicherschalteinheit (15) angeordnet ist.
  7. Gleichspannungswandler (20) aufweisend eine Gleichspannungswandlersteuerung (21), einen ersten Gleichspannungswandleranschluss (27) zur elektrisch leitenden Verbindung mit einem externen elektrischen Energiespeicher (10), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) und eine Gleichspannungswandlereinheit (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlereinheit (24) mit dem ersten Gleichspannungswandleranschluss (27) elektrisch leitend verbindbar ist, wobei zwischen der Gleichspannungswandlereinheit (24) und dem ersten Gleichspannungswandleranschluss (27) die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) angeordnet ist, wobei die Gleichspannungswandlersteuerung (21) einen zweiten Signalanschluss (28) zur signalleitenden Verbindung mit dem elektrischen Energiespeicher (10) aufweist, wobei die Gleichspannungswandlersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Steuerbefehl mittels des zweiten Signalanschlusses (28) zu empfangen und an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) weiterzuleiten.
  8. Gleichspannungswandler (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlersteuerung (11) eingerichtet ist, einen Steuerbefehl des elektrischen Energiespeichers (10) mittels des zweiten Signalanschlusses (28) zu empfangen und an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) weiterzuleiten.
  9. Gleichspannungswandler (20) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandlersteuerung (11) eingerichtet ist, den Steuerbefehl zu empfangen und unmittelbar an die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) weiterzuleiten.
  10. Elektrisches Energiespeichersystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichersystem (1) einen elektrischen Energiespeicher (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einen Gleichspannungswandler (20) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 aufweist.
  11. Verfahren (100) zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) aufweisend zumindest einen elektrischen Energiespeicher (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, und einen Gleichspannungswandler (20), insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 9, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, aufweisend die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte: wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) ein Messwert eines Sensors (13) des elektrischen Energiespeichers (10) erfasst und ausgewertet wird, wobei einem zweiten Verfahrensschritt (102) ein kritischer Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers (10) erkannt wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) ein Steuerbefehl von dem elektrischen Energiespeicher (10) an den Gleichspannungswandler (20) gesendet wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt (104) der Steuerbefehl von dem Gleichspannungswandler (20) ausgeführt wird und eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler (20) und dem elektrischen Energiespeicher (10) unterbrochen wird.
  12. Verfahren (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt (103) der Steuerbefehl von einer Energiespeichersteuerung (11) an eine Gleichspannungswandlersteuerung (21) gesendet wird und von der Gleichspannungswandlersteuerung (21), insbesondere unmittelbar, an zumindest eine erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) weitergeleitet wird, insbesondere wobei der Steuerbefehl die Anweisung enthält, zumindest die erste Gleichspannungswandlerschalteinheit (23) zu öffnen.
  13. Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt (105) der elektrische Energiespeicher (10) in einen sicheren Zustand überführt und das Verfahren beendet wird.
  14. Verfahren (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Verfahrensschritt (106) nach dem vierten Verfahrensschritt (104) erkannt wird, dass der elektrische Energiespeicher (10) aus dem kritischen Betriebszustand wieder in einen Normalbetriebszustand zurückgekehrt ist, woraufhin der elektrische Energiespeicher (10) einen weiteren Steuerbefehl an den Gleichspannungswandler (20) sendet und die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher (10) und dem Gleichspannungswandler (20) geschlossen wird, wobei anschließend das Verfahren (100) mit dem ersten Verfahrensschritt (101) fortgesetzt wird.
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