EP4208929A1 - System eines energiespeichers und fahrzeug - Google Patents

System eines energiespeichers und fahrzeug

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Publication number
EP4208929A1
EP4208929A1 EP21765663.6A EP21765663A EP4208929A1 EP 4208929 A1 EP4208929 A1 EP 4208929A1 EP 21765663 A EP21765663 A EP 21765663A EP 4208929 A1 EP4208929 A1 EP 4208929A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
module
memory module
processing module
energy
interface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21765663.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joachim Froeschl
Jürgen GEBERT
Alfred Grom
Julian Taube
Laurenz Tippe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Technische Universitaet Muenchen
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Technische Universitaet Muenchen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG, Technische Universitaet Muenchen filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4208929A1 publication Critical patent/EP4208929A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/50—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries acting upon multiple batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/10—Parallel operation of DC sources
    • H02J1/102—Parallel operation of DC sources being switching converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/40—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries characterised by the exchange of charge or discharge related data
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J2105/33—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles
    • H02J2105/37—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles exchanging power with electric vehicles [EV] or with hybrid electric vehicles [HEV]
    • 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 an energy storage system.
  • the invention also relates to a vehicle.
  • Vehicles can have energy stores in the form of storage modules.
  • the memory modules can be connected in series and/or in parallel.
  • An object on which the invention is based is to create a system that contributes to a safe and energy-efficient energy store.
  • a corresponding vehicle is to be created.
  • the invention is characterized by a system of an energy store.
  • the system includes a first system power interface for providing electrical power at a first system output voltage.
  • the system also includes a first storage module for storing electrical energy.
  • the first memory module includes a first power interface, a first cell stack, and a first communication interface.
  • the first energy interface is designed to provide electrical energy at a first nominal voltage.
  • the first cell stack includes several individual cells.
  • the first communication interface is designed to provide first monitoring data relating to monitoring of the multiple individual cells.
  • the system also includes a first processing module.
  • the first processing module includes a second power interface, a second communication interface, a first monitoring module, a DC/DC converter, a third communication interface, and the first system power interface.
  • the second communication interface is designed to to receive the first monitoring data.
  • the first monitoring module is designed to monitor the multiple individual cells as a function of the monitoring data.
  • the third communication interface is designed to receive processing data from a second processing module or to provide it.
  • the system is designed to be dependent on the first processing module and the second
  • Processing module to electrically couple the first memory module to a second memory module.
  • the system according to the first aspect makes it possible to arrange or build up or construct the system of the energy store in a modular and variable manner. This is advantageous, for example, in order to simplify handling of the energy store, in particular manufacture of the energy store and/or replacement or repair of the corresponding modules or the like.
  • the system according to the first aspect also makes it possible to set the first system output voltage as a function of the modular arrangement of the energy store.
  • the first system output voltage is dependent on an implementation of the first processing module.
  • the system according to the first aspect is particularly suitable for use as an energy store in a vehicle, such as for supplying the vehicle's on-board power supply and/or for driving the vehicle.
  • vehicle may be any vehicle that requires energy storage, such as an electrified vehicle and/or an internal combustion engine vehicle.
  • the system according to the first aspect is suitable for automated manufacturing, such as by a robot.
  • the system can be installed under the seats of the vehicle, for example in what is known as a sandwich construction.
  • the energy store can also be referred to as a vehicle battery or vehicle accumulator.
  • the energy store or the first storage module and/or the second storage module can store and provide electrical energy, for example by appropriate charging.
  • the first memory module is designed as a common part.
  • larger numbers of memory modules can be manufactured, which can contribute to a reduction in manufacturing costs (so-called “economy of scale”).
  • economies of scale the manufacturing costs
  • only a single type of memory module is required in the vehicle.
  • the system according to the first aspect is particularly advantageous compared to a system in which the first memory module is not designed as a common part in terms of energy and data technology coupling, and in which the DC-DC converter of the first memory module, individual cell monitoring, balancing of the multiple individual cells, monitoring of the first cell stack or the sub-cell stack and a symmetrization of the sub-cell stack are arranged separately from one another and cannot be combined.
  • the multiple individual cells can be any individual cells, such as lithium ion cells and/or double-layer capacitors and/or supercapacitors (so-called “supercaps”) and/or sodium ion cells or the like.
  • the first system power interface can be implemented in any way, for example in the form of a first terminal, which is representative of a positive pole of the first system power interface, and a second terminal, which is representative of a negative pole of the first system power interface.
  • the electrical energy or an electrical power of the system can be provided depending on the first and the second connection terminal of the first system energy interface.
  • the first energy interface can be embodied in any way, for example in the form of a first connection terminal, which is representative of a positive pole of the first memory module, and a second connection terminal, which is representative of a negative pole of the first memory module.
  • the electrical energy or an electrical power of the first Memory module can be provided depending on the first and the second terminal of the first memory module.
  • the second energy interface has the same properties as the first energy interface.
  • the voltages according to the first aspect and its optional refinements are essentially DC voltages.
  • the first voltage rating is a voltage rating of the cell stack, such as 48V or the like.
  • the first communication interface can be designed as desired, for example in the form of a plug contact and/or as a data bus or the like.
  • the first communication interface can also be referred to as the interface of the individual cell and module data sensors.
  • the second communication interface has the same properties as the first communication interface.
  • the monitoring data is representative of information from sensors for monitoring the plurality of individual cells, such as a respective cell voltage of an individual cell and/or a cell temperature of the individual cell or the like.
  • the DC-DC converter is designed to provide galvanic isolation for a given nominal power.
  • the DC-DC converter can be arranged together with the first monitoring module in one structural unit or in an independent structural unit, for example on a printed circuit board.
  • the DC-DC converter can be electrically and/or mechanically coupled to the first processing module via a corresponding plug-in contact.
  • the DC voltage converter is designed as a DC part.
  • higher quantities of DC-DC converters can be manufactured, which can contribute to a reduction in manufacturing costs (so-called "economy of scale”).
  • the DC-DC converter can thereby be exchanged efficiently and easily.
  • a configuration of the first processing module can be easily adjusted.
  • the DC-DC converter can be manufactured with different specified rated powers, such as 500 W or 200 W or the like, as an assembly option when manufacturing the energy store and/or replacing or repairing the corresponding modules or the like.
  • the DC/DC converter can also be any other device designed to provide galvanic isolation for the given power rating.
  • the first processing module can also include a plurality of DC/DC converters that are designed accordingly.
  • the first processing module can be electrically and/or mechanically coupled to the first memory module.
  • the first processing module is designed as a connection unit between the first memory module and the second processing module.
  • the first memory module and the second memory module can thus be arranged side by side on a horizontal plane in the vehicle.
  • the first monitoring module includes, for example, a processor and/or a circuit device for monitoring the multiple individual cells.
  • the processing data can be received or provided by the second processing module via a data bus.
  • the data bus can be designed with appropriate flat conductors and/or foil conductors, for example.
  • the first processing module and/or the second processing module can be connected to an energy management system of the vehicle and provide the processing data to it or receive the processing data from it.
  • the energy management system is designed to monitor and/or control and/or to react in the event of an error in the first and/or the second processing module and/or the system.
  • the system can be regulated and/or diagnosed and/or monitored.
  • system is designed to electrically couple the first memory module to a plurality of second memory modules.
  • the system comprises the second storage module and the second processing module.
  • the second memory module and/or an additional memory module has or have the same properties as the first memory module, i.e. the second memory module and/or the additional memory module includes or includes the same interfaces and/or modules or the like as the first memory module.
  • the second memory module includes a fourth power interface, a second cell stack, and a fourth communication interface.
  • the second processing module has the same properties as the first processing module, i.e. the second memory module comprises the same interfaces and/or modules or the like as the first processing module.
  • the system may also include a plurality of second storage modules and a corresponding plurality of second processing modules.
  • the first cell stack comprises a number of sub-cell stacks.
  • the multiple sub-cell stacks are connected in series and/or in parallel.
  • the sub-cell stacks include the multiple individual cells.
  • the sub-cell stacks are designed to each provide electrical energy at a second nominal voltage.
  • the second voltage rating is substantially less than or equal to the first voltage rating.
  • the first cell stack comprises a respective DC-DC converter and a respective sub-cell stack monitoring module, which is designed to monitor the respective sub-cell stack.
  • the second nominal voltage is a nominal voltage of the sub-cell stack, such as 12V or the like.
  • the DC/DC converter is configured to provide galvanic isolation and is configured for use with the second nominal voltage.
  • the respective DC voltage converter can be arranged together with the respective sub-cell stack monitoring module in one structural unit or in an independent structural unit.
  • the respective DC-DC converter can also be any other device that is designed to provide galvanic isolation.
  • the respective DC voltage converters and/or the respective sub-cell stack monitoring modules are designed to balance the sub-cell stacks, in particular with regard to the second nominal voltage.
  • the first cell stack includes respective DC rails for balancing the sub-cell stack with respect to the second nominal voltage.
  • the dc rails are electrically coupled to the sub-cell stacks depending on the respective dc-dc converters.
  • the first memory module includes a third energy interface.
  • the third energy interface is designed to provide electrical energy at the second nominal voltage.
  • the system also includes a further system energy interface for providing electrical energy at the second nominal voltage.
  • Such an application may include any system of the vehicle, such as a burglar alarm system or the like, which requires electrical power at a predetermined minimum voltage in an emergency.
  • the electrical energy at the second nominal voltage is provided depending on the direct current rails of the first cell stack.
  • each of the sub-cell stacks includes a subset of the multiple individual cells.
  • the individual cells of the respective subset are connected in series and/or in parallel.
  • Each of the sub-cell stacks includes, for each individual cell of the respective subset, a respective DC-DC converter and a respective cell monitoring module, which is designed to monitor the respective individual cell.
  • the individual cells are designed to each provide electrical energy at a third nominal voltage.
  • the third voltage rating is substantially less than or equal to the second voltage rating.
  • the third rated voltage is a rated voltage of the single cells, such as 3V or so.
  • the DC/DC converter is designed to provide galvanic isolation and is designed for use with the third nominal voltage.
  • the respective DC voltage converter can be arranged together with the respective cell monitoring module in one structural unit or in an independent structural unit.
  • the monitoring data are determined or made available depending on the respective cell monitoring modules.
  • the DC-DC converter is a very small DC-DC converter, which is designed for a rated current in a mA range.
  • the respective DC-DC converter can also be any other device that is designed to provide galvanic isolation.
  • the respective DC voltage converters and/or the respective cell monitoring modules are designed to balance the individual cells of the respective subset, in particular with regard to the third nominal voltage.
  • the sub-cell stacks include respective DC rails for balancing the individual cells with respect to the third nominal voltage.
  • the direct current rails are electrically coupled to the respective subsets of the plurality of individual cells.
  • the first memory module and the second memory module are electrically coupled in such a way that the first memory module and the second memory module are connected in parallel.
  • the first system output voltage is substantially equal to the first nominal voltage. This is particularly the case when the energy store is essentially fully charged.
  • a value of the electrical power that the system can provide depending on the first system energy interface can in this case be proportional to a number of memory modules that the system has, such as a first memory module and a plurality of second memory modules.
  • the first memory module and the second memory module are electrically coupled in such a way that the first memory module and the second memory module are connected in series.
  • the first system output voltage is substantially greater than the first nominal voltage. This is particularly the case when the energy store is essentially fully charged.
  • the system can be used for a high-voltage application, such as for driving the vehicle.
  • a value of the first system output voltage for the high-voltage application is essentially 400 V or the like. This makes it possible to construct or construct the system of the energy store in a modular and variable manner for the high-voltage application. Furthermore, this makes it possible to increase the first system output voltage that the system can provide depending on the first system energy interface.
  • a value of the first system output voltage in this case, may be proportional to a number of memory modules that the system includes, such as a first memory module and a plurality of second memory modules.
  • the first system energy interface is designed with corresponding high-voltage connection terminals.
  • the system comprises a second system energy interface for providing electrical energy at a second system output voltage.
  • the second system power interface has the same properties as the first system power interface.
  • the second system energy interface is designed to provide electrical energy at a second system output voltage.
  • the second system output voltage is substantially equal to the first nominal voltage. This is particularly the case when the energy store is essentially fully charged.
  • This is advantageous, for example, when a first system of the vehicle, such as the drive of the vehicle, requires a supply voltage that essentially corresponds to the first Corresponds to the system output voltage, and a second system of the vehicle requires a supply voltage which essentially corresponds to the second system output voltage.
  • the first processing module and/or the second processing module includes the second system power interface.
  • the system comprises a third memory module and a third processing module.
  • the second system output voltage is provided depending on the third memory module.
  • the third memory module has the same properties as the first memory module, i.e. the third memory module includes the same interfaces and/or modules or the like as the first memory module.
  • the system may also include a plurality of third memory modules and a corresponding plurality of third processing modules.
  • the third processing module comprises the second system power interface.
  • the invention is characterized by a vehicle.
  • the vehicle has the system of an energy store according to the first aspect.
  • the vehicle is, for example, the vehicle according to the first aspect.
  • Optional configurations of the first aspect can also be present correspondingly in the further aspects and have corresponding effects.
  • FIG. 1 shows a schematic drawing of a memory module
  • FIG. 2 shows a schematic drawing of a cell stack
  • FIG. 3 shows a schematic drawing of a sub-cell stack
  • FIG. 4 shows a schematic drawing of a system of an energy store
  • FIG. 5 shows a first schematic drawing of a first system
  • Figure 6 is a second schematic drawing of the first system
  • Figure 7 is a third schematic drawing of the first system
  • Figure 8 is a fourth schematic drawing of the first system
  • FIG. 9 shows a first schematic drawing of a second system
  • Figure 10 is a second schematic drawing of the second system
  • Figure 11 is a third schematic drawing of the second system
  • Figure 12 is a first schematic drawing of a processing module
  • Figure 13 is a second schematic drawing of a processing module.
  • FIG. 1 shows a schematic drawing of a memory module 100.
  • the memory module 100 has an energy interface which is designed to provide electrical energy at a first nominal voltage.
  • the energy interface is in the form of a first connection terminal 101, which is representative of a positive pole of the memory module 100, and a second connection terminal 103, which is representative of a negative pole of the memory module 100.
  • the memory module 100 has a first communication interface 105 .
  • the first communication interface 105 can be designed to provide first monitoring data.
  • the first communication interface can be embodied as desired, for example in the form of a plug contact and/or as a data bus or the like.
  • the first nominal voltage is a DC voltage and a value of the first nominal voltage is substantially 48V.
  • the storage module 100 can have a cell stack 200 for providing and/or storing electrical energy.
  • the cell stack 200 can include multiple individual cells 400 .
  • the multiple individual cells can be any individual cells, such as lithium-ion cells and/or double-layer capacitors and/or supercapacitors (so-called “supercaps”), and/or sodium-ion cells or the like.
  • individual cells such as lithium-ion cells and/or double-layer capacitors and/or supercapacitors (so-called “supercaps”), and/or sodium-ion cells or the like.
  • FIG. 2 shows a schematic drawing of the cell stack 200.
  • the cell stack 200 comprises a plurality of sub-cell stacks 300 which are connected in series.
  • the sub-cell stacks 300 may be configured to each provide electrical energy at a second nominal voltage.
  • the sub-cell stack 300 includes the multiple individual cells 400.
  • the first cell stack 200 includes for each sub-cell stack 300 a respective DC-DC converter 310 and a respective sub-cell stack monitoring module 310.
  • the respective DC-DC converter 310 and the respective sub-cell stack monitoring module 310 are formed together in one structural unit.
  • the respective sub-cell stack monitoring module 310 can be designed to monitor the respective sub-cell stack 300 .
  • the second nominal voltage is a DC voltage and a value of the first nominal voltage is substantially 12V.
  • the cell stack 200 includes two DC rails 230, 240 for balancing the sub-cell stack 300 with respect to the second nominal voltage.
  • the DC bus bars 230, 240 are electrically coupled to the sub-cell stacks 300 via the respective DC-DC converters 310. FIG.
  • the cell stack has a first connection terminal 201, which is representative of a positive pole of the cell stack 200, and a second connection terminal 203, which is representative of a negative pole of the cell stack 200.
  • the cell stack 200 for providing electrical energy at the second nominal voltage includes a first terminal 231, which is representative of a positive pole of the cell stack 200, and a second terminal 241, which is representative of a negative pole of the cell stack 200.
  • the terminal 231 is electrically coupled to the DC bus 230 .
  • Terminal 241 is electrically coupled to DC bus 240 .
  • connection terminals 231, 241 or the DC busbars 230, 240 are electrically isolated from electrical potentials of the connection terminals 201, 203.
  • the memory module 100 may include a third power interface.
  • the third energy interface can be designed to provide electrical energy at the second nominal voltage depending on the connection terminals 231, 241.
  • FIG. 3 shows a schematic drawing of a sub-cell stack 300.
  • the sub-cell stack 300 comprises a subset of four of the plurality of individual cells 400 which are connected in series.
  • the individual cells 400 of the subset can be designed to each provide electrical energy at a third nominal voltage.
  • the first sub-cell stack 300 includes a respective DC voltage converter 410 and a respective sub-cell stack monitoring module 410 for each individual cell 400 of the subset.
  • the respective DC voltage converter 410 and the respective cell monitoring module 410 are formed together in one structural unit.
  • the respective sub-cell stack monitoring module 410 can be designed to monitor the respective individual cell 400 .
  • the third nominal voltage is a DC voltage and a value of the first nominal voltage is substantially 3V.
  • the sub-cell stack 300 includes two direct current rails 330, 340 for balancing the individual cells 400 with respect to the third nominal voltage.
  • the DC busbars 330, 340 are electrically coupled to the individual cells 400 via the respective DC voltage converters 410.
  • the sub-cell stack 300 for providing electrical energy at the first nominal voltage has a first terminal 301, which is representative of a positive pole of the sub-cell stack 300, and a second terminal 303, which is representative of a negative pole of the Sub-cell stack 300.
  • electrical potentials of the DC busbars 330, 340 are electrically isolated from electrical potentials of the connection terminals 301, 303.
  • FIG. 4 shows a schematic drawing of a system of an energy store for providing electrical energy.
  • the system has the memory module 100 according to FIG.
  • the system also has a processing module 500 .
  • the processing module 500 may include a second power interface, a second communication interface, a first monitoring module, a DC/DC converter, a third communication interface, and a first system power interface of the system.
  • the second communication interface has the same properties as the first communication interface 105 .
  • the first system power interface can be implemented in any way, for example in the form of a first terminal that is representative of a positive pole of the first system power interface, and a second terminal that is representative of a negative pole of the first system power interface.
  • the electrical energy or electrical power of the system can be provided depending on the first and the second connection terminal of the system.
  • the system can store electrical energy, for example by charging it appropriately, and provide it.
  • the processing module 500 is electrically and/or mechanically couplable to the memory module 100 .
  • FIG. 5 shows a first schematic drawing of a first system.
  • the first schematic drawing of the first system is representative of a two-dimensional orthogonal projection in plan view of the first system.
  • the first distributed system includes a first memory module 100a, a second memory module 100b, a first processing module 510a and a second processing module 510b.
  • the first memory module 100a and the second memory module 100b each have the same properties as the memory module 100 according to FIG.
  • the first processing module 510a and the second processing module 510b each have the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the first processing module 510a is electrically coupled to the memory module 100a depending on connection terminals 101a, 103a of the memory module 100a.
  • the second processing module 510b is electrically coupled to the memory module 100b depending on connection terminals 101b, 103b of the memory module 100a.
  • the first memory module 100a and the second memory module 100b are electrically coupled such that the first memory module 100a and the second memory module 100b are connected in series.
  • the first processing module 510a and the second processing module 510b are designed for this specific electrical coupling of the series circuit.
  • a first system output voltage of the first system is substantially greater than a first nominal voltage of the first memory module 100a and the second memory module 100b.
  • a value of the first system output voltage is substantially twice a value of the first nominal voltage, and thus 96 V.
  • the first system can be used for a high-voltage application, such as for driving a vehicle.
  • the dashed lines shown in the first processing module 510a and the second processing module 510b are representative of power contacts for electrically coupling the series circuit.
  • FIG. 6 shows a second schematic drawing of the first system.
  • the second schematic drawing of the first system is representative of a circuit diagram or block diagram of the first system.
  • the first system additionally includes further second memory modules 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, as well as corresponding further second processing modules, which, however, are not shown explicitly for reasons of clarity.
  • the other memory modules 100c-100h have the same properties as the memory module 100 according to FIG.
  • the further second processing modules have the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the first processing module 510a has a DC/DC converter 511a.
  • the second processing module 510b has a DC/DC converter 511b.
  • the other second processing modules each have DC converters 511c, 511d, 51le, 511f, 511g, 511h.
  • the first memory module 100a includes a cell stack 200a.
  • the second memory module 100b and the further second memory modules 100c-100h also have respective cell stacks.
  • the memory modules 100a-100h are electrically coupled such that they are connected in series.
  • a value of the first system output voltage is substantially twice a value of the first nominal voltage, and thus 96 V.
  • the first system includes a first system power interface for providing electrical power at a first system output voltage in the form of a first terminal 601 representative of a positive pole of the first system power interface and a second terminal 603 representative of a negative pole. Pole of the first system energy interface is running.
  • the first system includes eight memory modules 100a-100h.
  • a value of the first system output voltage in this case is essentially eight times a value of the first nominal voltage, and is therefore 384 V.
  • the first system includes a second system power interface for providing electrical power at a second system output voltage in the form of a first terminal 605 representative of a positive pole of the second system power interface and a second terminal 607 representative of a negative pole. Pole of the second system energy interface, executed.
  • the first system includes two DC busbars 609, 611 for balancing the memory modules 100a-100h with respect to the first nominal voltage.
  • the DC busbars 609, 611 are electrically coupled to the memory modules 100a-100h via the respective DC voltage converters 511a-511h.
  • the DC busbars 609, 611 or parts of the DC busbars 609, 611 are arranged in a structural unit with the respective processing modules.
  • electrical potentials of the DC busbars 609, 611 are electrically isolated from electrical potentials of the connection terminals 601, 603 or the connection terminals 605, 607.
  • a value of the second system output voltage according to FIG. 6 is essentially as high as a value of the first nominal voltage, and is therefore 48 V.
  • connection terminals 605, 607 are electrically coupled to connection terminals of the first memory module 100a.
  • electrical power that the first system can provide as a function of the second system energy interface is dependent on electrical power that the first memory module 100a can provide.
  • connection terminals 605, 607 can be electrically coupled to the DC bus bars 609, 611 and not to the connection terminals of the first memory module 100a.
  • electrical power that the first system can provide depending on the second system energy interface is dependent on specified nominal powers of the DC/DC converters 511a-511h or the sum of the respective specified nominal powers.
  • electrical potentials of the DC busbars 609, 611 or of the connecting terminals 605, 607 are galvanically isolated from electrical potentials of the.
  • FIG. 7 shows a third schematic drawing of the first system.
  • the third schematic drawing of the first system is representative of another circuit diagram or block diagram of the first system.
  • the first system also includes a third memory module 100i and a corresponding third processing module, which, however, is not shown explicitly for reasons of clarity.
  • the third memory module 100i has the same properties as the memory module 100 according to FIG.
  • the third processing module has the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the first system according to FIG. 7 does not include the memory module 100h and the corresponding processing module.
  • the first system comprises eight memory modules 100a-100g and 100i.
  • the value of the first system output voltage in this case is essentially eight times a value of the first nominal voltage, and is therefore 384 V.
  • connection terminals 605, 607 are electrically coupled both to the connection terminals of the third memory module 100i and to the direct current rails 609, 611.
  • the electrical power that the first system can provide depending on the second system energy interface depends on the electrical power that the third storage module 100i can provide and also depends on the specified rated power of the DC-DC converters 511a-511g or the Sum of the respective specified nominal power.
  • the specified rated powers of the DC-DC converters 511a-511h are each 500 W and the electrical power that the third storage module 100i can provide is 5 kW.
  • the electrical power that the system can provide depending on the second system energy interface is 4 kW at 48 V.
  • the embodiment according to FIG System power interface can provide from 8.5 kW at 48 V.
  • the electrical potentials of the DC busbars 609, 611 are not electrically isolated from electrical potentials of the connection terminals 605, 607.
  • the potential of the connection terminal 603 is not electrically isolated from the potential of the connection terminal 607. This can also be referred to as the common ground potential of the first system energy interface and the second system energy interface.
  • the third processing module can have a DC-DC converter, via which the third memory module 100i can be electrically coupled to the DC rails 609, 611.
  • FIG. 8 shows a fourth schematic drawing of the first system.
  • the fourth schematic drawing of the first system is representative of a three-dimensional projection of the first system.
  • the first system according to Figure 8 includes the first system energy interface in the form of connection terminals 601, 603.
  • connection terminals 601, 603 are designed as corresponding high-voltage connection terminals.
  • the memory modules 100a-100c and the processing modules 510a-510c are electrically and/or mechanically coupled to corresponding electrical and/or mechanical contacts.
  • FIG. 9 shows a first schematic drawing of a second system.
  • the first schematic drawing of the second system is representative of a two-dimensional orthogonal projection in the form of a plan view of the second system.
  • the second distributed system includes the first memory module 100a, the second memory module 100b, a first processing module 520a and a second processing module 520b.
  • the first memory module 100a and the second memory module 100b each have the same properties as the memory module 100 according to FIG.
  • the first processing module 520a and the second processing module 520b each have the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the first processing module 520a is electrically coupled to the memory module 100a depending on connection terminals 101a, 103a of the memory module 100a.
  • the second processing module 520b is electrically coupled to the memory module 100b depending on connection terminals 101b, 103b of the memory module 100a.
  • the first memory module 100a and the second memory module 100b are electrically coupled such that the first memory module 100a and the second memory module 100b are connected in parallel.
  • the first processing module 520a and the second processing module 520b are designed for this specific electrical coupling of the parallel connection.
  • a first system output voltage of the first system is substantially equal to the first nominal voltage of the first memory module 100a and the second memory module 100b, respectively.
  • the value of the first system output voltage in this case is substantially equal to the value of the first nominal voltage, and is therefore 48 V.
  • the dashed lines shown in the first processing module 520a and the second processing module 520b are representative of power contacts for electrically coupling the parallel circuit.
  • the power contacts are designed as busbars (so-called “power rails”) and arranged in a structural unit with the processing modules 520a, 520b.
  • FIG. 10 shows a second schematic drawing of the second system.
  • the second schematic drawing of the first system is representative of a schematic or block diagram of the second system.
  • the second system also includes further second memory modules 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, as well as corresponding further second processing modules, which, however, are not shown explicitly for reasons of clarity.
  • the other memory modules 100c-100h have the same properties as the memory module 100 according to FIG.
  • the further second processing modules have the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the first memory module 100a includes a cell stack 200a.
  • the second memory module 100b and the further second memory modules 100c-100h also have respective cell stacks.
  • the memory modules 100a-100h are electrically coupled such that they are connected in parallel.
  • the value of the first system output voltage in this case is essentially the same as the value of the first nominal voltage, and is therefore 48 V.
  • the second system includes the first system power interface for providing electrical power at a first system output voltage in the form of a first terminal 701 representative of a positive pole of the first system power interface and a second terminal 703 representative of a negative pole. Pole of the first system power interface, executed.
  • the second system includes eight memory modules 100a-100h.
  • the electrical power that the first system can provide as a function of the first system energy interface is dependent on electrical power that the memory modules 100a-100h can provide.
  • this makes it possible to compare the electrical power that the second system can provide as a function of the first system energy interface at the first nominal voltage with respect to the electrical power that the first system according to the embodiments according to FIGS. 6 and 7 can provide as a function of the second system energy interface can provide at the first nominal voltage.
  • the electrical power that the storage modules 100a-100h can provide is 5 kW in each case.
  • the electrical power that the system can provide depending on the second system energy interface is 8.5 kW at 48 V.
  • FIG. 11 shows a third schematic drawing of the second system.
  • the third schematic drawing of the second system is representative of a three-dimensional projection of the first system.
  • the second system according to Figure 11 includes the first system energy interface in the form of connection terminals 701, 703.
  • Figure 12 shows a schematic drawing of a first embodiment of a processing module 530.
  • the processing module 530 has the same properties as the processing module 500 according to FIG.
  • the processing module 530 includes a power interface.
  • the power interface is in the form of a first terminal 531 representative of a positive terminal of the processing module 530 and a second terminal 533 representative of a negative terminal of the processing module 530 .
  • connection terminals 101, 103 of the memory module 100 are arranged on an outer surface of the memory module 100, for example.
  • connection terminals 531, 533 of the processing module 530 are arranged on an outer surface of the processing module 530, for example.
  • connection terminals 531, 533 are designed or shaped in such a way that the processing module 530 can be mechanically and/or electrically coupled to the memory module 100 in such a way that when the outer surface of the memory module 100 faces the outer surface of the processing module, the processing module 530 can be coupled to one another via an axis which connects the two outer surfaces to one another. This can also be referred to as horizontal coupling.
  • the processing module 530 has a second communication interface 535, which has the same properties as the first communication interface 105 according to Figure 1.
  • the processing module 530 has a first monitoring module 537 and a DC voltage converter 537, which are formed together in one structural unit are. Additionally, this common assembly may include a plug contact or the like to electrically and/or mechanically couple or decouple the common assembly to the processing module 530 .
  • the processing module 530 has a third communication interface 539, which can be embodied as flat conductors and/or foil conductors.
  • the third communication interface 539 can be designed to receive processing data from another processing module or to provide it.
  • the third communication interface 539 is arranged on a front side of the processing module 530.
  • Figure 13 shows a schematic drawing of a second embodiment of a processing module 540.
  • the processing module 540 has the same properties as the processing module 530, the connection terminals 541, 543 according to FIG With the outer surface of the memory module 100 facing the outer surface of the processing module, the processing module 530 can be coupled to one another via an axis which is parallel to the outer surfaces. This can also be referred to as vertical coupling.

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Abstract

Ein System eines Energiespeichers umfasst eine erste Systemenergieschnittstelle (601, 603), ein erstes Speichermodul (100a) und ein erstes Verarbeitungsmodul (510a). Das erste Speichermodul (100a) umfasst eine erste Energieschnittstelle, einen ersten Zellstapel, der mehrere Einzelzellen umfasst, und eine erste Kommunikationsschnittstelle. Das erste Verarbeitungsmodul (510a) umfasst eine zweite Energieschnittstelle, eine zweite Kommunikationsschnittstelle, ein erstes Überwachungsmodul, einen Gleichspannungswandler, eine dritte Kommunikationsschnittstelle, und die erste Systemenergieschnittstelle (601, 603). Das System ist dazu ausgebildet, abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul (510a) und einem zweiten Verarbeitungsmodul (510b), das erste Speichermodul (100a) mit einem zweiten Speichermodul (100b) elektrisch zu koppeln.

Description

Beschreibung
System eines Energiespeichers und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein System eines Energiespeichers. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fahrzeug.
Fahrzeuge können Energiespeicher in Form von Speichermodulen aufweisen. Die Speichermodule können in Serie und/oder parallel geschaltet werden.
Eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein System zu schaffen, das zu einem sicheren sowie energieeffizientem Energiespeicher beiträgt. Darüber hinaus soll ein korrespondierendes Fahrzeug geschaffen werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein System eines Energiespeichers.
Gemäß dem ersten Aspekt umfasst das System eine erste Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer ersten Systemausgangsspannung. Des Weiteren umfasst das System ein erstes Speichermodul zur Speicherung elektrischer Energie. Das erste Speichermodul umfasst eine erste Energieschnittstelle, einen ersten Zellstapel und eine erste Kommunikationsschnittstelle. Die erste Energieschnittstelle ist dazu ausgebildet, elektrische Energie bei einer ersten Nennspannung bereitzustellen. Der erste Zellstapel umfasst mehrere Einzelzellen. Die erste Kommunikationsschnittstelle ist dazu ausgebildet, erste Überwachungsdaten bezüglich einer Überwachung der mehreren Einzelzellen bereitzustellen. Des Weiteren umfasst das System ein erstes Verarbeitungsmodul. Das erste Verarbeitungsmodul umfasst eine zweite Energieschnittstelle, eine zweite Kommunikationsschnittstelle, ein erstes Überwachungsmodul, einen Gleichspannungswandler, eine dritte Kommunikationsschnittstelle und die erste Systemenergieschnittstelle. Die zweite Kommunikationsschnittstelle ist dazu ausgebildet, die ersten Überwachungsdaten zu empfangen. Das erste Überwachungsmodul ist dazu ausgebildet, abhängig von den Überwachungsdaten die mehreren Einzelzellen zu überwachen. Die dritte Kommunikationsschnittstelle ist dazu ausgebildet, Verarbeitungsdaten von einem zweiten Verarbeitungsmodul zu empfangen oder diesem bereitzustellen. Das System ist dazu ausgebildet, abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul und dem zweiten
Verarbeitungsmodul, das erste Speichermodul mit einem zweiten Speichermodul elektrisch zu koppeln.
Durch das System gemäß dem ersten Aspekt ist es möglich, das System des Energiespeichers modular und variabel anzuordnen bzw. aufzubauen bzw. zu konstruieren. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um eine Handhabung bezüglich des Energiespeichers zu vereinfachen, insbesondere eine Fertigung des Energiespeichers und/oder einen Austausch bzw. eine Reparatur der entsprechenden Module oder dergleichen.
Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die Ermittlung der Überwachungsdaten von der Überwachung der mehreren Einzelzellen zu trennen.
Durch das System gemäß dem ersten Aspekt ist es weiterhin möglich, die erste Systemausgangsspannung abhängig von der modularen Anordnung des Energiespeichers einzustellen. Insbesondere ist die erste Systemausgangsspannung abhängig von einer Ausführung des ersten Verarbeitungsmoduls.
Beispielsweise ist das System gemäß dem ersten Aspekt insbesondere für den Einsatz als Energiespeicher in einem Fahrzeug geeignet, wie beispielsweise zu einer Bordnetzversorgung des Fahrzeuges und/oder zum Antrieb des Fahrzeuges. Das Fahrzeug kann ein beliebiges Fahrzeug sein, das einen Energiespeicher benötig, wie beispielsweise ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug und/oder ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.
Beispielsweise ist das System gemäß dem ersten Aspekt für eine automatisierte Fertigung, wie beispielsweise durch einen Roboter geeignet.
Das System kann unter Sitzen des Fahrzeuges verbaut sein, beispielsweise in einer sogenannten Sandwichbauweise. Der Energiespeicher kann auch als Fahrzeugbatterie bzw. Fahrzeugakkumulator bezeichnet werden. Der Energiespeicher bzw. das erste Speichermodul und/oder das zweite Speichermodul können elektrische Energie speichern, beispielsweise durch entsprechendes Aufladen, sowie bereitstellen.
Beispielsweise ist das erste Speichermodul als Gleichteil ausgeführt. Dadurch können höhere Stückzahlen der Speichermodule gefertigt werden, zu einer Reduktion der Fertigungskosten beitragen kann (sogenannte „economy of scale“). Des Weiteren wird dadurch beispielsweise nur noch eine einzige Art von Speichermodul in dem Fahrzeug benötigt.
Das System gemäß dem ersten Aspekt ist insbesondere vorteilhaft gegenüber einem System, bei dem das erste Speichermodul nicht als Gleichteil ausgeführt ist bezüglich einer energetischen und datentechnischen Kopplung, und bei dem der Gleichspannungswandler des ersten Speichermoduls, eine Einzelzellenüberwachung, eine Symmetrierung der mehreren Einzelzellen, eine Überwachung des ersten Zellstapels bzw. der Sub-Zellstapel und eine Symmetrierung der Sub-Zellstapel getrennt voneinander angeordnet sind und nicht kombinierbar.
Die mehreren Einzelzellen können beliebige Einzelzellen sein, wie beispielsweise Lithium- lonen-Zellen und/oder Doppelschichtkondensatoren und/oder Superkondensatoren (sogenannte „Supercaps“), und/oder Natrium-Ionen-Zellen oder dergleichen.
Die erste Systemenergieschnittstelle kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise in Form von einer ersten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, und einer zweiten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle. Die elektrische Energie bzw. eine elektrische Leistung des Systems kann abhängig von der ersten und der zweiten Anschlussklemme der ersten Systemenergieschnittstelle bereitgestellt werden.
Die erste Energieschnittstelle kann beliebig ausgeführt sein, beispielsweise in Form von einer ersten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol des ersten Speichermoduls, und einer zweiten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol des ersten Speichermoduls. Die elektrische Energie bzw. eine elektrische Leistung des ersten Speichermoduls kann abhängig von der ersten und der zweiten Anschlussklemme des ersten Speichermoduls bereitgestellt werden.
Die zweite Energieschnittstelle weißt dieselben Eigenschaften wie die erste Energieschnittstelle auf.
Die Spannungen gemäß dem ersten Aspekt und dessen optionalen Ausgestaltungen sind im Wesentlichen Gleichspannungen.
Die erste Nennspannung ist eine Nennspannung des Zellstapels, wie beispielsweise 48 V oder dergleichen.
Die erste Kommunikationsschnittstelle kann beliebig ausgeführt sein, wie beispielsweise in Form eines Steckkontakts und/oder als Datenbus oder dergleichen.
Die erste Kommunikationsschnittstelle kann auch als Schnittstelle der Einzelzell- und Moduldatensensorik bezeichnet werden.
Die zweite Kommunikationsschnittstelle weißt dieselben Eigenschaften wie die erste Kommunikationsschnittstelle auf.
Die Überwachungsdaten sind repräsentativ für Informationen von Sensoren für die Überwachung der mehreren Einzelzellen, wie beispielsweise eine jeweilige Zellspannung einer Einzelzelle und/oder eine Zelltemperatur der Einzelzelle oder dergleichen.
Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgebildet, eine galvanische Trennung für eine vorgegebene Nennleistung bereitzustellen. Der Gleichspannungswandler kann gemeinsam mit dem ersten Überwachungsmodul in einer Baueinheit angeordnet sein oder in einer eigenständigen Baueinheit, beispielsweise auf einer Leiterplatte.
Beispielsweise kann der Gleichspannungswandler über einen entsprechenden Steckkontakt mit dem ersten Verarbeitungsmodul elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt werden. Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler als Gleichteil ausgeführt. Dadurch können höhere Stückzahlen der Gleichspannungswandler gefertigt werden, was zu einer Reduktion der Fertigungskosten beitragen kann (sogenannte „economy of scale“). Des Weiteren kann der Gleichspannungswandler dadurch effizient und einfach ausgetauscht werden. Somit kann eine Konfiguration des ersten Verarbeitungsmoduls einfach angepasst werden.
Beispielsweise kann der Gleichspannungswandler als Bestückungsoption bei der Fertigung des Energiespeichers und/oder dem Austausch bzw. der Reparatur der entsprechenden Module oder dergleichen, mit unterschiedlichen vorgegebenen Nennleistungen gefertigt werden, wie beispielsweise 500 W oder 200 W oder dergleichen.
Der Gleichspannungswandler kann auch eine beliebige andere Vorrichtung sein, die dazu ausgebildet ist, eine galvanische Trennung für die vorgegebene Nennleistung bereitzustellen.
Beispielsweise kann das erste Verarbeitungsmodul auch mehrere Gleichspannungswandler umfassen, die entsprechend ausgebildet sind.
Das erste Verarbeitungsmodul kann elektrisch und/oder mechanisch mit dem ersten Speichermodul gekoppelt werden. Das erste Verarbeitungsmodul ist als Verbindungseinheit zwischen dem ersten Speichermodul und dem zweiten Verarbeitungsmodul ausgebildet. Beispielsweise können das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul so auf einer horizontalen Ebene nebeneinander angeordnet werden in dem Fahrzeug.
Das erste Überwachungsmodul umfasst beispielsweise einen Prozessor und/oder eine Schaltungseinrichtung zur Überwachung der mehreren Einzelzellen.
Abhängig von der dritten Kommunikationsschnittstelle können die Verarbeitungsdaten von dem zweiten Verarbeitungsmodul über einen Datenbus empfangen oder von diesem bereitgestellt werden. Der Datenbus kann beispielsweise mit entsprechenden Flachleitern und/oder Folienleitem ausgeführt sein. Beispielsweise kann bzw. können abhängig von dem Datenbus das erste Verarbeitungsmodul und/oder das zweite Verarbeitungsmodul mit einem Energiemanagementsystem des Fahrzeuges verbunden werden und diesem die Verarbeitungsdaten bereitstellen oder die Verarbeitungsdaten von diesem empfangen. Das Energiemanagementsystem ist zur Überwachung und/oder Steuerung und/oder zur Reaktion bei einem Fehler des ersten und/oder des zweiten Verarbeitungsmodul und/oder des Systems ausgebildet.
Abhängig von den Verarbeitungsdaten kann das System geregelt und/oder diagnostiziert und/oder überwacht werden.
Des Weiteren ist das System dazu ausgebildet das erste Speichermodul mit mehreren zweiten Speichermodulen elektrisch zu koppeln.
Gemäß einer optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst das System das zweite Speichermodul und das zweite Verarbeitungsmodul.
Das zweite Speichermodul und/oder ein weiteres Speichermodul weist bzw. weisen dieselben Eigenschaften auf, wie das erste Speichermodul, d.h. das zweite Speichermodul und/oder das weitere Speichermodul umfasst bzw. umfassen dieselben Schnittstellen und/oder Module oder dergleichen wie das erste Speichermodul. Beispielsweise umfasst das zweite Speichermodul eine vierte Energieschnittstelle, einen zweiten Zellstapel und eine vierte Kommunikationsschnittstelle. Das zweite Verarbeitungsmodul weist dieselben Eigenschaften auf, wie das erste Verarbeitungsmodul, d.h. das zweite Speichermodul umfasst dieselben Schnittstellen und/oder Module oder dergleichen wie das erste Verarbeitungsmodul.
Hierdurch ist es möglich, das System des Energiespeichers modular und variabel anzuordnen bzw. aufzubauen bzw. zu konstruieren. Des Weiteren kann hierdurch eine Speicherkapazität des Energiespeichers einfach und effizient erweitert werden.
Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die Bordnetzversorgung abhängig von den verteilten Gleichspannungswandlem des ersten und des zweiten Speichermoduls bereitzustellen.
Zur Vereinfachung werden die folgenden optionalen Ausgestaltungen nur für das erste Speichermodul ausgeführt. Diese können jedoch auch entsprechend bei dem zweiten Speichermodul und/oder einem weiteren Speichermodul vorhanden sein und entsprechende Wirkungen aufweisen. Das System kann auch mehrere zweite Speichermodule und entsprechende mehrere zweite Verarbeitungsmodule umfassen.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst der erste Zellstapel mehrere Sub-Zellstapel. Die mehreren Sub-Zellstapel sind in Serie und/oder parallel geschaltet. Die Sub-Zellstapel umfassen die mehreren Einzelzellen. Die Sub- Zellstapel sind dazu ausgebildet, jeweils elektrische Energie bei einer zweiten Nennspannung bereitzustellen. Die zweite Nennspannung ist im Wesentlichen kleiner als oder gleich der ersten Nennspannung. Der erste Zellstapel umfasst für jeden Sub-Zellstapel einen jeweiligen Gleichspannungswandler und ein jeweiliges Subzellstapelüberwachungsmodul, das dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Sub-Zellstapel zu überwachen.
Hierdurch ist es möglich, das erste Speichermodul modular und variabel anzuordnen bzw. aufzubauen bzw. zu konstruieren.
Die zweite Nennspannung ist eine Nennspannung des Sub-Zellstapels, wie beispielsweise 12 V oder dergleichen.
Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgebildet, eine galvanische Trennung bereitzustellen und für eine Verwendung mit der zweiten Nennspannung ausgebildet.
Der jeweilige Gleichspannungswandler kann gemeinsam mit dem jeweiligen Subzellstapelüberwachungsmodul in einer Baueinheit angeordnet sein oder in einer eigenständigen Baueinheit.
Der jeweilige Gleichspannungswandler kann auch eine beliebige andere Vorrichtung sein, die dazu ausgebildet ist, eine galvanische Trennung bereitzustellen.
Beispielsweise sind die jeweiligen Gleichspannungswandler und/oder die jeweiligen Subzellstapelüberwachungsmodule zur Symmetrierung der Sub -Zell stapel ausgebildet, insbesondere bezüglich der zweiten Nennspannung. Beispielsweise umfasst der erste Zell stapel jeweilige Gleichstromschienen zur Symmetrierung der Sub-Zellstapel bezüglich der zweiten Nennspannung. Die Gleichstromschienen sind abhängig von den jeweiligen Gleichspannungswandlern mit den Sub-Zell stapeln elektrisch gekoppelt.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst das erste Speichermodul eine dritte Energieschnittstelle. Die dritte Energieschnittstelle ist dazu ausgebildet, elektrische Energie bei der zweiten Nennspannung bereitzustellen.
Beispielsweise umfasst in diesem Fall auch das System eine weitere Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei der zweiten Nennspannung.
Hierdurch ist es möglich, elektrische Energie bei der zweiten Nennspannung bereitzustellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, für Anwendungen, in denen elektrische Energie bei einer Spannung benötigt wird, die ungleich der ersten Systemausgangsspannung und/oder ungleich der ersten Nennspannung ist. Eine derartige Anwendung kann ein beliebiges System des Fahrzeuges umfassen, wie beispielsweise eine Dieb stahl Warnanlage oder dergleichen, welches in einem Notfall elektrische Energie bei einer vorgegebenen Mindestspannung benötigt.
Beispielsweise wird die elektrische Energie bei der zweiten Nennspannung abhängig von den Gleichstromschienen des ersten Zellstapels bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst jeder der Sub- Zellstapel eine Teilmenge der mehreren Einzelzellen. Die Einzelzellen der jeweiligen Teilmenge sind in Serie und/oder parallel geschaltet. Jeder der Sub -Zell stapel umfasst für jede Einzelzelle der jeweiligen Teilmenge einen jeweiligen Gleichspannungswandler und ein jeweiliges Zellüberwachungsmodul, das dazu ausgebildet ist, die jeweilige Einzelzelle zu überwachen.
Hierdurch ist es möglich, die Sub-Zellstapel modular und variabel anzuordnen bzw. aufzubauen bzw. zu konstruieren. Die Einzelzellen sind dazu ausgebildet, jeweils elektrische Energie bei einer dritten Nennspannung bereitzustellen. Die dritte Nennspannung ist im Wesentlichen kleiner als oder gleich der zweiten Nennspannung.
Die dritte Nennspannung ist eine Nennspannung der Einzelzellen, wie beispielsweise 3 V oder dergleichen.
Der Gleichspannungswandler ist dazu ausgebildet, eine galvanische Trennung bereitzustellen und für eine Verwendung mit der dritten Nennspannung ausgebildet.
Der jeweilige Gleichspannungswandler kann gemeinsam mit dem jeweiligen Zellüberwachungsmodul in einer Baueinheit angeordnet sein oder in einer eigenständigen Baueinheit.
Beispielsweise werden die Überwachungsdaten abhängig von den jeweiligen Zellüberwachungsmodulen ermittelt bzw. bereitgestellt.
Beispielsweise ist der Gleichspannungswandler ein Kleinst-Gleichspannungswandler, der für einen Nennstrom in einem mA-Bereich ausgebildet ist.
Der jeweilige Gleichspannungswandler kann auch eine beliebige andere Vorrichtung sein, die dazu ausgebildet ist, eine galvanische Trennung bereitzustellen.
Beispielsweise sind die jeweiligen Gleichspannungswandler und/oder die jeweiligen Zellüberwachungsmodule zur Symmetrierung der Einzelzellen der jeweiligen Teilmenge ausgebildet, insbesondere bezüglich der dritten Nennspannung.
Beispielsweise umfassen die Sub-Zellstapel jeweilige Gleichstromschienen zur Symmetrierung der Einzelzellen bezüglich der dritten Nennspannung. Die Gleichstromschienen sind abhängig von den jeweiligen Gleichspannungswandlern mit den jeweiligen Teilmengen der mehreren Einzelzellen elektrisch gekoppelt. Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts sind, abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul und dem zweiten Verarbeitungsmodul, das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul, derart elektrisch gekoppelt, dass das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul parallel geschaltet sind.
Beispielsweise ist abhängig von der elektrischen Kopplung des ersten Speichermoduls und des zweiten Speichermoduls die erste Systemausgangsspannung im Wesentlichen gleich als die erste Nennspannung. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Energiespeicher im Wesentlichen voll aufgeladen ist.
Hierdurch ist es möglich, das System des Energiespeichers modular und variabel aufzubauen bzw. zu konstruieren. Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die elektrische Leistung, die das System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann zu erhöhen. Ein Wert der elektrischen Leistung die das System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, kann in diesem Fall proportional sein zu einer Anzahl an Speichermodulen, die das System aufweist, wie beispielsweise ein erstes Speichermodul und mehrere zweite Speichermodule.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts sind, abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul und dem zweiten Verarbeitungsmodul, das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul, derart elektrisch gekoppelt, dass das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul in Serie geschaltet sind.
Beispielsweise ist abhängig von der elektrischen Kopplung des ersten Speichermoduls und des zweiten Speichermoduls die erste Systemausgangsspannung im Wesentlichen größer als die erste Nennspannung. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Energiespeicher im Wesentlichen voll aufgeladen ist.
Das System kann in diesem Fall für eine Hochvoltanwendung verwendet werden, wie beispielsweise zum Antrieb des Fahrzeuges. Beispielsweise ist ein Wert der ersten Systemausgangsspannung für die Hochvoltanwendung im Wesentlichen 400 V oder dergleichen. Hierdurch ist es möglich, das System des Energiespeichers modular und variabel für die Hochvoltanwendung aufzubauen bzw. zu konstruieren. Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die erste Systemausgangsspannung, die das System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann zu erhöhen. Ein Wert der ersten Systemausgangsspannung, kann in diesem Fall proportional sein zu einer Anzahl an Speichermodulen, die das System aufweist, wie beispielsweise ein erstes Speichermodul und mehrere zweite Speichermodule.
Dies ist beispielsweise vorteilhaft, gegenüber einem Fall, in dem das System ein Speichermodul aufweist, bei dem die Nennspannung des Zellstapels für die Hochvoltanwendung dimensioniert ist.
Beispielsweise ist in diesem Fall die erste Systemenergieschnittstelle mit entsprechenden Hochvolt- Anschlussklemmen ausgeführt.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst das System eine zweite Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer zweiten Systemausgangsspannung.
Die zweite Systemenergieschnittstelle weist dieselben Eigenschaften auf wie die erste Systemenergieschnittstelle.
Die zweite Systemenergieschnittstelle ist zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer zweiten Systemausgangsspannung ausgebildet.
Die zweite Systemausgangsspannung ist im Wesentlichen gleich der ersten Nennspannung. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Energiespeicher im Wesentlichen voll aufgeladen ist.
Hierdurch ist es möglich, auch wenn das erste Speichermodul und das zweite Speichermodul in Serie geschaltet sind, und die erste Systemausgangsspannung im Wesentlichen größer ist als die erste Nennspannung, die zweite Systemausgangsspannung bereitzustellen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn ein erstes System des Fahrzeuges, wie beispielsweise der Antrieb des Fahrzeuges, eine Versorgungsspannung benötigt, die im Wesentlichen der ersten Systemausgangsspannung entspricht, und ein zweites System des Fahrzeuges, eine Versorgungsspannung benötigt, die im Wesentlichen der zweiten Systemausgangsspannung entspricht.
Beispielsweise umfasst das erste Verarbeitungsmodul und/oder das zweite Verarbeitungsmodul die zweite Systemenergieschnittstelle.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausgestaltung des ersten Aspekts umfasst das System ein drittes Speichermodul und ein drittes Verarbeitungsmodul. Die zweite Systemausgangsspannung wird abhängig von dem dritten Speichermodul bereitgestellt.
Das dritte Speichermodul weist dieselben Eigenschaften auf, wie das erste Speichermodul, d.h. das dritte Speichermodul umfasst dieselben Schnittstellen und/oder Module oder dergleichen wie das erste Speichermodul.
Das System kann auch mehrere dritte Speichermodule und entsprechende mehrere dritte Verarbeitungsmodule umfassen.
Hierdurch ist es möglich, das System des Energiespeichers modular und variabel aufzubauen bzw. zu konstruieren. Des Weiteren ist es hierdurch möglich, die elektrische Leistung, die das System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann zu erhöhen. Ein Wert der elektrischen Leistung die das System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, kann in diesem Fall proportional sein zu einer Anzahl an dritten Speichermodulen, die das System aufweist.
Beispielsweise umfasst das dritte Verarbeitungsmodul in diesem Fall die zweite Systemenergieschnittstelle.
Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Fahrzeug. Das Fahrzeug weist das System eines Energiespeichers gemäß dem ersten Aspekt auf.
Das Fahrzeug ist beispielsweise das Fahrzeug gemäß dem ersten Aspekt. Optionale Ausgestaltungen des ersten Aspekts können auch entsprechend bei den weiteren Aspekten vorhanden sein und entsprechende Wirkungen aufweisen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Zeichnung eines Speichermoduls,
Figur 2 eine schematische Zeichnung eines Zellstapels,
Figur 3 eine schematische Zeichnung eines Sub-Zellstapels,
Figur 4 eine schematische Zeichnung eines Systems eines Energiespeichers,
Figur 5 eine erste schematische Zeichnung eines ersten Systems,
Figur 6 eine zweite schematische Zeichnung des ersten Systems,
Figur 7 eine dritte schematische Zeichnung des ersten Systems,
Figur 8 eine vierte schematische Zeichnung des ersten Systems,
Figur 9 eine erste schematische Zeichnung eines zweiten Systems,
Figur 10 eine zweite schematische Zeichnung des zweiten Systems,
Figur 11 eine dritte schematische Zeichnung des zweiten Systems,
Figur 12 eine erste schematische Zeichnung eines Verarbeitungsmoduls, und
Figur 13 eine zweite schematische Zeichnung eines Verarbeitungsmoduls.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figur 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Speichermoduls 100. Das Speichermodul 100 weist eine Energieschnittstelle auf, die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie bei einer ersten Nennspannung bereitzustellen. Die Energieschnittstelle ist in Form von einer ersten Anschlussklemme 101, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol des Speichermoduls 100, und einer zweiten Anschlussklemme 103, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol des Speichermoduls 100, ausgebildet. Des Weiteren weist das Speichermodul 100 eine erste Kommunikationsschnittstelle 105 auf.
Beispielsweise kann die erste Kommunikationsschnittstelle 105 dazu ausgebildet sein, erste Überwachungsdaten bereitzustellen.
Beispielsweise kann die erste Kommunikationsschnittstelle beliebig ausgeführt sein, wie beispielsweise in Form eines Steckkontakts und/oder als Datenbus oder dergleichen.
Beispielsweise ist die erste Nennspannung eine Gleichspannung und ein Wert der ersten Nennspannung beträgt im Wesentlichen 48 V.
Beispielsweise kann das Speichermodul 100 einen Zellstapel 200 zur Bereitstellung und/oder Speicherung elektrischer Energie aufweisen. Beispielsweise kann der Zell stapel 200 mehrere Einzelzellen 400 umfassen.
Beispielsweise können die mehreren Einzelzellen beliebige Einzelzellen sein, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen und/oder Doppelschichtkondensatoren und/oder Superkondensatoren (sogenannte „Supercaps“), und/oder Natrium-Ionen-Zellen oder dergleichen.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Zeichnung des Zellstapels 200. Der Zellstapel 200 umfasst mehrere Sub-Zellstapel 300, die in Serie geschaltet sind.
Beispielsweise können die Sub-Zellstapel 300 dazu ausgebildet sein, jeweils elektrische Energie bei einer zweiten Nennspannung bereitzustellen. Die Sub-Zellstapel 300 umfassen die mehreren Einzelzellen 400. Der erste Zellstapel 200 umfasst für jeden Sub-Zellstapel 300 einen jeweiligen Gleichspannungswandler 310 und ein jeweiliges Subzellstapelüberwachungsmodul 310. Der jeweilige Gleichspannungswandler 310 und das jeweilige Subzellstapelüberwachungsmodul 310 sind gemeinsam in einer Baueinheit ausgebildet.
Beispielsweise kann das jeweilige Subzellstapelüberwachungsmodul 310 dazu ausgebildet sein, den jeweiligen Sub-Zellstapel 300 zu überwachen.
Beispielsweise ist die zweite Nennspannung eine Gleichspannung und ein Wert der ersten Nennspannung beträgt im Wesentlichen 12 V.
Des Weiteren umfasst der Zellstapel 200 zwei Gleichstromschienen 230, 240 zur Symmetrierung der Sub-Zellstapel 300 bezüglich der zweiten Nennspannung. Die Gleichstromschienen 230, 240 sind über die jeweiligen Gleichspannungswandler 310 mit den Sub-Zellstapeln 300 elektrisch gekoppelt.
Des Weiteren weist der Zellstapel zur Bereitstellung elektrischer Energie bei der ersten Nennspannung eine ersten Anschlussklemme 201, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol des Zellstapels 200, und eine zweite Anschlussklemme 203, die repräsentativ ist für einen Minus- Pol des Zellstapels 200.
Optional umfasst der Zellstapel 200 zur Bereitstellung elektrischer Energie bei der zweiten Nennspannung eine erste Anschlussklemme 231, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol des Zellstapels 200, und eine zweite Anschlussklemme 241, die repräsentativ ist für einen Minus- Pol des Zellstapels 200. Die Anschlussklemme 231 ist mit der Gleichstromschiene 230 elektrisch gekoppelt. Die Anschlussklemme 241 ist mit der Gleichstromschiene 240 elektrisch gekoppelt.
Beispielsweise sind elektrische Potentiale der Anschlussklemmen 231, 241 bzw. der Gleichstromschienen 230, 240 von elektrischen Potentialen der Anschlussklemmen 201, 203 galvanisch getrennt. Beispielsweise kann das Speichermodul 100 eine dritte Energieschnittstelle umfassen. Die dritte Energieschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, abhängig von den Anschlussklemmen 231, 241 elektrische Energie bei der zweiten Nennspannung bereitzustellen.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Zeichnung eines Sub-Zellstapels 300. Der Sub-Zellstapel 300 umfasst eine Teilmenge von vier der mehreren Einzelzellen 400, die in Serie geschaltet sind.
Beispielsweise können die Einzelzellen 400 der Teilmenge dazu ausgebildet sein, jeweils elektrische Energie bei einer dritten Nennspannung bereitzustellen.
Der erste Sub-Zellstapel 300 umfasst für jede Einzelzelle 400 der Teilmenge einen jeweiligen Gleichspannungswandler 410 und ein jeweiliges Subzellstapelüberwachungsmodul 410. Der jeweilige Gleichspannungswandler 410 und das jeweilige Zellüberwachungsmodul 410 sind gemeinsam in einer Baueinheit ausgebildet.
Beispielsweise kann das jeweilige Subzellstapelüberwachungsmodul 410 dazu ausgebildet sein, die jeweilige Einzelzelle 400 zu überwachen.
Beispielsweise ist die dritte Nennspannung eine Gleichspannung und ein Wert der ersten Nennspannung beträgt im Wesentlichen 3 V.
Des Weiteren umfasst der Sub-Zellstapel 300 zwei Gleichstromschienen 330, 340 zur Symmetrierung der Einzelzellen 400 bezüglich der dritten Nennspannung. Die Gleichstromschienen 330, 340 sind über die jeweiligen Gleichspannungswandler 410 mit den Einzelzellen 400 elektrisch gekoppelt.
Des Weiteren weist der Sub-Zellstapel 300 zur Bereitstellung elektrischer Energie bei der ersten Nennspannung eine erste Anschlussklemme 301, die repräsentativ ist für einen Plus- Pol des Sub-Zellstapels 300, und eine zweite Anschlussklemme 303, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol des Sub-Zellstapels 300. Beispielsweise sind elektrische Potentiale der Gleichstromschienen 330, 340 von elektrischen Potentialen der Anschlussklemmen 301, 303 galvanisch getrennt.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Zeichnung eines Systems eines Energiespeichers zur Bereitstellung elektrischer Energie. Das System weist das Speichermodul 100 gemäß der Figur 1 auf. Des Weiteren weist das System ein Verarbeitungsmodul 500 auf.
Beispielsweise kann das Verarbeitungsmodul 500 eine zweite Energieschnittstelle, eine zweite Kommunikationsschnittstelle, ein erstes Überwachungsmodul, einen Gleichspannungswandler, eine dritte Kommunikationsschnittstelle und eine erste Systemenergieschnittstelle des Systems umfassen.
Die zweite Kommunikationsschnittstelle weißt dieselben Eigenschaften wie die erste Kommunikationsschnittstelle 105 auf.
Beispielsweise kann die erste Systemenergieschnittstelle beliebig ausgeführt sein, beispielsweise in Form von einer ersten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, und einer zweiten Anschlussklemme, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle. Die elektrische Energie bzw. eine elektrische Leistung des Systems kann abhängig von der ersten und der zweiten Anschlussklemme des Systems bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann das System elektrische Energie speichern, beispielsweise durch entsprechendes Aufladen, sowie bereitstellen.
Das Verarbeitungsmodul 500 ist elektrisch und/oder mechanisch mit dem Speichermodul 100 koppelbar.
Die Figur 5 zeigt eine erste schematische Zeichnung eines ersten Systems. Die erste schematische Zeichnung des ersten Systems ist repräsentativ für eine zweidimensionale orthogonale Projektion in Form einer Aufsicht des ersten Systems. Das erste verteilte System umfasst ein erstes Speichermodul 100a, ein zweites Speichermodul 100b, ein erstes Verarbeitungsmodul 510a und ein zweites Verarbeitungsmodul 510b.
Das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b weisen jeweils dieselben Eigenschaften wie das Speichermodul 100 gemäß der Figur 1 auf.
Das erste Verarbeitungsmodul 510a und das zweite Verarbeitungsmodul 510b weisen jeweils dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß der Figur 4 auf.
Das erste Verarbeitungsmodul 510a ist abhängig von Anschlussklemmen 101a, 103a des Speichermoduls 100a elektrisch mit dem Speichermodul 100a gekoppelt. Das zweite Verarbeitungsmodul 510b ist abhängig von Anschlussklemmen 101b, 103b des Speichermoduls 100a elektrisch mit dem Speichermodul 100b gekoppelt.
Abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul 510a und dem zweiten Verarbeitungsmodul 510b, sind das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b, derart elektrisch gekoppelt, dass das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b in Serie geschaltet sind.
Das erste Verarbeitungsmodul 510a und das zweite Verarbeitungsmodul 510b sind für diese spezifische elektrische Kopplung der Serienschaltung ausgebildet.
Beispielsweise ist abhängig von der elektrischen Kopplung des ersten Speichermoduls 100a und des zweiten Speichermoduls 100b eine erste Systemausgangsspannung des ersten Systems im Wesentlichen größer als eine erste Nennspannung des ersten Speichermoduls 100a bzw. des zweiten Speichermoduls 100b.
Beispielsweise ist ein Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen zweimal so hoch, wie ein Wert der ersten Nennspannung, und somit 96 V.
Beispielsweise kann das erste System für eine Hochvoltanwendung verwendet werden, wie beispielsweise zum Antrieb eines Fahrzeuges. Die gestrichelten Linien, welche in dem ersten Verarbeitungsmodul 510a und dem zweiten Verarbeitungsmodul 510b dargestellt sind, sind repräsentativ für Leistungskontakte zur elektrischen Kopplung der Serienschaltung.
Die Figur 6 zeigt eine zweite schematische Zeichnung des ersten Systems. Die zweite schematische Zeichnung des ersten Systems ist repräsentativ für ein Schaltbild bzw. einen Blockschaltplan des ersten Systems.
Gemäß der Figur 6 umfasst das erste System gegenüber der Figur 5 zusätzlich weitere zweite Speichermodule 100c, lOOd, lOOe, lOOf, 100g, 100h, sowie entsprechende weitere zweite Verarbeitungsmodule, welche jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt sind.
Die weiteren Speichermodule 100c- 100h weisen dieselben Eigenschaften wie das Speichermodul 100 gemäß Figur 1 auf. Die weiteren zweiten Verarbeitungsmodule weisen dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß Figur 4 auf.
Das erste Verarbeitungsmodul 510a weist einen Gleichspannungswandler 511a auf. Das zweite Verarbeitungsmodul 510b weist einen Gleichspannungswandler 511b auf. Die weiteren zweiten Verarbeitungsmodule weisen jeweils Gleichspannungswandler 511c, 51 Id, 51 le, 511f, 511g, 511h auf.
Das erste Speichermodul 100a umfasst einen Zellstapel 200a. Das zweite Speichermodul 100b und die weiteren zweiten Speichermodule 100c-100h weisen ebenfalls jeweilige Zellstapel auf.
Abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul 510a, dem zweiten Verarbeitungsmodul 510b und den weiteren zweiten Verarbeitungsmodulen sind die Speichermodule 100a- 100h, derart elektrisch gekoppelt, dass sie in Serie geschaltet sind.
Beispielsweise ist ein Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen zweimal so hoch, wie ein Wert der ersten Nennspannung, und somit 96 V. Das erste System umfasst eine erste Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer ersten Systemausgangsspannung, die in Form von einer ersten Anschlussklemme 601, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, und einer zweiten Anschlussklemme 603, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, ausgeführt ist.
Gemäß der Figur 6 umfasst das erste System acht Speichermodule 100a-100h. Beispielsweise ist ein Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen achtmal so hoch, wie ein Wert der ersten Nennspannung, und somit 384 V.
Hierdurch ist es möglich, bei N Speichermodulen, wobei N eine positive Ganzzahl ist, die erste Systemausgangsspannung derart zu erhöhen, dass ihr Wert im Wesentlichen N mal dem Wert der ersten Nennspannung entspricht.
Das erste System umfasst eine zweite Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer zweiten Systemausgangsspannung, die in Form von einer ersten Anschlussklemme 605, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol der zweiten Systemenergieschnittstelle, und einer zweiten Anschlussklemme 607, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol der zweiten Systemenergieschnittstelle, ausgeführt.
Des Weiteren umfasst das erste System zwei Gleichstromschienen 609, 611 zur Symmetrierung der Speichermodule 100a- 100h bezüglich der ersten Nennspannung. Die Gleichstromschienen 609, 611 sind über die jeweiligen Gleichspannungswandler 51 la-511h mit den Speichermodulen 100a-100h elektrisch gekoppelt.
Beispielsweise sind die Gleichstromschienen 609, 611 bzw. Teile der Gleichstromschienen 609, 611 in einer Baueinheit mit den jeweiligen Verarbeitungsmodulen angeordnet.
Beispielsweise sind elektrische Potentiale der Gleichstromschienen 609, 611 von elektrischen Potentialen der Anschlussklemmen 601, 603 bzw. der Anschlussklemmen 605, 607 galvanisch getrennt. Beispielsweise ist ein Wert der zweiten Systemausgangspannung gemäß der Figur 6 im Wesentlichen so hoch, wie ein Wert der ersten Nennspannung, und somit 48 V.
Die Anschlussklemmen 605, 607 sind mit Anschlussklemmen des ersten Speichermoduls 100a elektrisch gekoppelt. Beispielsweise ist in diesem Fall eine elektrische Leistung, die das erste System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, abhängig von einer elektrischen Leistung, die das erste Speichermodul 100a bereitstellen kann.
Alternativ können die Anschlussklemmen 605, 607 mit den Gleichstromschienen 609, 611 elektrisch gekoppelt sein und nicht mit den Anschlussklemmen des ersten Speichermoduls 100a. Beispielsweise ist in diesem Fall eine elektrische Leistung, die das erste System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, abhängig von vorgegebenen Nennleistungen der Gleichspannungswandler 51 la-511h bzw. der Summe der jeweiligen vorgegebenen Nennleistungen. Beispielsweise sind in diesem Fall elektrische Potentiale der Gleichstromschienen 609, 611 bzw. der Anschlussklemmen 605, 607 von elektrischen Potentialen der galvanisch getrennt.
Die Figur 7 zeigt eine dritte schematische Zeichnung des ersten Systems. Die dritte schematische Zeichnung des ersten Systems ist repräsentativ für ein weiteres Schaltbild bzw. einen weiteren Blockschaltplan des ersten Systems.
Gemäß der Figur 7 umfasst das erste System gegenüber der Figur 6 zusätzlich ein drittes Speichermodul lOOi, sowie ein entsprechendes drittes Verarbeitungsmodul, welches jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt ist.
Das dritte Speichermodul lOOi weist dieselben Eigenschaften wie das Speichermodul 100 gemäß der Figur 1 auf. Das dritte Verarbeitungsmodul weist dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß der Figur 4 auf.
Des Weiteren umfasst das erste System gemäß der Figur 7 nicht den das Speichermodul 100h und das entsprechende Verarbeitungsmodul. Gemäß der Figur 7 umfasst das erste System acht Speichermodule 100a-100g und lOOi. Beispielsweise ist der Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen achtmal so hoch, wie ein Wert der ersten Nennspannung, und somit 384 V.
Die Anschlussklemmen 605, 607 sind sowohl mit Anschlussklemmen des dritten Speichermoduls lOOi, als auch mit den Gleichstromschienen 609, 611 elektrisch gekoppelt.
Beispielsweise ist in diesem Fall die elektrische Leistung, die das erste System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, abhängig von der elektrischen Leistung, die das dritte Speichermodul lOOi bereitstellen kann und zusätzlich abhängig von den vorgegebenen Nennleistungen der Gleichspannungswandler 51 la-511g bzw. der Summe der jeweiligen vorgegebenen Nennleistungen.
Beispielsweise ist es hierdurch möglich, die die elektrische Leistung, die das erste System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann gegenüber der Ausführung gemäß der Figur 7 zu erhöhen.
Beispielsweise betragen die vorgegebenen Nennleistungen der Gleichspannungswandler 511a-511hjeweils 500 W und die elektrische Leistung, die das dritte Speichermodul lOOi bereitstellen kann beträgt 5 kW. Gemäß der Ausführung nach der Figur 6 ergibt sich die elektrische Leistung, die das System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann von 4 kW bei 48 V. Gemäß der Ausführung nach der Figur 7 ergibt sich die elektrische Leistung, die das System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann von 8.5 kW bei 48 V.
Die elektrischen Potentiale der Gleichstromschienen 609, 611 sind nicht von elektrischen Potentialen der Anschlussklemmen 605, 607 galvanisch getrennt.
Des Weiteren ist gemäß der Figur 7 das Potential der Anschlussklemme 603 nicht galvanisch von dem Potential der Anschlussklemme 607 getrennt. Dies kann auch als gemeinsames Massepotential der ersten Systemenergieschnittstelle und der zweiten Systemenergieschnittstelle bezeichnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann das dritte Verarbeitungsmodul einen Gleichspannungswandler aufweisen, über den das dritte Speichermodul lOOi mit den Gleichstromschienen 609, 611 elektrisch gekoppelt werden kann.
Die Figur 8 zeigt eine vierte schematische Zeichnung des ersten Systems. Die vierte schematische Zeichnung des ersten Systems ist repräsentativ für eine dreidimensionale Projektion des ersten Systems.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich die Speichermodule 100a- 100c, sowie die Verarbeitungsmodule 510a-510c explizit dargestellt.
Des Weiteren umfasst das erste System gemäß der Figur 8 die erste Systemenergieschnittstelle in Form der Anschlussklemmen 601, 603.
Beispielsweise sind in diesem Fall die Anschlussklemmen 601, 603 als entsprechende Hochvolt- Anschlussklemmen ausgeführt.
Die Speichermodule 100a-100c, sowie die Verarbeitungsmodule 510a-510c sind mit entsprechenden elektrischen und/oder mechanischen Kontakten elektrisch und/oder mechanisch gekoppelt.
Die Figur 9 zeigt eine erste schematische Zeichnung eines zweiten Systems. Die erste schematische Zeichnung des zweiten Systems ist repräsentativ für eine zweidimensionale orthogonale Projektion in Form einer Aufsicht des zweiten Systems.
Das zweite verteilte System umfasst das erstes Speichermodul 100a, das zweite Speichermodul 100b, ein erstes Verarbeitungsmodul 520a und ein zweites Verarbeitungsmodul 520b.
Das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b weisen jeweils dieselben Eigenschaften wie das Speichermodul 100 gemäß der Figur 1 auf. Das erste Verarbeitungsmodul 520a und das zweite Verarbeitungsmodul 520b weisen jeweils dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß der Figur 4 auf.
Das erste Verarbeitungsmodul 520a ist abhängig von Anschlussklemmen 101a, 103a des Speichermoduls 100a elektrisch mit dem Speichermodul 100a gekoppelt. Das zweite Verarbeitungsmodul 520b ist abhängig von Anschlussklemmen 101b, 103b des Speichermoduls 100a elektrisch mit dem Speichermodul 100b gekoppelt.
Abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul 520a und dem zweiten Verarbeitungsmodul 520b, sind das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b, derart elektrisch gekoppelt, dass das erste Speichermodul 100a und das zweite Speichermodul 100b parallel geschaltet sind.
Im Unterschied zu der Ausführung gemäß der Figur 5, sind das erste Verarbeitungsmodul 520a und das zweite Verarbeitungsmodul 520b für diese spezifische elektrische Kopplung der Parallelschaltung ausgebildet.
Beispielsweise ist abhängig von der elektrischen Kopplung des ersten Speichermoduls 100a und des zweiten Speichermoduls 100b eine erste Systemausgangsspannung des ersten Systems im Wesentlichen gleich der ersten Nennspannung des ersten Speichermoduls 100a bzw. des zweiten Speichermoduls 100b.
Beispielsweise ist der Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen gleich dem Wert der ersten Nennspannung, und somit 48 V.
Die gestrichelten Linien, welche in dem ersten Verarbeitungsmodul 520a und dem zweiten Verarbeitungsmodul 520b dargestellt sind, sind repräsentativ für Leistungskontakte zur elektrischen Kopplung der Parallelschaltung.
Beispielsweise sind die Leistungskontakte als Stromschienen ausgeführt (sogenannte „power - rails“) und in einer Baueinheit mit den Verarbeitungsmodulen 520a, 520b angeordnet. Die Figur 10 zeigt eine zweite schematische Zeichnung des zweiten Systems. Die zweite schematische Zeichnung des ersten Systems ist repräsentativ für ein Schaltbild bzw. einen Blockschaltplan des zweiten Systems.
Gemäß der Figur 10 umfasst das zweite System gegenüber der Figur 9 zusätzlich weitere zweite Speichermodule 100c, lOOd, lOOe, lOOf, 100g, 100h, sowie entsprechende weitere zweite Verarbeitungsmodule, welche jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt sind.
Die weiteren Speichermodule 100c- 100h weisen dieselben Eigenschaften wie das Speichermodul 100 gemäß Figur 1 auf. Die weiteren zweiten Verarbeitungsmodule weisen dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß Figur 4 auf.
Das erste Speichermodul 100a umfasst einen Zellstapel 200a. Das zweite Speichermodul 100b und die weiteren zweiten Speichermodule 100c-100h weisen ebenfalls jeweilige Zellstapel auf.
Abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul 520a, dem zweiten Verarbeitungsmodul 520b und den weiteren zweiten Verarbeitungsmodulen sind die Speichermodule 100a- 100h, derart elektrisch gekoppelt, dass sie parallel geschaltet sind.
Beispielsweise ist der Wert der ersten Systemausgangspannung in diesem Fall im Wesentlichen gleich wie der Wert der ersten Nennspannung, und somit 48 V.
Das zweite System umfasst die erste Systemenergieschnittstelle zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer ersten Systemausgangsspannung, die in Form von einer ersten Anschlussklemme 701, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, und einer zweiten Anschlussklemme 703, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol der ersten Systemenergieschnittstelle, ausgeführt.
Gemäß der Figur 10 umfasst das zweite System acht Speichermodule 100a- 100h. Beispielsweise ist in diesem Fall die elektrische Leistung, die das erste System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, abhängig von elektrischen Leistungen, die die Speichermodule 100a- 100h bereitstellen können.
Beispielsweise ist es hierdurch möglich, die elektrische Leistung, die das zweite System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bei der ersten Nennspannung bereitstellen kann, gegenüber der elektrischen Leistung, die das erste System gemäß den Ausführungen nach den Figuren 6 und 7, abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bei der ersten Nennspannung bereitstellen kann, zu erhöhen.
Beispielsweise betragen die elektrischen Leistungen, die die Speichermodule 100a-100h bereitstellen können, jeweils 5kW. Gemäß der Ausführung nach der Figur 7 ergibt sich die elektrische Leistung, die das System abhängig von der zweiten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann, von 8.5 kW bei 48 V. Gemäß der Ausführung nach der Figur 10 ergibt sich die elektrische Leistung, die das System abhängig von der ersten Systemenergieschnittstelle bereitstellen kann von 40 kW bei 48 V.
Dies kann vorteilhaft sein bei Anwendungen, die das Treiben höherer Ströme in einem Bereich der ersten Nennspannung, von 48 V, erfordern, wie beispielsweise ein 48-V-Motor bzw. Antrieb in einem Fahrzeug oder dergleichen.
Des Weiteren kann dies vorteilhaft sein, wenn sowohl der Antrieb des Fahrzeuges, als auch eine Bordnetzversorgung des Fahrzeuges eine Spannung in einem Bereich der ersten Nennspannung, von 48 V, erfordern.
Die Figur 11 zeigt eine dritte schematische Zeichnung des zweiten Systems. Die dritte schematische Zeichnung des zweiten Systems ist repräsentativ für eine dreidimensionale Projektion des ersten Systems.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich die Speichermodule 100a- 100c, sowie die Verarbeitungsmodule 520a-520c explizit dargestellt. Des Weiteren umfasst das zweite System gemäß der Figur 11 die erste Systemenergieschnittstelle in Form der Anschlussklemmen 701, 703.
Die Figur 12 zeigt eine schematische Zeichnung einer ersten Ausführungsform eines Verarbeitungsmoduls 530.
Das Verarbeitungsmodul 530 weist dieselben Eigenschaften wie das Verarbeitungsmodul 500 gemäß der Figur 4 auf.
Das Verarbeitungsmodul 530 weist eine Energieschnittstelle auf. Die Energieschnittstelle ist in Form von einer ersten Anschlussklemme 531, die repräsentativ ist für einen Plus-Pol des Verarbeitungsmodul 530, und einer zweiten Anschlussklemme 533, die repräsentativ ist für einen Minus-Pol des Verarbeitungsmodul 530, ausgebildet.
Die Anschlussklemmen 101, 103 des Speichermoduls 100 sind beispielsweise auf einer Außenfläche des Speichermoduls 100 angeordnet.
Die Anschlussklemmen 531, 533 des Verarbeitungsmoduls 530 sind beispielsweise auf einer Außenfläche des Verarbeitungsmoduls 530 angeordnet.
Die Anschlussklemmen 531, 533 gemäß der Figur 12 sind derart ausgeführt bzw. geformt, sodass das Verarbeitungsmodul 530 mit dem Speichermodul 100 derart mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt werden kann, dass wenn die Außenfläche des Speichermoduls 100 der Außenfläche des Verarbeitungsmoduls zugewandt ist, das Verarbeitungsmodul 530 über eine Achse, welche die beiden Außenflächen miteinander verbindet, miteinander koppelbar sind. Dies kann auch als horizontale Kopplung bezeichnet werden.
Des Weiteren weist das Verarbeitungsmodul 530 eine zweite Kommunikationsschnittstelle 535 auf, welche dieselben Eigenschaften aufweist wie die erste Kommunikationsschnittstelle 105 gemäß der Figur 1.
Des Weiteren weist das Verarbeitungsmodul 530 ein erstes Überwachungsmodul 537 und einen Gleichspannungswandler 537 auf, welche gemeinsam in einer Baueinheit ausgebildet sind. Zusätzlich kann diese gemeinsame Baueinheit einen Steckkontakt oder dergleichen aufweisen, um die gemeinsame Baueinheit elektrisch und/oder mechanisch mit dem Verarbeitungsmodul 530 zu koppeln bzw. zu entkoppeln.
Des Weiteren weist das Verarbeitungsmodul 530 eine dritte Kommunikationsschnittstelle 539 auf, welche als Flachleitern und/oder Folienleitern ausgeführt sein kann.
Beispielsweise kann die dritte Kommunikationsschnittstelle 539 dazu ausgebildet sein, Verarbeitungsdaten von einem weiteren Verarbeitungsmodul zu empfangen oder diesem bereitzustellen.
Gemäß der Figur 12 ist die dritte Kommunikationsschnittstelle 539 auf einer Vorderseite des Verarbeitungsmoduls 530 angeordnet.
Die Figur 13 zeigt eine schematische Zeichnung einer zweiten Ausführungsform eines Verarbeitungsmoduls 540.
Das Verarbeitungsmodul 540 weist dieselben Eigenschaften auf wie das Verarbeitungsmodul 530, wobei die Anschlussklemmen 541, 543 gemäß der Figur 13 sind derart ausgeführt bzw. geformt, sodass das Verarbeitungsmodul 540 mit dem Speichermodul 100 derart mechanisch und/oder elektrisch gekoppelt werden kann, dass wenn die Außenfläche des Speichermoduls 100 der Außenfläche des Verarbeitungsmoduls zugewandt ist, das Verarbeitungsmodul 530 über eine Achse, welche parallel zu den Außenflächen ist, miteinander koppelbar sind. Dies kann auch als vertikale Kopplung bezeichnet werden.

Claims

Patentansprüche
1. System eines Energiespeichers, umfassend
- ein erste Sy stem energieschnittsteile (601, 603) zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer ersten Systemausgangsspannung,
- eine erstes Speichermodul (100a) zur Speicherung elektrischer Energie, das erste Speichermodul (100a) umfassend
- eine erste Energieschnittstelle (101a, 103a), die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie bei einer ersten Nennspannung bereitzustellen,
- einen ersten Zellstapel (200), der mehrere Einzelzellen (400) umfasst,
- eine erste Kommunikationsschnittstelle (105), die dazu ausgebildet ist, erste Überwachungsdaten bezüglich einer Überwachung der mehreren Einzelzellen (400) bereitzustellen, das System weiterhin umfassend
- ein erstes Verarbeitungsmodul (510a), umfassend
- eine zweite Energieschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie mit der ersten Energieschnittstelle (101a, 103a) bei der ersten Nennspannung auszutauschen,
- eine zweite Kommunikationsschnittstelle (535), die dazu ausgebildet ist, die ersten Überwachungsdaten zu empfangen,
- ein erstes Überwachungsmodul (537), das dazu ausgebildet ist, abhängig von den Überwachungsdaten die mehreren Einzelzellen (400) zu überwachen,
- einen Gleichspannungswandler (537),
- eine dritte Kommunikationsschnittstelle (539), die dazu ausgebildet ist, Verarbeitungsdaten von einem zweiten Verarbeitungsmodul (510b) zu empfangen oder diesem bereitzustellen,
- die erste Systemenergieschnittstelle (601, 603), und wobei das System dazu ausgebildet ist, abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul (510a) und dem zweiten Verarbeitungsmodul (510b), das erste Speichermodul (100a) mit einem zweiten Speichermodul (100b) elektrisch zu koppeln.
2. System nach Anspruch 1, wobei das System das zweites Speichermodul (100b) und das zweite Verarbeitungsmodul (510b) umfasst.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der erste Zellstapel (400) mehrere Sub-Zellstapel (300) umfasst, welche in Serie und/oder parallel geschaltet sind,
- die Sub-Zellstapel (300) die mehreren Einzelzellen (400) umfassen,
- die Sub-Zellstapel (300) dazu ausgebildet sind, jeweils elektrische Energie bei einer zweiten Nennspannung bereitzustellen, wobei die zweite Nennspannung im Wesentlichen kleiner als oder gleich der ersten Nennspannung ist,
- der erste Zellstapel (400) für jeden Sub-Zellstapel (300) einen jeweiligen Gleichspannungswandler (310) und ein jeweiliges Subzellstapelüberwachungsmodul (310) umfasst, das dazu ausgebildet ist, den jeweiligen Sub-Zellstapel (300) zu überwachen.
4. System nach Anspruch 3, wobei das erste Speichermodul (100a) eine dritte Energieschnittstelle umfasst, die dazu ausgebildet ist, elektrische Energie bei der zweiten Nennspannung bereitzustellen.
5. System nach einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei
-jeder der Sub-Zellstapel (300) eine Teilmenge der mehreren Einzelzellen (400) umfasst, wobei die Einzelzellen (400) der jeweiligen Teilmenge in Serie und/oder parallel geschaltet sind,
-jeder der Sub-Zellstapel (300) für jede Einzelzelle (400) der jeweiligen Teilmenge einen jeweiligen Gleichspannungswandler (410) und ein jeweiliges Zellüberwachungsmodul (410) umfasst, das dazu ausgebildet ist, die jeweilige Einzelzelle (400) zu überwachen.
6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das erste Speichermodul (100a) und das zweite Speichermodul (100b) abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul (520a) und dem zweiten Verarbeitungsmodul (520b), derart elektrisch gekoppelt sind, dass das erste Speichermodul (100a) und das zweite Speichermodul (100b) parallel geschaltet sind.
7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das erste Speichermodul (100a) und das zweite Speichermodul (100b) abhängig von dem ersten Verarbeitungsmodul (510a) und dem zweiten Verarbeitungsmodul (510b), derart elektrisch gekoppelt sind, dass das erste Speichermodul (100a) und das zweite Speichermodul (100b) in Serie geschaltet sind.
8. System nach Anspruch 7, wobei das System eine zweite Systemenergieschnittstelle (605, 607) zur Bereitstellung elektrischer Energie bei einer zweiten Systemausgangsspannung umfasst.
9. System nach Anspruch 8, wobei
- das System ein drittes Speichermodul (lOOi) und ein drittes Verarbeitungsmodul umfasst,
- die zweite Systemausgangsspannung (605, 607) abhängig von dem dritten Speichermodul (51 li) bereitgestellt wird.
10. Fahrzeug, das das System nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
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