EP2522061A2 - Energieversorgungseinrichtung - Google Patents

Energieversorgungseinrichtung

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Publication number
EP2522061A2
EP2522061A2 EP10800935A EP10800935A EP2522061A2 EP 2522061 A2 EP2522061 A2 EP 2522061A2 EP 10800935 A EP10800935 A EP 10800935A EP 10800935 A EP10800935 A EP 10800935A EP 2522061 A2 EP2522061 A2 EP 2522061A2
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
battery
current
temperature
discharge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10800935A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schiemann
Ossama Obeidi
Peter Birke
Olaf BÖSE
Bertram Schemel
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Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP2522061A2 publication Critical patent/EP2522061A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a power supply device.
  • Motor vehicles with hybrid drive, and hybrid vehicles ge ⁇ Nannt for example, have an internal combustion engine, one or more electric machines and one or more electrochemical energy storage. Electric vehicles with
  • Fuel cells generally consist of a fuel cell for energy conversion, a tank for liquid or gaseous energy carriers, an electrochemical and / or electrostatic energy storage and one or more electrical machines for the drive.
  • the electrical machine of the hybrid vehicle is running in the Re ⁇ gel as a starter / generator and / or electric drive.
  • a starter / generator it replaces the normally existing starter and alternator.
  • an additional Drehmo ⁇ ment that is an accelerating torque to be contributed to the advancement of the driving ⁇ tool of the electrical machine.
  • As a generator it allows a recuperation of braking energy as electrical energy in the energy storage and the on-board ⁇ supply network.
  • the control of the energy flow takes place via an electronic, generally called hybrid controller. This regulates, among other things, whether and in what amount the energy storage energy to be removed or supplied.
  • the energy extraction from the fuel cell or the energy storage is generally used for representing drive power and for supplying the vehicle electrical system.
  • the energy supply is used to charge the memory or for the conversion of braking energy into electrical energy, ie the regenerative braking. As energy suppliers and storage, the most diverse are
  • Energy sources in question such as fuel cells, special capacitors and a wide range of galvanic elements, in particular on secondary galvanic elements - accumulators. It is important to achieve the best possible balance between volume, weight, lifespan and costs.
  • the discharge of galvanic elements is independent of the underlying electrochemistry, typically characterized by 3 phases at a Energyent ⁇ acquisition.
  • Loading ⁇ start of the current load (Stage 1) is characterized by a virtually instantaneous voltage drop. This is followed by a constant voltage curve with quasi-continuous loading (phase 2).
  • a voltage drop at the end of the discharge phase (Phase 3) by depletion of the starting materials in holding ⁇ the electrochemical reaction characterizes the final discharge and defines the lowermost limit of the cell discharge, commonly known as cut-off voltage or discharge voltage (Us) ⁇
  • An excessive discharge under the discharge voltage is considered to be deep discharge and can perform the high load of the active material to reaction ver ⁇ reinforced aging and premature decrease in capacity.
  • Object of the present invention is to provide a power supply device to a power source of the type ge ⁇ called, in which these disadvantages do not th occurring.
  • the object is achieved in particular by a Energyver ⁇ sorgungs adopted with a voltage-providing power source and a with this electrically connected to monitoring device that attaches to the power source in current drain from the power source voltage, current and temperature and falls below a turn-off threshold for the voltage, the current draw interrupts, the Abschaltgrenzwert depends on the temperature at the power source and / or the current.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an exemplary construction of a power supply device according to the invention
  • FIG. 2 shows a diagram of the typical curve course during the discharge of a battery, subdivided into 3 phases
  • FIG. 3 shows in a diagram the dependence of the discharge starting voltage on the discharge current (current rate C);
  • FIG. 4 shows in a diagram the dependence of the initial voltage on the temperature with a discharge current of IC;
  • FIG. 5 is a diagram showing the adaptation of the switch-off limit value as a function of the discharge current and corresponding to the discharge starting voltage (U a ),
  • FIG. 6 shows in a diagram the influence of the temperature and the discharge current on the discharge starting voltage (U a ) and
  • FIG. 7 shows in a table the respective calculated dynamic switch-off limit values taking into account the temperature and discharge current.
  • a power supply device is an example, as a fuel cell, lead storage battery, nickel-zinc battery, double layer capacitor, lithium-air battery, zinc-air battery, aluminum-air battery, nickel-metal ⁇ hydride Battery or lithium-ion battery running and in the following briefly referred to only as battery 1 energy ⁇ source via a controllable switch 2 connected to a load 3 on.
  • the switch 2 is controlled by a surveil ⁇ monitoring device 4, which contains inter alia, a compati- rator.
  • the associated cut-off limit value is then unchanged by means of the interpolation unit 7 passed to the comparator 5.
  • the two closest to the values are read from the table and used in the interpolation unit 7 by means of, for example, linear
  • phase 1 The beginning of the current load (phase 1) is therefore characterized by a virtually instantaneous voltage dip.
  • This voltage drop AU is defined by the change in the load current ⁇ and the internal resistance R ⁇ of the energy source according to Ohm's law.
  • the constant voltage curve at quasi-continuous loading ⁇ utilization (Phase 2) is lenchemie depending on the cell size, Zel- and load of the cell (battery) through a con tinuous ⁇ voltage drop with more or less high drop of the cell voltages in.
  • the voltage drop at the end of the discharge phase (Phase 3), which characterizes the Entladeverlauf, stems from the fact that the electrochemical starting materials (electrolyte, active Materi ⁇ al the anode and cathode) by the typical cell electrochemical reaction during discharge largely converted have been set. Due to the exhaustion of Cinsstof ⁇ Fe, the drop in voltage compared to phase 2 increases significantly. The voltage across the cell breaks down relatively quickly. This phase defines the lowest limit of the cell discharge, commonly known as cut-off voltage or discharge voltage (U s ). Too much discharge below the discharge end voltage is considered to be a deep discharge and can lead to increased aging and capacity reduction due to the high load on the active reaction material.
  • U s cut-off voltage
  • the battery voltage U is at low temperatures and high discharge voltages due to the high voltage drop at the beginning of the discharge only just above the discharge final voltage U s (cut-off), whereby the energy extraction is severely limited.
  • the dependence of the voltage U from the decision charging current I (C-rate) and the temperature are ⁇ 3 and 4 in the figures, where U 0 is the open circuit voltage of Batte ⁇ rie, U a the Entlade frustratingsbond, R whose internal resistance, AU a voltage change , ⁇ denotes a current change and U s just the discharge end voltage.
  • a "dynamic" switch-off limit is provided as a function of the current operating temperature and of the discharge current.
  • This dynamization of the switch-off threshold value for the energy source as a function of operating conditions allows the energy source to provide substantially more power, in particular at low temperatures and high current loads refer, without which their capacity needs to be increased, thereby weight costs can be saved for example in hybrid or electric vehicles to a considerable extent without the energy source (domestic sbesondere if this is a battery) to a bigger al ⁇ tern.
  • the internal resistance of an exemplarily considered cell of any energy source is dependent on the temperature of the cell. At low temperatures, the internal resistance R increases more or less strongly depending on the electrochemical structure of the cells.
  • the internal resistance R essentially defines the voltage drop at the beginning of the discharge.
  • This high voltage drop at the beginning of discharge (Phase 1) according to the invention by adjusting the voltage of discharge ⁇ (disconnection threshold) as a function of temperature aktuel ⁇ len ⁇ of the cell considered.
  • This adjustment of the discharge end voltage consistently takes into account the increase in the internal resistance R, but without causing a higher load due to higher consumption of the reactants compared to nominal operating conditions (nominal temperature and nominal current) and associated aging.
  • a second aspect of the dynamization according to the invention is directed to the load current. This takes into account that the battery at higher currents and constant internal resistance according to Ohm's law also causes a corresponding height ⁇ ren voltage drop at the beginning of the discharge. This becomes clear from FIG.
  • the initial voltage U a is linearly dependent on the discharge current I.
  • the dynamization of the switch-off limit value does not lead to additional aging of the cell, since the load on the active material is kept constant compared with the nominal conditions.
  • the Entla ⁇ detician of the battery particularly at low temperatures significantly increased and thereby any necessary increase in cell number or Zellenka- capacity prevented leading to savings hinsich ⁇ tlich price, volume and weight. It may be pre ⁇ see that the trip limit once, in limited hours ⁇ th time intervals or continuously horritzin- by external measuring equipment or by the monitoring device 4 itself least of current and voltage is determined.

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Abstract

Energieversorgungseinrichtung mit einer eine Spannung bereit stellenden Energiequelle (1) und einer mit dieser elektrisch verbundenen Überwachungseinrichtung (4), die bei Stromentnahme aus der Energiequelle (1) Spannung, Stromstärke und Temperatur an der Energiequelle (1) misst und bei Unterschreiten eines Abschaltgrenzwertes für die Spannung die Stromentnahme unterbricht, wobei der Abschaltgrenzwert von der Temperatur an der Energiequelle (1) und von der Stromstärke abhängt.

Description

Beschreibung
Energie ersorgungseinrichtung Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung.
Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge ge¬ nannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine oder mehrere elektrische Maschinen und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Elektrofahrzeuge mit
Brennstoffzellen bestehen allgemein aus einer Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einem Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einem elektrochemischen und/oder elektrostatischen Energiespeicher und einer oder mehrere elektrischen Ma- schinen für den Antrieb.
Die elektrische Maschine des Hybridfahrzeuges ist in der Re¬ gel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmo¬ ment, d.h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahr¬ zeuges von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie als elektrische Energie in den Energiespeicher und die Bord¬ netzVersorgung .
Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt. Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug, ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt, transfe¬ riert und gespeichert werden müssen.
Die Steuerung des Energieflusses erfolgt über eine Elektro- nik, allgemein Hybrid-Controller genannt. Dieser regelt unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll. Die Energieentnahme aus der Brennstoffzelle oder dem Energiespeicher dient allgemein zur Darstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Speichers bzw. zur Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie, d. h. dem regenerativen Bremsen. Als Energie- lieferanten und Speicher kommen dabei verschiedenartigste
Energiequellen in Frage wie beispielsweise Brennstoffzellen, spezielle Kondensatoren und ein weites Spektrum von galvanischen Elementen, insbesondere an sekundären galvanischen Elementen - Akkumulatoren. Dabei ist es wichtig, eine möglichst optimale Balance zwischen Volumen, Gewicht, Lebensdauer und Kosten zu erzielen.
Die Entladekurve galvanischer Elemente ist, unabhängig von der zu Grunde liegenden Elektrochemie, bei einer Energieent¬ nahme typischerweise durch 3 Phasen gekennzeichnet. Der Be¬ ginn der Strombelastung (Phase 1) ist durch einen praktisch instantanen Spannungseinbruch gekennzeichnet. Es folgt ein konstanter Spannungsverlauf bei quasi kontinuierlicher Belas¬ tung (Phase 2) . Ein Spannungseinbruch am Ende der Entladephase (Phase 3) durch Verarmung der Ausgangsstoffe bei anhalten¬ der elektrochemischer Reaktion charakterisiert die finale Entladung und definiert den untersten Grenzwert der Zellenentladung, allgemein bekannt als Abschaltspannung bzw. Entladeschlussspannung ( Us ) · Eine zu starke Entladung unter die Entladeschlussspannung gilt als Tiefentladung und kann durch die hohe Belastung des aktiven Reaktionsmaterials zu ver¬ stärkter Alterung und zum vorzeitigen Kapazitätsrückgang führen . Daher wurde in der Regel bisher die Entladeschlussspannung für die jeweilige Energiequelle mittels Expertenwissens auf einen allseits konstanten Wert festgelegt. Diese zwar einfa¬ che Lösung befriedigt jedoch insbesondere bei tiefen Tempera¬ turen und hohen Entladeströmen nicht, da die Spannungslage bei tiefen Temperaturen und hohen Entladeströmen aufgrund des hohen Spannungsabfalls am Anfang der Entladung nur noch knapp über der Abschaltspannung liegt und so die Energieentnahme stark begrenzt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energieversorgungseinrichtung mit einer Energiequelle der eingangs ge¬ nannten Art anzugeben, bei der diese Nachteile nicht auftre- ten .
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Energieversorgungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unterans- prüchen.
Die Aufgabe wird gelöst insbesondere durch eine Energiever¬ sorgungseinrichtung mit einer eine Spannung bereit stellenden Energiequelle und einer mit dieser elektrisch verbundenen Überwachungseinrichtung, die bei Stromentnahme aus der Energiequelle Spannung, Stromstärke und Temperatur an der Energiequelle misst und bei Unterschreiten eines Abschaltgrenzwertes für die Spannung die Stromentnahme unterbricht, wobei der Abschaltgrenzwert von der Temperatur an der Energiequelle und/oder von der Stromstärke abhängt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 in einem Blockschaltbild einen beispielhaften Aufbau einer erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung,
Figur 2 in einem Diagramm den typischen Kurvenverlauf bei der Entladung einer Batterie - unterteilt nach 3 Phasen,
Figur 3 in einem Diagramm die Abhängigkeit der Entladean- fangsspannung vom Entladestrom (Stromrate C) , Figur 4 in einem Diagram die Abhängigkeit der Anfangsspannung von der Temperatur bei einem Entladestrom von IC, Figur 5 in einem Diagramm die Adaption des Abschaltgrenzwertes in Abhängigkeit vom Entladestrom und entsprechend der Entladeanfangsspannung (Ua) , Figur 6 in einem Diagram den Einfluss der Temperatur und des Entladestroms auf die Entladeanfangsspannung (Ua) und
Figur 7 in einer Tabelle die jeweiligen errechneten dynamischen Abschaltgrenzwerte unter Berücksichtigung von Tempera- tur und Entladestrom.
Bei der in Figur 1 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Energieversorgungseinrichtung wird eine beispielsweise als Brennstoffzelle, Bleiakkumulator, Nickel-Zink- Batterie, Doppelschichtkondensator, Lithium-Luft-Batterie, Zink-Luft-Batterie, Aluminium-Luft-Batterie, Nickel-Metall¬ hydrid-Batterie oder Lithium-Ionen-Batterie ausgeführte und im nachfolgend kurz nur als Batterie 1 bezeichnete Energie¬ quelle über einen steuerbaren Schalter 2 an eine Last 3 auf- geschaltet. Der Schalter 2 wird dabei durch eine Überwa¬ chungseinrichtung 4 gesteuert, die unter anderem einen Kompa- rator 5 enthält. Beim Komparator 5 ist ein Eingang mit einem Pol der Batterie 1 zur Messung der auf Masse 6 bezogenen Bat¬ teriespannung U angeschlossen, während an den anderen An- schluss des Komparators 5 ein die Entladeschlussspannung (Us) charakterisierender Abschaltgrenzwert angelegt ist. Der Ab¬ schaltgrenzwert wird von einer Interpolationseinrichtung 7 bereitgestellt, die wiederum einem Speicher 8 nachgeschaltet ist. In dem Speicher 8 ist eine Tabelle abgelegt, die jeweils einen zugehörigen Grenzwert für bestimmte Kombinationen von Temperatur und Entladestrom umfasst. Wird dann eine an der Batterie 1 mittels einer Temperaturmesseinrichtung 9 gemessene Temperatur und ein mittels einer Strommesseinrichtung 10 gemessener Entladestrom dem Speicher 8 zugeführt, so gibt dieser einen entsprechenden Abschaltgrenzwert aus, wenn entsprechende Temperatur- und Entladestrom-Werte im Speicher 8 abgelegt sind. In diesem Fall wird der zugehörige Abschalt¬ grenzwert dann mittels der Interpoliereinheit 7 unverändert an den Komparator 5 weitergegeben. Entsprechen die gemessenen Werte für Temperatur und Entladestrom jedoch nicht denen in der Tabelle enthaltenen, so werden die beiden dem am nächsten kommenden Werte aus der Tabelle ausgelesen und daraus in der Interpolationseinheit 7 mittels beispielsweise linearer
Interpolation der zutreffende Abschaltgrenzwert ermittelt und an den Komparator 5 weitergegeben.
Ist nun die Spannung U an der Batterie 1 größer als der er- mittelte Abschaltgrenzwert (entsprechend dem tatsächlichen
Wert der Spannung Us) dann ist der Schalter 2 geschlossen und die Last 3 wird mit Strom versorgt. Im umgekehrten Fall, wenn also die Spannung U an der Batterie 1 gleich dem Abschalt¬ grenzwert ist oder diesen unterschreitet, wird der Schalter 2 geöffnet und somit die Last von der Batterie abgekoppelt, um eine Tiefentladung der Batterie 1 zu verhindern.
In Figur 2 ist der typische Kurvenverlauf bei der Entladung einer Batterie unterteilt nach den eingangs erläuterten 3 Phasen dargestellt.
Der Beginn der Strombelastung (Phase 1) ist demnach durch einen praktisch instantanen Spannungseinbruch gekennzeichnet. Dieser Spannungseinbruch AU ist durch die Änderung des Belas- tungsstromes ΔΙ und den Innenwiderstand R± der Energiequelle definiert gemäß Ohmschem Gesetz.
Der konstante Spannungsverlauf bei quasi kontinuierlicher Be¬ lastung (Phase 2) ist in Abhängigkeit der Zellengröße, Zel- lenchemie und Belastung der Zelle (Batterie) durch einen kon¬ tinuierlichen Spannungsabfall mit mehr oder weniger hohem Abfall der Zellenspannungen gekennzeichnet.
Der Spannungseinbruch am Ende der Entladephase (Phase 3) , der den Entladeverlauf charakterisiert, rührt daher, dass die elektrochemischen Ausgangsstoffe (Elektrolyt, aktives Materi¬ al der Anode und Kathode) durch die für die Zelle typische elektrochemische Reaktion bei der Entladung weitgehend umge- setzt worden sind. Aufgrund der Erschöpfung der Ausgangsstof¬ fe nimmt der Abfall der Spannung im Vergleich zur Phase 2 deutlich zu. Die Spannung an der Zelle bricht relativ schnell ein. Diese Phase definiert den untersten Grenzwert der Zel- lenentladung, allgemein bekannt als Abschaltspannung bzw. Entladeschlussspannung (Us) . Eine zu starke Entladung unter die Entladeschlussspannung gilt als Tiefentladung und kann durch die hohe Belastung des aktiven Reaktionsmaterials zu verstärkter Alterung und zum Kapazitätsrückgang führen.
Die Batteriespannung U liegt bei tiefen Temperaturen und hohen Entladespannungen aufgrund des hohen Spannungsabfalls am Anfang der Entladung nur noch knapp über der Entladeschlussspannung Us (Abschaltgrenzwert) , wodurch die Energieentnahme stark begrenzt wird. Die Abhängigkeit der Spannung U vom Ent- ladestrom I (C-Rate) und der Temperatur τ sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei U0 die LeerlaufSpannung der Batte¬ rie, Ua deren Entladeanfangsspannung, R deren Innenwiderstand, AU eine Spannungsänderung, ΔΙ eine Stromänderung und Us eben die Entladeschlussspannung bezeichnet. Die C-Rate ergibt sich bekanntlich aus der Nennkapazität der Batterie (z.B. 200Ah) pro Zeiteinheit (1 h) , im vorliegenden Beispiel also IC = 200A. Erfindungsgemäß ist ein „dynamischer" Abschaltgrenzwert in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebstemperatur und vom Entladestrom vorgesehen. Durch diese Dynamisierung des Abschaltgrenzwertes für die Energiequelle in Abhängigkeit von Betriebsbedienungen wird es ermöglicht, der Energiequelle in- sbesondere bei tiefen Temperaturen und hohen Strombelastungen wesentlich mehr an Leistung zu entnehmen, ohne das die deren Kapazität vergrößert werden muss, wodurch beispielsweise bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen in erheblichen Maße Gewichtskosten eingespart werden können, ohne die Energiequelle (in- sbesondere wenn diese eine Batterie ist) dabei stärker zu al¬ tern . Der Innenwiderstand einer exemplarisch betrachteten Zelle einer beliebigen Energiequelle ist von der Temperatur der Zelle abhängig. Bei tiefen Temperaturen nimmt der Innenwiderstand R je nach elektrochemischem Aufbau der Zellen mehr oder weniger stark zu. Dadurch verursacht der Innenwiderstand bei tiefen Temperaturen und am Anfang der Entladung einen wesentlich höheren Spannungsabfall im Vergleich zum Innenwiderstand bei Nenntemperatur von beispielsweise von 20° Celsius. Neben dem Entladestrom I wird durch den Innenwiderstand R im Wesentli- chen der Spannungsabfall am Anfang der Entladung definiert.
Dieser hohe Spannungsabfall am Anfang der Entladung (Phase 1) wird erfindungsgemäß durch die Anpassung der Entladeschluss¬ spannung (Abschaltgrenzwert) in Abhängigkeit von der aktuel¬ len Temperatur τ der Zelle berücksichtigt. Diese Anpassung der Entladeschlussspannung trägt konsequent der Zunahme des Innenwiderstandes R Rechnung, ohne dass jedoch eine höhere Belastung durch stärkeren Verbrauch der Reaktionspartner im Vergleich zu Nennbetriebsbedingungen (Nominaltemperatur und Nominalstrom) und hiermit verbundener Alterung verursacht wird.
Ein zweiter Aspekt der erfindungsgemäßen Dynamisierung richtet sich auf den Belastungsstrom. Dabei wird berücksichtigt, dass die Batterie bei höheren Strömen und konstantem Innenwi- derstand gemäß Ohmschem Gesetz auch einen entsprechend höhe¬ ren Spannungsabfall am Anfang der Entladung verursacht. Dies wird aus Figur 5 deutlich. Die Anfangsspannung Ua ist linear abhängig vom Entladestrom I. Das Verhältnis des Funktionsans¬ tiegs dU/dl stellt im Prinzip den Innenwiderstand R des je- weils betrachteten Zellentyps dar, wobei der Schnittpunkt dieser Kurve mit der Ordinate (Y-Achse, 1=0) im Prinzip die Ruhespannung Uo der Batterie darstellt. Aufgrund des höheren Spannungsabfalls kann entsprechend linear dazu die Spannung angepasst werden wie dies ebenfalls Figur 5 zu entnehmen ist.
In Figur 6 ist der Einfluss beider Größen zusammenfassend il¬ lustriert. Unter der Berücksichtigung beider Einflussgrößen lassen sich gemäß Figur 5 auch für andere Temperaturen ent- sprechende Verläufe der Entladeschlussspannungen festlegen. Die so erhaltene Kurvenschar (bzw. die entsprechenden Gleichungen) kann dann zur Ermittlung der Entladeschlussspannung bei verschiedenen Entladeströmen verwendet werden. Es wird dabei beispielsweise die für eine jeweilige Temperatur fest¬ gelegte Geradengleichung (Parabelgleichung etc.) angewendet, sodass auch diese Einflussgröße Berücksichtigung findet. Bei Betriebstemperaturen zwischen zwei spezifizierten Temperaturen kann der Wert durch beispielsweise lineare Interpolation aus den nächstliegenden Geradengleichungen ermittelt werden. Die so erhaltenen Werte für eine beispielhafte Zelle sind der Figur 7 zu entnehmen. Die Dynamisierung des Abschaltgrenzwertes führt im Gegensatz zu den üblichen Maßnahmen nicht zur zusätzlichen Alterung der Zelle, da die Belastung des aktiven Materials gegenüber den Nennbedingungen konstant gehalten wird. Durch die dynamische Anpassung der Entladeschluss¬ spannung wird insbesondere bei tiefen Temperaturen die Entla¬ deleistung der Batterie deutlich gesteigert und eine dadurch eventuell notwendige Erhöhung der Zellenanzahl oder Zellenka- pazität der Batterie verhindert, was zu Einsparungen hinsich¬ tlich Preis, Volumen und Gewicht führt. Es kann dabei vorge¬ sehen sein, dass der Abschaltgrenzwert einmalig, in bestimm¬ ten Zeitabständen oder fortlaufend durch externe Messeinrichtungen oder durch die Überwachungseinrichtung 4 selbst zumin- dest aus Stromstärke und Spannung ermittelt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Energieversorgungseinrichtung mit einer eine Spannung bereit stellenden Energiequelle (1) und einer mit dieser elekt- risch verbundenen Überwachungseinrichtung (4), die bei Stromentnahme aus der Energiequelle (1) Spannung, Stromstärke und Temperatur an der Energiequelle (1) misst und bei Unter¬ schreiten eines Abschaltgrenzwertes für die Spannung die Stromentnahme unterbricht, wobei der Abschaltgrenzwert von der Temperatur an der Energiequelle (1) und von der Stromstärke abhängt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinrichtung (4) einen Speicher (8) aufweist, in dem als Tabelle für bestimmte Kombinationen von Temperatur und Entladestrom jeweils ein zugehöriger Grenzwert gespeichert ist und bei dem durch Eingabe der gemessenen Temperatur- und Entladestromwerte der zutreffende Abschaltgrenzwert ausgegeben wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Überwachungseinrichtung (4) eine Recheneinheit (7) aufweist, die für gemes¬ sene Temperatur und/oder Entladestromwerte, die nicht in der Tabelle enthalten sind, aus den am nächsten kommenden Werten in der Tabelle den jeweils zutreffenden Abschaltgrenzwert interpoliert.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Tabellen von der Spannung an der Energiequelle (1), dem Entladestrom, der Temperatur und dem Innenwiderstand der Energiequelle (1) abhängige Abschaltspannungen enthalten.
5. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Energiequelle (1) ein Bleiakkumulator, eine Nickel-Zink- Batterie, ein Doppelschichtkondensator, eine Lithium-Luft- Batterie, Zink-Luft-Batterie, Aluminium-Luft-Batterie, eine Nickel-Metallhydrid-Batterie, Lithium-Schwefel-Batterie, Li¬ thium-Fluor-Batterie, Natrium-Schwefel-Batterie, Natrium- Nickel-Chlorid-Batterien oder eine Lithium-Ionen-Batterie ist .
6. Einrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Überwachungseinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den Abschaltgrenzwert zumindest aus Stromstärke und Spannung zu er¬ mitteln .
EP10800935A 2010-01-08 2010-12-22 Energieversorgungseinrichtung Withdrawn EP2522061A2 (de)

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US (1) US20120286591A1 (de)
EP (1) EP2522061A2 (de)
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KR (1) KR20120123410A (de)
CN (1) CN102687366A (de)
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011120439A1 (de) 2011-12-07 2013-06-13 Daimler Ag Stromversorgungsvorrichtung und Verfahren zum Steuern des Betriebs einer solchen
DE102012018127A1 (de) 2012-09-13 2014-03-13 Daimler Ag Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Entladespannungsgrenzwertes einer elektrochemischen Einzelzelle
US8937497B1 (en) 2013-01-25 2015-01-20 Analog Devices, Inc. Power supply monitor
DE102013215908A1 (de) * 2013-08-12 2015-02-12 Siemens Aktiengesellschaft Strom- und temperaturabhängige Spannungsuntergrenzen für das Entladen eines Batteriespeichers
DE102014102352A1 (de) 2014-02-24 2015-08-27 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Batteriespeichersystem mit Störlichtbogenschutz, Energieumwandlungssystem und Schutzverfahren
US9637112B2 (en) * 2015-03-27 2017-05-02 Ford Global Technologies, Llc Vehicle performance preload enabler
DE102015209131A1 (de) 2015-05-19 2016-11-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb einer aufladbaren Batteriezelle und Batteriesteuergerät
EP3306767B1 (de) * 2016-10-10 2023-01-25 Veoneer Sweden AB Schaltungsschutzanordnung
EP3352322B1 (de) * 2017-01-24 2019-01-02 Samsung SDI Co., Ltd. Steuerungseinheit für ein batteriesystem
TWI634720B (zh) * 2017-11-17 2018-09-01 廣達電腦股份有限公司 電源管理電路
JP6920238B2 (ja) * 2018-03-22 2021-08-18 住友電装株式会社 電力供給制御装置
EP3740039A1 (de) * 2019-05-16 2020-11-18 Tridonic GmbH & Co. KG Notbeleuchtungsvorrichtung
KR102670449B1 (ko) 2021-08-09 2024-05-30 황윤국 주거공간의 절지곤충 침입 방지장치
CN114152892B (zh) * 2021-12-01 2023-09-22 国网山西省电力公司电力科学研究院 用于故障指示器电池健康度的监测方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05205781A (ja) * 1992-01-28 1993-08-13 Sanyo Electric Co Ltd 電池の過放電防止装置
JP3416395B2 (ja) * 1996-05-29 2003-06-16 三洋電機株式会社 電池の放電方法
DE19710363A1 (de) * 1997-03-13 1998-09-24 Bosch Gmbh Robert Schaltungsanordnung zum Versorgen eines Verbrauchers mit elektrischer Energie
JPH11122840A (ja) * 1997-10-13 1999-04-30 Toyota Motor Corp 二次電池制御装置
US6023151A (en) * 1998-03-16 2000-02-08 Eveready Battery Company, Inc. Method and device for enhancing smart battery performance
DE19824448A1 (de) * 1998-05-30 1999-12-09 Eberspaecher J Gmbh & Co Entladeschutz für elektrische Batterien
JP3431867B2 (ja) * 1999-09-21 2003-07-28 松下電器産業株式会社 電池電源装置及びこれを用いた電動機器
JP2003037945A (ja) * 2001-07-25 2003-02-07 Nec Saitama Ltd 携帯電話機の電池の放電残時間検出装置とその検出方法
JP2006129588A (ja) * 2004-10-28 2006-05-18 Sanyo Electric Co Ltd 二次電池の電力制御方法及び電源装置
JP2008029087A (ja) * 2006-07-19 2008-02-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電子機器システム
EP2003760A3 (de) * 2007-06-14 2018-01-24 Black & Decker, Inc. Temperatur- und Polarisationsspannungskompensierungssystem

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011083051A2 *

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Publication number Publication date
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