WO2018185059A1 - Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung - Google Patents

Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung Download PDF

Info

Publication number
WO2018185059A1
WO2018185059A1 PCT/EP2018/058407 EP2018058407W WO2018185059A1 WO 2018185059 A1 WO2018185059 A1 WO 2018185059A1 EP 2018058407 W EP2018058407 W EP 2018058407W WO 2018185059 A1 WO2018185059 A1 WO 2018185059A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy storage
energy
management arrangement
storage management
interconnection
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/058407
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Issam Al-Abassy
Original Assignee
AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH
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 AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH filed Critical AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH
Priority to EP18715028.9A priority Critical patent/EP3607630A1/de
Publication of WO2018185059A1 publication Critical patent/WO2018185059A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0024—Parallel/serial switching of connection of batteries to charge or load circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H02J7/0045—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction concerning the insertion or the connection of the batteries

Definitions

  • the present invention is in the general field of energy management.
  • This area includes devices, circuits and methods for the controlled and / or regulated distribution of electrical energy in at least one network.
  • the energy is outsourced depending on the network in addition to the established, physical and / or electrochemical storage systems in a variety of buffers such as hydrodynamic pumped storage, kinetic latches, capacitor banks or electrothermal latches.
  • buffers such as hydrodynamic pumped storage, kinetic latches, capacitor banks or electrothermal latches.
  • Such systems have in common that assemblies for controlled and / or regulated power distribution to integrate the different memory in a common network and / or a common circuit.
  • the present invention relates to the improvement of a power source, which is composed of a plurality of electrical energy storage.
  • a power source which is composed of a plurality of electrical energy storage.
  • Such power sources have long been the subject of research and development.
  • CH 172837 already describes a battery constructed from several cells in 1935, and GB 1 207 131 A proposes in the 1960's to use batteries as drive for vehicles.
  • DE 14 63 083 A already explains in the same decade electrochemical relationships for cell materials such as lead, silver / zinc or nickel / cadmium and proposes electrical and electro-mechanical measures that can be used to improve the combination of such cells in a block battery improved. Pressure, temperature, voltage and current are already discussed and characterized in detail as applicable control and / or control variables of such cells.
  • DE 2 241 619 A additionally discloses suitable control circuits and circuits for this purpose. Further, established applications, assemblies and measures for this technical field can be found in the documents DE 80 03 869 Ul, EP 269 783 A, WO 1988 001077 A, DE
  • the present invention relates to an arrangement for interconnecting a plurality of parallel or serially interconnected energy stores. Furthermore, a method for controlling the power supply between a charging unit or a consumer and the energy storage and a corresponding interconnection is concerned, in particular in connection with the optimization of the sustainable
  • the invention also relates to the use of a corresponding interconnection device.
  • WO 1999 050 947 A can be cited here as a generic, relevant document:
  • a matrix of energy storage cells is optimized via a control and / or regulating circuit and can be switched on and off in subgroups or as a whole according to the usage situation of a consumer provided.
  • the interconnection of energy storage devices with each other and with an energy source or a consumer is therefore a technology, which is of great importance in arrangements with many energy storage devices.
  • large capacities or outputs can only be realized by interconnecting a large number of small energy stores.
  • An example is - as disclosed in WO 1999 050 947 A - the efficient batteries for portable computers, which can also be used for the drive of automobiles.
  • EP 2452391 A1 describes a battery management system (BMS) for in a matrix parallel and / or serially interconnected energy storage, buffer resistors are used to specify the switching behavior.
  • BMS battery management system
  • US 20100225267 AI describes a parallel connection of energy storage, which can be coupled by means of a multiplexer with a charging unit.
  • No. 7956579 B2 describes a series connection of energy stores which can be coupled to a charging unit by means of a multiplexer.
  • US 7893561 B2 describes a BMS for monitoring parallel or series-connected battery cells, wherein both the voltage and the current are monitored. In this case, a matrix arrangement of the battery cells can be realized. It is a multiplexer function in terms of time disclosed.
  • US 7456521 B2 describes a technique for interconnecting batteries or energy storage devices, which is suitable for both a serial and a parallel arrangement of the batteries.
  • US 20130119935 Al describes the use of multiplexer technology to account for the voltage levels of a variety of batteries.
  • US 5,243,269 A describes an interconnection of a plurality of batteries with a charger, wherein the switching can be done individually with respect. One of the batteries.
  • the object is to provide an arrangement or a manner of interconnecting a plurality of energy stores, in which the individual energy stores can be charged or discharged in the most flexible manner possible, be it individually or in combination with one another. It is also an object to design a circuit arrangement such that the individual energy stores to be interconnected remain interconnectable in a particularly flexible manner.
  • An energy storage management arrangement is set up for the energy supply on the one hand between a charging unit and a plurality of parallel and / or serially interconnected energy stores and on the other hand between the energy stores and at least one consumer, with a connected to the energy storage and connectable to the at least one consumer and / or the charging unit Connecting device.
  • the interconnecting device per energy store comprises at least two at least three-stage switches, which can be realized in particular by a specific arrangement of power transistors or semiconductors, by means of which the respective energy store can be coupled to the charging unit or to the consumer, the changeover switches being arranged in this way are that energy storage management arrangement for a
  • the energy stores can be connected both serially and in parallel, in particular also in subgroups or with a specifically selected grouping by individual ones of the energy stores. It can
  • the arrangement can be cascaded as desired or expanded by any number of energy stores without losing the flexibility of the interconnection, and without the interconnection becoming more complex.
  • the energy transfer can on the one hand of a variety of energy storage to at least one
  • the energy stores can be coupled individually or together to at least one consumer, wherein at least one or one of the energy stores can be coupled to a charging unit.
  • the interconnection device By means of the interconnection device, charging and discharging of a multiplicity of energy stores which can be interconnected in parallel and / or in series with one another can be carried out.
  • this can be any - especially rechargeable - memory for electrical power to be understood, as he established as a battery or rechargeable battery or is available.
  • any type of batteries, accumulators, supercapacitors or supercaps, double-layer capacitors can be mentioned: any type of batteries, accumulators, supercapacitors or supercaps, double-layer capacitors.
  • the arrangement according to the invention requires neither a restriction to the usable materials nor with regard to the provided capacity or power of an energy store.
  • the interconnection device is understood to be a plurality of lines and switches and optionally further components which switches can be controlled individually or as a function of one another according to predefinable criteria, for example voltage range, temperature, current intensity, state of charge (SoC), pressure, time, power requirement, power duration, reliability.
  • the interconnection device may comprise a multiplexer or be set up at least for a multi-function circuit or multi-function circuit function.
  • the interconnection device is set up for interconnecting individual energy stores with the at least one consumer and with the charging unit, wherein each energy store is preferably connected to the interconnection device.
  • the number of energy storage devices is variable in that the energy storage devices can be connected to each other in a cascadable or cascadable manner.
  • the arrangement can be extended in the manner of a cascade, in particular since the respective switches are provided per energy store.
  • the memory referred to here as an energy store can also comprise a plurality of battery cells provided as a unit together, which can then be integrated together as a unit in the arrangement.
  • a three-stage switch As a three-stage switch is to be understood a switch which has at least two closed positions for contacting each of two of at least three lines and at least one position in which the switch is open, so that no current can flow.
  • the three-stage switch has at least three outgoing line sections or three inputs / outputs or contacts for these lines.
  • the interconnection device can be set up to provide an output voltage of the interconnected energy stores with a predefinable factor n with respect to those at a single one
  • the energy storage management arrangement can be set up for matching the voltage state of at least two specially selectable energy stores to one another, in particular in that the switching device specifically switches these two energy stores in parallel.
  • the energy storage management arrangement can be set up to switch over individual energy stores from the at least one consumer to the charging unit or vice versa, in particular by the interconnecting device decoupling the respective energy store from the other energy stores and specifically coupling this energy store to the charging unit.
  • the interconnection device can be connected both via data lines and via power lines or a combination thereof with individual energy stores, with the charging unit and / or with the at least one consumer.
  • the interconnection device can be set up to couple the individual energy stores with the at least one consumer such that the coupling of at least one of the energy stores to the at least one consumer is independent of the number of energy stores or independent of their interconnection permanently without interruption.
  • Such an interconnection device preferably has a control circuit which, upon detection of only one available, sufficient energy store, is designed to trigger an alarm signal.
  • the alarm signal is forwarded to a display, wherein the display is the current interconnection, de-energized switched, replaceable energy storage and / or free connection points designed to expand with additional energy storage displays.
  • the possibility of interconnecting subsets in parallel arrangement makes it possible according to the invention to exchange individual energy stores at any desired time; Furthermore, the entire arrangement can also be cascaded at any time. In view of a long life and / or efficiency of the arrangement, this is an essential aspect. It can also be ensured hereby that the performance of the entire arrangement is not impaired by individual non-optimally running / functioning energy stores. These energy storage can be switched without power and replaced or maintained, at any time, even during use of the other energy storage.
  • the arrangement according to the invention also provides various advantages, especially for consumers, who absolutely must be supplied continuously with a certain power.
  • such a mobile arrangement - for example, in a vehicle - be used optimally:
  • the number of energy storage can be adapted to the intended use. This opens up the possibility for short transport journeys to save on storage weight and increase the transport volume for payload. If longer distances are covered, the capacity can be increased by inserting fresh energy storage with maximum capacity and also the range.
  • Particularly preferred may be used in immobile use - for example, in a building - each energy storage to the extent of its full capacity and life expectancy.
  • the open-expandable system allows for the same performance with multiple, older energy stores of reduced capacity as with a few, fresh energy storage.
  • the arrangement according to the invention is set up in particular as described above for use in the field of energy storage for electric vehicles, especially due to the ability to adjust the range of each electric vehicle by expanding the inventive arrangement can.
  • Such an arrangement preferably comprises modules for data processing, which exchange data with an intelligently equipped energy store and / or can acquire data from a simple energy store via analysis circuits and use it for regulation.
  • This offers the possibility to combine different energy storage devices in one arrangement.
  • the latter advantageously allows the integration of older and / or established energy storage devices such as car batteries, which are basically still widely available and can be useful as an emergency supply for control circuits and controls useful.
  • control diagrams provide overviews in which payload, range and loading volume are displayed as a function of the data of the connected energy store and the possible exchange variants of available energy stores.
  • the calculation and display takes place in combination with an on-site, stationary arrangement with wireless exchange of the respective data. It can thus be made possible for each user to provide a particular arrangement specifically for each application. For example, if a person knows that they have to commute daily a certain distance, the arrangement can be designed specifically for this range, preferably set individually depending on the outdoor conditions and the temperature-dependent performance characteristics of the available memory from day to day.
  • the user merely has to switch off the corresponding energy store in the stationary arrangement, preferably from the arrangement of home automation, which can preferably be made possible by a control panel arranged next to each energy store, particularly preferably by a button marked as active insert into the mobile device.
  • the mobile device acquires the data of the additionally added energy stores, calculates the performance characteristics thus available, and displays them on the display.
  • one pole of at least one of the energy stores is connected to two change-over switches which are each connected to one of two main lines of the Energy storage management arrangement are coupled. This provides great flexibility of the type of interconnection with a simple structure of the arrangement.
  • the interconnection device can be interconnected with the energy stores such that each of the energy stores, in particular each energy store with a trio of three-stage switches forms an energy storage unit which can be interconnected between the main lines, which energy storage units can each be connected in parallel and can be cascaded in any number between the main lines are expandable.
  • the cascade of energy storage units is formed from five to ten energy stores, each with a pair of switches.
  • a respective energy storage unit forms a kind of module to which module the arrangement is modular as often as desired expandable.
  • the main line is to be understood as a line to which the energy stores can be coupled together or individually. Each energy store can be coupled to the main line.
  • the main line is in any case energized, whereas all other lines can optionally also be de-energized, depending on the interconnection. Without the main line no circuit can be closed.
  • the main line may have a plurality of main line sections, in particular two, each of which can be coupled to one of the poles of the energy store.
  • two main lines or main line sections of the energy storage management arrangement form those lines of a parallel circuit, between which a subset of the energy stores or all energy stores are connected.
  • both poles (input pole and output pole) of at least one of the energy stores, in particular of each energy store, can be coupled to the input terminal of one of the further energy stores, in particular of an adjacent energy store of the cascade.
  • this can be a partial parallel connection of individual energy storage or
  • individual ones of the energy stores in particular a number of n-1 energy stores, are arranged between three or four of the three-state switches. This allows cascading in a particularly elegant manner, or with the greatest possible flexibility.
  • the number of three-stage switch is equal to twice the amount of interconnected energy storage.
  • a main line closes the circuit, and the respective energy storage can be coupled by means of the two switches both to the main line or incorporated therein, as well as be coupled to at least one of the other energy storage.
  • individual ones of the energy stores, in particular each energy store are coupled to a three-stage switch connected to a first main line section of the energy store management arrangement and to a three-step switch connected to a second main line section of the energy store management arrangement. In this way, a clear, simple structure of the arrangement can be ensured, which by any number of
  • Energy storage is expandable.
  • the energy storage management arrangement interconnects a cascade of energy stores in that the energy stores are each interconnected between two main lines, which main lines can be coupled to each other via one of the energy stores and two of the changeover switches.
  • the main lines can be connected to each other in sections by a first and second connection line.
  • the interconnection device or a respective energy storage unit has at least one line bridge which couples one of the poles of a respective energy store to a first and a second three-state changeover switch connected to one / the first main line section of the energy store management arrangement.
  • the interconnecting device or a respective energy storage unit has at least one (first or third) connecting line which couples one pole of a respective energy store to two three-stage changeover switches respectively connected to one of the two main lines of the energy storage management arrangement.
  • the energy storage management arrangement comprises a voltage ramp filter which is provided or can be arranged between the charging unit and the energy stores and which is set up to filter or compensate voltage jumps when interconnecting individual ones of the energy stores, in particular by reducing the speed of a voltage change.
  • a voltage ramp filter provides the advantage that a connection is largely independent of the mode of operation or the voltage state of the individual energy storage is possible. Also, current pulses can be avoided, which bring with it the risk of device defects.
  • the voltage ramp filter can be arranged on or in the interconnection device such that the
  • Energy storage management arrangement for uninterrupted switching between each of the energy storage and / or between the at least one consumer or the at least one charging unit and the individual energy storage is set up, in particular by the voltage ramp filter on the Main line of the energy storage management arrangement is arranged or integrated therein.
  • the respective switching operation can in any case be carried out via the filter or discontinuities such as voltage or current changes can in any case be passed through the filter and damped.
  • a voltage ramp filter is the
  • Energy storage management arrangement integrated into the interconnection device, wherein the voltage ramp filter can also form the interface to the consumer or to the charging unit.
  • the integration ensures that regardless of the particular interconnection, the filter can filter any kind of discontinuities occurring, so that the consumer is not affected.
  • the voltage ramp filter is arranged in a sound circuit section between the at least one consumer or the charging unit and the individual energy stores, which circuit section can be switched between the individual energy stores. This makes it possible to switch the filter directly between at least one special energy store and the consumer or the charging unit.
  • the voltage ramp filter can be decoupled by means of a switch from a main line of the energy storage management arrangement or from the energy stores, which switch is preferably arranged directly in front of / behind the filter.
  • a switch from a main line of the energy storage management arrangement or from the energy stores, which switch is preferably arranged directly in front of / behind the filter.
  • the energy storage management arrangement has a computing unit that is in connection with the switches and can be coupled to one / the charging unit and at least one consumer, wherein the interconnection device, in particular together with a / the voltage ramp filter of the energy storage management arrangement, with respect to the respective switched
  • Energy storage forms a multiplexer Anordrumg or realized a multiplexer Fw hope when interconnecting the energy storage.
  • the functionality of the energy storage management arrangement can be expanded in a simple manner, in particular independently of the number of energy stores.
  • the manner of the interconnection can be specifically predefined in detail, in particular according to predetermined specific switching patterns.
  • an interconnection device for interconnecting a plurality of parallel and / or serially interconnected energy storage with at least one consumer on the one hand and with a charging unit on the other hand, wherein the individual energy storage by means of the interconnection of at least one consumer to the charging unit or vice versa are reversible , wherein the interconnection device is set up to interconnect the at least one load, in particular with the interposition of a voltage ramp filter, with a respective energy store or subgroups / subsets of these energy stores in parallel arrangement and thereby Compensate for voltage jumps, wherein the interconnection device is set up in particular for use in a previously described energy storage management arrangement.
  • an interconnection device provides a very high degree of flexibility regardless of the number of energy stores, be it with respect to charging or discharging of individual energy stores.
  • the aforementioned object is also achieved by a method for controlling the power supply on the one hand between a charging unit and a plurality of parallel and / or serially interconnected energy storage and on the other hand between the energy storage and at least one consumer by means of an energy storage management arrangement, in particular one described above
  • Energy storage management arrangement wherein individual of the parallel and / or serially interconnected energy storage are coupled by means of an interconnection device to the at least one consumer and / or to the charging unit, which is inventively proposed that the respective energy storage between at least two at least three-stage switches between two main lines of the energy storage management system is connected, wherein at least a subset of the energy storage are connected in parallel, or a first subset in parallel arrangement and a second subset are connected in series.
  • the interconnection can take place in such a way that partial discharge cycles can be realized with parallel interconnection of individual ones of the energy stores and / or full discharge cycles in the case of serial interconnection of individual energy stores.
  • voltage jumps are compensated when interconnecting individual ones of the energy stores by means of a voltage ramp filter, in particular by reducing the speed of a voltage change. This allows switching largely independent of the condition of the individual
  • the interconnection takes place without interruption via the filter. This allows a direct interconnection to the desired optimum times and also simplifies the control of a charge or discharge cycle.
  • the interconnection takes place based on at least one criterion or value / value from the group: predefined voltage or voltage range, temperature or temperature range, current intensity or current intensity range, state of charge (SoC), time or interval, (internal voltage). ) Resistance, or a respective maximum or minimum value.
  • criterion or value / value from the group: predefined voltage or voltage range, temperature or temperature range, current intensity or current intensity range, state of charge (SoC), time or interval, (internal voltage).
  • SoC state of charge
  • Resistance or a respective maximum or minimum value.
  • consumer characteristics may determine the mode of operation: load, current draw, supply voltage, supply current.
  • An example also provides a specific operating point of photovoltaic systems or wind turbines, which may preferably be connected as an additional source of energy;
  • Arrangement advantageously before control loops, which is able to adapt a power even in short to very short time intervals to sensibly store surpluses and / or increase the power output by interconnecting the available energy storage in partial shading / partial failure.
  • This allows a high degree of autonomy of the arrangement, or automation in a comparatively flexible manner.
  • the interconnection can also take place in such a way that individual or all energy stores are provided with the same state of charge.
  • the arrangement is particularly well suited for self-sufficient systems as well as systems where it can be expected that in the future only older, established energy storage devices can be used for capacity expansion.
  • this also includes non-rechargeable energy sources such as high-performance lithium-ion batteries.
  • a long-term supply of at least one consumer takes place by automated switching or interconnection of empty or partially discharged energy stores to fully or completely charged energy stores, in particular uninterrupted. This also allows the
  • the interconnection takes place in such a way that energy stores with lower performance are coupled to the respective consumer instead of energy stores with higher performance.
  • an arithmetic unit or the control device can determine the energy demand of the consumer and interconnect the available energy stores in such a way that the supply to the consumer is precisely ensured by those energy stores which are still set up for this purpose.
  • Particularly efficient energy storage systems can be spared and reserved for consumers who require a particularly demanding energy supply.
  • the latter measure takes place in a combination of mobile and immobile arrangement, wherein the two arrangements have communication interfaces that are suitably designed and detect detected and available energy storage in wireless communication and can exchange the associated data with each other.
  • the interconnection takes place in such a way, in particular as a function of the time, that partial cycles are realized with parallel discharge of a plurality of energy stores or full cycles with sequential discharge of a plurality of energy stores.
  • the aforementioned object is also achieved by using an interconnection device in an energy storage management arrangement according to the invention for interconnecting individual energy stores at least one consumer on the one hand and with a charging unit on the other hand, wherein the interconnection device per energy storage forms an energy storage unit which is arranged between at least two at least three-stage switches between two main lines of the energy storage management arrangement and is connected via at least one switchable line with one of the further energy storage units such that a any subset of the energy storage in parallel arrangement is interconnected, in particular use in a previously described energy storage management arrangement, preferably comprising a voltage ramp filter arranged between the charging unit and the energy storage.
  • a voltage ramp filter can compensate for voltage jumps when interconnecting the individual energy storage or when switching between the individual energy storage done in a particularly effective manner.
  • a circuit is set up for use in an energy storage management arrangement according to the invention.
  • this interconnection has a changeover switch, in particular a three-stage changeover switch.
  • the interconnection furthermore has a connection, which can be connected to at least one pole of an energy store, whereby in turn the connection can be connected via the interconnection to at least 3, preferably 4, further functional connections of the interconnection.
  • the functional connections comprise, preferably consist of, a discharge connection for parallel current draw, a discharge connection for serial current drain, a charge connection for charging current and an isolated, currentless connection for exchanging the energy storage device.
  • the interconnection is thus set up for use in an energy storage management arrangement according to the invention.
  • the respective energy storage can be switched off, decoupled and replaced at any time.
  • the individual energy stores are each connected via a respective data line 2 and a power line 3 to the interconnection device 15 and further, a computing unit 20 is connected via at least one data line to the interconnection device 15, wherein further by means of the interconnection device 15 from at least one consumer can be switched to the charging unit or vice versa.
  • the interconnection device is set up to receive control and / or regulating signals from the arithmetic unit 20 and energy stores to be exchanged in
  • an interconnecting device is characterized in that the
  • Interconnection device is part of a mobile device and is set up to detect available, connected energy stores in their performance data, to select in dependence on specifiable requirements and display the selection as a function of available, average runtime of the mobile system on the display control and / or adjustable.
  • an interconnection device is characterized in that the interconnection device is part of a stationary device and is set up, available, connected
  • the interconnection devices are set up to compare the data of the respectively connected and / or available energy stores via the respective arithmetic unit 20 and to maximize the efficiency of a mobile device and the sustainability of a stationary device.
  • the present invention makes possible a self-sufficient system configured for using an energy storage management arrangement according to the invention, wherein the self-sufficient system has at least one advantageous interconnection device, preferably a combination of mobile and stationary device, and at least one regenerative energy source, preferably a photovoltaic energy source or wind energy source connected.
  • the self-sufficient system has at least one advantageous interconnection device, preferably a combination of mobile and stationary device, and at least one regenerative energy source, preferably a photovoltaic energy source or wind energy source connected.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a device or arrangement or wiring according to an embodiment, with a filter for voltage and current ramps;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an energy storage management arrangement according to an embodiment, with 3-stage switch and with six series-connected energy storage;
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an energy storage management arrangement according to an exemplary embodiment, with a 3-stage changeover switch and with six energy storage devices connected in parallel;
  • Energy storage management arrangement with 3-stage switch and with two groups of series-connected energy storage, which groups are connected in parallel to each other;
  • FIGS. 6, 7 each show a schematic representation of an energy storage management arrangement according to an exemplary embodiment, with a 3-stage changeover switch, in a further arrangement or wiring relative to one another;
  • FIG. 8 shows a schematic representation of an energy storage management arrangement according to an exemplary embodiment;
  • FIGS. 9, 10 and 11 are each a schematic representation of individual steps of a method for controlling the energy supply to interconnected energy stores or to at least one load according to embodiments, in particular by means of an energy storage management arrangement according to the exemplary embodiments.
  • FIG. 1 shows an energy storage management arrangement 10 according to an exemplary embodiment of the present invention, which has a voltage ramp filter 11 which comprises a plurality of capacitors Cl, C2 or capacitors and a plurality of inductors LI, L2, L3 or coils and that between a load 18 (potential ⁇ +, P-) and interconnected energy storage Bl, ..., Bn is arranged.
  • a voltage ramp filter 11 which comprises a plurality of capacitors Cl, C2 or capacitors and a plurality of inductors LI, L2, L3 or coils and that between a load 18 (potential ⁇ +, P-) and interconnected energy storage Bl, ..., Bn is arranged.
  • a load 18 potential ⁇ +, P-
  • the energy storage Bl to B6 are here via a three-stage switch 13 (on / to / neutral) with the filter 11 and connected to the consumer.
  • the switches are open and therefore all energy storage 'B' de-energized - so not yet electrically involved in the arrangement.
  • the current-locked energy storage can be arbitrarily exchanged user side or adapted in number to the intended or given use scenario.
  • the energy storage management system 10 has a plurality of switches or switch groups Sl to S12.
  • the energy storage Bl, ..., Bn are connected to each other by means of the switches S1 to S12 and to a respective main line section 12a, 12b, to which an input voltage B + or a
  • Output voltage B- is applied.
  • Each energy store is arranged between three or four of these switches.
  • Each energy store is coupled with a first connecting line 14a to one of the switches S1, S3, S5, S7, S9, S1 connected to the first main line section 12a, and to a second connecting line 14b (in particular at the other pole of the energy store) second main line section 12b connected switch S2, S4, S6, S8, S10, S12 coupled.
  • a line bridge 14a.l couples one of the poles of the respective energy store to another one of the switches connected to the first main line section 12a.
  • Some of the energy stores are also coupled with the other pole to a switch connected to the second main line section 12b or to the second main line section 12b via a third connecting line 14c.
  • Each energy store forms with a trio of these switches (or an even higher number, in particular four switches) an energy storage unit 16 which can be interconnected between the main lines 12a, 12b; 16.1, ..., 16.n (wherein the reference numeral 16.n to a last energy storage, not shown, the plurality of Energy storage refers).
  • the energy storage units 16 are connected in a cascade of n (or here six) energy storage between the main lines 12a, 12b.
  • n or here six
  • the switch S1, S12, the two- or three-stage switch 13, the filter 11 and the corresponding line sections form components of a circuit 15 set up for parallel and serial interconnection of individual energy storage.
  • the respective switch S1 to S12 is designed as a three-stage switch and each coupled to one of the main lines 12a, 12b and (optionally) coupled to one of the other switch, wherein a switching position to the main line of a parallel arrangement of the corresponding energy storage corresponds, and wherein a switching position for another switch corresponds to a serial interconnection of the corresponding energy storage. In an intermediate position of the switch is open, so according to a position without interconnection of the corresponding energy storage.
  • the three-stage switch or its three stages 0, 1 and 2 can e.g. be realized by a relay or semiconductor device, in particular Mosfet.
  • the voltage ramp filter 11 allows switching without adverse voltage or current spikes.
  • the voltage ramp filter 11 can be designed as a high-power filter for voltage and current ramps.
  • the current carrying in a respective type of interconnection lines are each provided with reference numerals, and the de-energized lines have no reference numerals.
  • all the energy stores B1 to B6 are connected in series (Bl / S / B2 / S / B3 / S / B4 / S / B5 / S / B6).
  • the switches Sl and S12 are at P ("parallel"), and the switches S3, S5, S7, S9, Si l are open, and the switches S2, S4, S6, S8, S10 are set to S ("serial")
  • the output voltage B + is as large as the sum of all partial voltages of the respective energy storage.
  • the capacity is as large as the individual capacity of the energy storage.
  • energy stores B1 and B3 are also connected in series and energy stores B4 and B6 are also connected in series, and group B1, B3 is connected in parallel with group B4, B6 (B1 / S / B3) // (B4 / S / B6).
  • the Energy storage B2 and B5 are unconnected.
  • the switches Sl, S6, S7 and S12 are at P ("parallel"), and the switches S3, S4, S9, SlO are open, and the switches S2, S5, S8, Si l are set to S ("serial") ,
  • the output voltage B + corresponds to twice the single voltage of the energy storage. Between the switches S3 and S5, the line bridge 14a.l is energized, as well as between the switches S9 and Si l.
  • the energy store B3 can be connected or energized both via the line 14a and via the line 14c, specifically indirectly via the line bridge 14a.l. coming from the preceding energy store B2. Likewise energy storage B6. In the interconnection shown in FIG. 4, both poles (input terminal and output terminal) of the energy store B2 can be coupled to the input terminal of the adjacent energy store B3 of the cascade from six energy stores.
  • energy stores B1 to B3 in series and energy stores or groups B4 to B6 are also connected in series, and the groups B1 to B3 are connected in parallel to the groups B4 to B6 (Bl / S / B2 / S / B3). // (B4 / S / B5 / S / B6).
  • the switches S1, S6, S7 and S12 are at P ("parallel"), and the switches S3, S5, S9, Si1 are open, and the switches S2, S4, S8, S1 are at S ("serial").
  • the output voltage B + corresponds to the triple individual voltage of the energy storage.
  • the energy storage Bl, B2 and B3 are each by means of
  • Lines 14b, 14c connected in series.
  • the line 14c between the switch S6 and the energy storage B4 is de-energized, so that the energy storage B4, B5 and B6 are connected as a subgroup parallel to the subgroup formed by the energy storage Bl, B2 and B3.
  • Fig. 6 shows a further circuit variant (Bl / S / B3 / S / B5).
  • the switches Sl, SlO are at P
  • Fig. 7 shows a further circuit variant (Bl // B3 // B5).
  • the switches S1, S2, S5, S6, S9, S10 are at P ("parallel"), and the switches S3, S4, S7, S8, S11, S12 are open, and this connection also provides the possibility of decoupling individual ones
  • the interconnections shown in Figures 6 and 7 can be realized or combined with one another by means of the same interconnection device 15.
  • These embodiments show individual ones of numerous variants of a circuit which can be individually configured both serially and in parallel, respectively Reference to individual energy stores or (subgroups) The number of energy stores is chosen only as an example and can of course be varied.
  • Energy storage management arrangement 10 for a plurality of energy stores B1, B2, B3, Bn and one or more consumers 4.1, 4.n are shown in FIG. 8, which are each coupled to an interconnection device 15 via a data line 2 and a power line 3.
  • the interconnection device 15 has a voltage ramp filter 11 which is arranged between the energy stores and the load or the charging unit.
  • the lines shown schematically between the energy storage B 1, B2 and the filter 11 may include the previously described lines 14a, 14b, 14c, 14a.l, optionally also other lines.
  • On a display device 17 or a man-machine interface data can be input and output.
  • a computing unit 20 is connected via a data line to the interconnection device 15, and thereby indirectly or directly with a respective one
  • FIG. 9 illustrates a method for controlling the power supply comprising a connection according to an embodiment.
  • step V2 the type of interconnection is selected according to manual or automatic specification.
  • step V3 data input / output takes place at a human-machine interface or between individual components of the energy storage management system 10.
  • step VI which can be arranged alternatively or additionally at another position before or after the steps V2, V3, identification takes place of connected or interconnected energy stores.
  • Rl is a query regarding charging requirements. If the charging requirements for a specific energy storage device are met, the charging process begins in step V5.
  • the charging requirements for a particular energy store are not met, for example because the state of charge is sufficiently high, it is checked in a second control point R2 whether the respective energy store can / should supply a consumer. If not, the query starts again in step V2 for this energy store. If yes, it is checked in a third control point R3 whether the respective energy store is suitable for the requirements of the consumer. If not, the query starts again in step V2 for this energy store. If so, the corresponding (at least one) energy store is connected to the consumer (step V6), and then the consumer (s) are supplied with energy, or interconnected energy stores are coupled to at least one consumer (step V7).
  • the charging process itself can be monitored and terminated with the control loop R3 as soon as certain charging requirements or requirements on the part of a consumer are met.
  • FIG. 10 illustrates the method of loading according to one embodiment.
  • step V3 it can be signaled that a charging process is started.
  • the charging V5 may begin with a step V5.1, which includes the selection of a power storage and the connection to the charging unit. Thereupon, an energy supply to the energy storage can take place in step V5.2.
  • a query can be made as to whether certain Loading requirements are met.
  • step V5.3 the charging process can be ended, comprising the decoupling of the energy store from the charging unit.
  • FIG. 11 illustrates a method for controlling the power supply by a connection according to an embodiment.
  • the type of interconnection of individual energy stores or subgroups of energy stores can be set at a control point R6, be it a serial interconnect (S), a parallel interconnect (P), or combinations thereof (S / P).
  • a serial interconnection (S) is to be carried out, then in step V6.1 the definition of a max. Threshold for the voltage interconnected energy storage done before in step V6.2 interconnecting the energy storage according to manual or automatic defaults, in particular according to the requirements made in step V2. in the
  • Step V6.3 can be carried out switching on or switching of energy storage or groups of energy storage in each case via the voltage ramp filter 11.
  • step V6.4 defining a max. Threshold for the current interconnected energy storage done.
  • step V6.5 identification and release of discharged energy storage can take place for charging, or separation of the respective energy store from the interconnected further energy stores.
  • the invention relates to an energy storage management arrangement 10 having an interconnection device 15 connected to the energy stores and connectable to the at least one load and the charging unit, which per energy store at least two at least three-stage switch (Sl, ..., S12), which are arranged such that the energy storage management arrangement 10 for a Sectionbesciens at least a subset of
  • Energy storage (Bl, Bn) is set up in parallel.
  • each energy storage device can be switched to currentless and exchangeable at any time by means of the respective changeover switch.
  • This allows a user-scalability of the entire system at any time and offers monetary benefits in the field of electric mobility and the customization of a mobile and / or permanently and reliably required system.
  • Particularly advantageous is a use of a mobile and a stationary system in combination to achieve both maximum efficiency in mobility as well as full use of the capacity and life expectancy of a plurality of energy storage devices.
  • Partially used batteries can be quickly recognized and replaced in the mobile application, while the stationary use of the optimum utility relative to the manufacturing costs of the respective Energyspei chers makes.
  • Particularly advantageous is the latter use with mobile terminals with multiple batteries on the one hand and stationary devices for powering stationary systems on the other hand.
  • Rl first control point, in particular for query regarding charging requirements
  • R2 second control point, in particular for querying consumers
  • R3 third control point, in particular for query regarding satisfied charging requirements or with respect
  • V3 Data input / output to interface to human or machine
  • V6.2 Interconnecting the energy storage devices according to manual or automatic presetting, in particular according to V2 V6.3 Switching on or switching over energy storage devices or groups of energy storage devices via a voltage ramp filter
  • V6.5 Identifying and releasing discharged energy storage for charging or disconnecting the respective energy storage from the interconnected further energy storage devices
  • V7 provide consumers with energy, or interconnected energy storage with at least one consumer couple

Abstract

Beim Verschalten von Energiespeichern untereinander und mit einer Energiequelle oder einem Verbraucher steht einerseits die effiziente Nutzung der gespeicherten Energie im Vordergrund, andererseits aber auch die möglichst nachhaltige, intelligente Belastung der Energiespeicher, wobei das Gesamtsystem möglichst flexibel konfigurierbar bleiben soll. Bisherige Konzepte sind jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend flexibel konfigurierbar, oder aber sehr komplex. Die Erfindung betrifft eine Energiespeichermanagementanordnung (10) mit einer mit den Energiespeichern verbundenen sowie mit dem wenigstens einen Verbraucher und der Ladeeinheit verbindbaren Verschaltungseinrichtung (15), welche je Energiespeicher wenigstens zwei wenigstens dreistufige Umschalter (S1,…, S12) umfasst, welche derart angeordnet sind, dass die Energiespeichermanagementanordnung (10) für eine Teilbeschaltung einer Teilmenge der Energiespeicher (B1, …, Bn) in Parallelanordnung eingerichtet ist. Hierbei ist jeder Energiespeicher zu einem beliebigen Zeitpunkt durch den jeweiligen Umschalter stromlos schaltbar und austauschbar. Das erlaubt eine nutzerseitige Skalierbarkeit des Gesamtsystems zu jedem Zeitpunkt und bietet im Bereich der Elektromobilität und des nutzerseitigen, individuellen Anpassens eines mobilen und/oder dauerhaft und zuverlässig benötigten Systems geldwerte Vorteile.

Description

KASKADIERBARE ANORDNUNG ZUM VERSCHALTEN EINER VIELZAHL VON
ENERGIESPEICHERN, VERSCHALTUNG HIERFÜR SOWIE VERFAHREN ZUR STEUERUNG
EINER ENERGIEVERSORGUNG MIT BESAGTER ANORDNUNG
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung ist im allgemeinen Bereich des Energiemanagements angesiedelt. Dieser Bereich umfasst Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren zur gesteuerten und/oder geregelten Verteilung von elektrischer Energie in mindestens einem Netzwerk. Hierbei wird die Energie je nach Netzwerk neben den etablierten, physikalischen und/oder elektrochemischen Speichersystemen in unterschiedlichsten Zwischenspeichern ausgelagert wie zum Beispiel hydrodynamische Pumpspeicher, kinetische Zwischenspeicher, Kondensatorenbänken oder auch elektrothermische Zwischenspeicher. Solchen Systemen ist gemein, dass Baugruppen zur gesteuerten und/oder geregelten Energieverteilung die unterschiedlichen Speicher in ein gemeinsames Netz und/oder eine gemeinsame Schaltung einbinden.
TECHNISCHER BEREICH
Konkret betrifft die vorliegende Erfindung die Verbesserung einer Stromquelle, welche sich aus einer Mehrzahl von elektrischen Energiespeichern zusammensetzt. Solche Stromquellen sind schon länger Gegenstand von Forschung und Entwicklung.
So beschreibt die CH 172837 bereits 1935 eine aus mehreren Zellen aufgebaute Batterie und die GB 1 207 131 A schlägt in den 1960'ern ergänzend vor, Batterien als Antrieb für Fahrzeuge zu verwenden. Die DE 14 63 083 A erläutert bereits im gleichen Jahrzehnt elektrochemische Zusammenhänge für Zellmaterialien wie Blei, Silber/Zink oder auch Nickel/Cadmium und schlägt elektrische sowie elektromechanische Maßnahmen vor, mit deren Hilfe eine Kombination solcher Zellen in einer Blockbatterie verbessert verwendet werden können. Druck, Temperatur, Spannung sowie Strom werden hier bereits als heranziehbare Regel- und/oder Steuer-Größen solcher Zellen eingehend diskutiert und charakterisiert. Die DE 2 241 619 A offenbart ergänzend geeignete Regelkreise und Schaltungen hierzu. Weitere, etablierte Anwendungen, Baugruppen und Maßnahmen zu diesem technischen Bereich finden sich in den Dokumenten DE 80 03 869 Ul, EP 269 783 A, WO 1988 001077 A, DE
691 12 801 T2, EP 0 523 273 A, EP 0 533 317 A, EP 0 523 526 A, DE 41 25 086 C2, WO 1993 015 926 A, WO 1996 001193 A, WO 1994 026558 A, WO 1996 010 858 A, EP 0 739 048 AI, DE 695 01 931 T2, JP 101 915 57 A, US 4 021 718 A, DE 26 17 625 A, US 4 451 791 A, EP 0 204 163 A, EP 0 216 662 A, DE 38 21 808 C2, EP 0 800 252 A, US 5 542 488 A, US 5 990 664 A sowie in den jeweils darin recherchierten und zitierten Dokumenten.
STAND DER TECHNIK Im Detail betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung zum Verschalten einer Vielzahl von parallel oder seriell miteinander verschaltbaren Energiespeichern. Ferner ist ein Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung zwischen einer Ladeeinheit bzw. einem Verbraucher und den Energiespeichern und eine entsprechende Verschaltung betroffen, insbesondere im Zusammenhang mit dem Optimieren der nachhaltigen
Nutzung der verfügbaren Energie. Nicht zuletzt betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer entsprechenden Verschaltungseinrichtung.
Als gattungsgemäßes, relevantes Dokument kann hier die WO 1999 050 947 A angeführt werden: Hier wird eine Matrix von Energiespeicher-Zellen über eine Steuer- und/oder Regel-Schaltung optimiert und passend zur Nutzungssituation eines Verbrauchers in Teilgruppen oder als Gesamtheit zu- und abschaltbar bereitgestellt. Das Verschalten von Energiespeichern untereinander und mit einer Energiequelle oder einem Verbraucher ist mithin eine Technologie, welcher bei Anordnungen mit vielen Energiespeichern hohe Bedeutung zukommt. Große Kapazitäten oder Leistungen werden in vielen Fällen allein dadurch realisierbar, dass eine Vielzahl von kleinen Energiespeichern miteinander verschaltet werden. Ein Beispiel sind - wie in der WO 1999 050 947 A offenbart - die effizienten Akkus für tragbare Computer, welche auch für den Antrieb von Automobilen verwendet werden können. Beim Verschalten steht einerseits die effiziente Nutzung bzw. Ausbeute der in den Energiespeichern gespeicherten Energie im Vordergrund, andererseits aber auch die möglichst nachhaltige, intelligente Nutzung bzw. Belastung der Energiespeicher, auch in Hinblick auf die Lebensdauer und die Entladezyklen, wobei das Gesamtsystem möglichst flexibel konfigurierbar bleiben soll. Je nach Anwendungsgebiet oder Art der Energiespeicher werden unterschiedliche Konzepte verfolgt.
EP 2452391 AI beschreibt ein Batteriemanagementsystem (BMS) für in einer Matrix parallel und/oder seriell miteinander verschalteter Energiespeicher, wobei Pufferwiderstände eingesetzt werden, um das Schalt- Verhalten vorzugeben.
US 20100225267 AI beschreibt eine Parallelschaltung von Energiespeichern, die mittels eines Multiplexers mit einer Ladeeinheit gekoppelt werde können. US 7956579 B2 beschreibt eine Serienschaltung von Energiespeichern, die mittels eines Multiplexers mit einer Ladeeinheit gekoppelt werden können.
US 7893561 B2 beschreibt ein BMS zur Überwachung von parallel oder in Serie verschalteten Batteriezellen, wobei sowohl die Spannung als auch die Stromstärke überwacht werden. Dabei kann auch eine Matrixanordnung der Batteriezellen realisiert werden. Es ist eine Multiplexer-Funktion in zeitlicher Hinsicht offenbart. US 7456521 B2 beschreibt eine Technik zum Verschalten von Batterien oder Energiespeichern, welche sowohl für eine serielle als auch eine parallele Anordnung der Batterien geeignet ist. US 20130119935 AI beschreibt die Verwendung von Multiplexer- Technik zum Berücksichtigen der Spannungslevel einer Vielzahl von Akkus.
US 5,243,269 A beschreibt eine Verschaltung einer Mehrzahl von Batterien mit einem Ladegerät, wobei das Schalten jeweils individuell bzgl. einer der Batterien erfolgen kann.
Die DE 10 2016 007 804 AI schlägt ergänzend vor, einzelne Module einer Kfz-Blockbatterie jeweils über einen zweistufigen Schalter zum verbesserten Be- oder Ent-Laden parallel oder seriell in einem Hauptstrang der Blockbatterie zu schalten. Dadurch sollen verschiedenste Strom- und/oder Spannungsquellen als Lade-Anschluss wirksam und mit verbesserter Effizienz auf die Batterie auflegbar werden. Eine nutzerseitige, weitere
Modifikation der Blockbatterie oder ihrer Gesamtkapazität ist hier nicht vorgesehen.
Bisher ist das Verschalten der einzelnen Energiespeicher bereits auf mannigfaltige Weise realisiert worden, jedoch sind viele der zuvor beschriebenen Anordnungen jeweils speziell auf bestimmte Einsatzgebiete ausgelegt und in der Art der Verschaltung etwas vordefiniert, also nicht mehr besonders flexibel, oder aber recht komplex im Aufbau. Die Verschaltung wird so bereitgestellt, dass sie für einen bestimmten Anwendungsfall vorteilhaft ist. Wünschenswert wäre es aber, das Verschalten einzelner Energiespeicher auf noch flexiblere Weise realisieren zu können, insbesondere bei einem möglichst einfachen Aufbau, welcher eine Konfiguration des Gesamtsystems auf möglichst flexible Weise zulässt.
Aufgabe ist, eine Anordnung bzw. eine Art und Weise eines Verschaltens einer Vielzahl von Energiespeichern bereitzustellen, bei welcher die einzelnen Energiespeicher auf möglichst flexible Weise geladen oder entladen werden können, sei es einzeln, sei es in Kombination miteinander. Auch eine Aufgabe ist, eine Schaltungs- Anordnung so auszuführen, dass die einzelnen zu verschaltenden Energiespeicher auf besonders flexible Weise miteinander verschaltbar bleiben.
Nachteilig ist bei den etablierten Block- Speichern ein Anpassen der Leistungsfähigkeit nicht vorgesehen; dem einfachen Nutzer ist ein Erweitern oder Reduzieren der Leistungsfähigkeit und/oder Kapazität ohne fachmännische Hilfe nicht möglich.
Wesentliche Aufgabe ist es mithin, eine Schaltungs-Anordnung bereitzustellen, welche unterschiedliche Optionen des Verschaltens mit nutzerseitig einfach anpassbarem Umfang des Gesamtsystems, bevorzugt mit nutzerseitig einfach anpassbarer Anzahl der Energiespeicher, bietet, selbst für den Fall dass eine besonders hohe Anzahl von Energiespeichern vorgesehen ist, oder dass die Anzahl der Energiespeicher erhöht werden soll.
Die wesentliche Aufgabe wird durch eine Energiespeichermanagementanordnung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren und durch eine Verschaltung hierfür gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist. Die Ausführungsbeispiele und Merkmale der abhängigen Ansprüche sind nicht beschränkend zu verstehen. Zusätzliche Merkmale, wie sie hier erläutert und im technischen Bereich etabliert sind, können einzeln oder in Kombination im Rahmen der unabhängigen Ansprüche als zusätzliche Maßnahmen oder Merkmale verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde.
Eine Energiespeichermanagementanordnung ist eingerichtet zur Energieversorgung einerseits zwischen einer Ladeeinheit und einer Vielzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschaltbaren Energiespeichern und andererseits zwischen den Energiespeichern und wenigstens einem Verbraucher, mit einer mit den Energiespeichern verbundenen sowie mit dem wenigstens einen Verbraucher und/oder der Ladeeinheit verbindbaren Verschaltungseinrichtung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Verschaltungseinrichtung je Energiespeicher wenigstens zwei wenigstens dreistufige Umschalter umfasst, die insbesondere durch eine bestimmte Anordnung von Leistungstransistoren beziehungsweise Halbleitern realisiert werden kann, mittels welchen der jeweilige Energiespeicher an die Ladeeinheit oder an den Verbraucher koppelbar ist, wobei die Umschalter derart angeordnet sind, dass Energiespeichermanagementanordnung für eine
Teilbeschaltung einer Teilmenge der Energiespeicher in Parallelanordnung eingerichtet ist, oder für eine Teilbeschaltung einer ersten Teilmenge in Parallelanordnung und einer zweiten Teilmenge in serieller Anordnung. Dabei ist der jeweilige Energiespeicher bzw. eine entsprechende Energiespeichereinheit wahlweise in Serie oder parallel zu wenigstens einer weiteren der Energiespeicher schaltbar, auch in Untergruppen.
Bisher erfolgte eine parallele oder serielle Beschaltung von Energiespeichern/Akkus dadurch, dass die Energiespeicher allesamt parallel oder seriell, oder teilweise seriell geschaltet wurden. Im Gegensatz dazu kann mittels der Energiespeichermanagementanordnung auch eine teilweise parallele Schaltung realisiert werden. Insbesondere können die Energiespeicher sowohl seriell als auch parallel geschaltet werden, insbesondere auch in Untergruppen oder mit spezifisch gewählter Gruppierung durch einzelne der Energiespeicher. Dabei können
Spannungen und/oder Kapazitäten n-fach erhöht werden. Die Anordnung ist beliebig kaskadierbar, bzw. um eine beliebige Anzahl von Energiespeichern erweiterbar, ohne dass die Flexibilität der Verschaltung verloren geht, und ohne dass die Verschaltung komplexer wird. Die Energieübertragung kann dabei einerseits von einer Vielzahl von Energiespeichern zu wenigstens einem
Verbraucher erfolgen, und andererseits von einer Ladeeinheit zu einer/der Vielzahl von Energiespeichern. Die Energiespeicher sind einzeln oder zusammen an wenigstens einen Verbraucher koppelbar, wobei wenigstens einer oder einzelne der Energiespeicher an eine Ladeeinheit koppelbar sind. Mittels der Verschaltungseinrichtung kann ein Laden sowie Entladen einer Vielzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschaltbarer Energiespeicher erfolgen.
Als Energiespeicher bzw. Energielieferant (Energiequelle), kann dabei ein beliebiger - insbesondere wiederaufladbarer - Speicher für elektrischen Strom verstanden werden, wie er als Batterie oder Akku etabliert oder verfügbar ist. Beispielsweise können hierfür genannt werden: jegliche Art von Batterien, Akkumulatoren, Superkondensatoren bzw. supercaps, Doppelschichtkondensatoren. Die erfindungsgemäße Anordnung bedingt weder eine Beschränkung auf die verwendbaren Materialien noch hinsichtlich der bereitgestellten Kapazität oder Leistung eines Energiespeichers.
Als Verschaltungseinrichtung ist dabei eine Mehrzahl von Leitungen und Umschaltern und wahlweise weiteren Komponenten zu verstehen, welche Umschalter individuell oder in Abhängigkeit voneinander gemäß vordefmierbarer Kriterien ansteuerbar sind, beispielsweise Spannungsbereich, Temperatur, Stromstärke, Ladezustand (SoC), Druck, Zeit, Leistungsanforderung, Leistungsdauer, Ausfallsicherheit. Die Verschaltungseinrichtung kann einen Multiplexer umfassen oder zumindest für eine Multifunktionsschaltung beziehungsweise Multifunktionsschaltungs-Funktion eingerichtet sein. Die Verschaltungseinrichtung ist eingerichtet zum Verschalten einzelner Energiespeicher mit dem wenigstens ein Verbraucher und mit der Ladeeinheit, wobei bevorzugt jeder Energiespeicher an die Verschaltungseinrichtung angeschlossen ist. Dabei ist die Anzahl der Energiespeicher variabel, indem die Energiespeicher kaskadierbar anordenbar oder kaskadierbar miteinander verschaltbar sind. Die Anordnung ist in der Art einer Kaskade erweiterbar, insbesondere da die entsprechenden Umschalter jeweils je Energiespeicher vorgesehen werden.
Der hier als Energiespeicher bezeichnete Speicher kann dabei auch eine Vielzahl von miteinander als Einheit bereitgestellten Akkuzellen umfassen, welche dann zusammen als eine Einheit in die Anordnung eingebunden werden können.
Als dreistufiger Umschalter ist dabei ein Schalter zu verstehen, welcher wenigstens zwei geschlossene Stellungen zum Kontaktieren von jeweils zwei von mindestens drei Leitungen aufweist und wenigsten eine Stellung aufweist, in welcher der Schalter offen ist, so dass kein Strom fließen kann. Der dreistufige Umschalter weist wenigstens drei abgehende Leitungsabschnitte oder drei Eingänge/Ausgänge bzw. Kontakte für diese Leitungen auf.
Die Verschaltungseinrichtung kann eingerichtet sein zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung der miteinander verschalteten Energiespeicher mit einem vordefinierbaren Faktor n in Bezug auf die an einem einzelnen
Energiespeicher anliegende Spannung; und/oder zum Bereitstellen einer Kapazität der miteinander verschalteten Energiespeicher mit einem vordefinierbaren Faktor n in Bezug auf die Kapazität eines einzelnen Energiespeichers.
Die Energiespeichermanagementanordnung kann zum Angleichen des Spannungszustandes von wenigstens zwei speziell auswählbaren der Energiespeicher aneinander eingerichtet sein, insbesondere indem die Verschaltungseinrichtung speziell diese beiden Energiespeicher parallel geschaltet werden. Die Energiespeichermanagementanordnung kann zum Umschalten einzelner Energiespeicher vom wenigstens einen Verbraucher auf die Ladeeinheit oder umgekehrt eingerichtet sein, insbesondere indem die Verschaltungseinrichtung den jeweiligen Energiespeicher von den anderen Energiespeichern entkoppelt und speziell diesen Energiespeicher mit der Ladeeinheit koppelt.
Die Verschaltungseinrichtung kann sowohl über Datenleitungen als auch über Energieleitungen oder eine Kombination dessen mit einzelnen Energiespeichern, mit der Ladeeinheit und/oder mit dem wenigstens einen Verbraucher verbunden sein. Die Verschaltungseinrichtung kann eingerichtet sein, die einzelnen Energiespeicher derart mit dem wenigstens einen Verbraucher zu koppeln, dass die Kopplung wenigstens eines der Energiespeicher zum wenigstens einen Verbraucher unabhängig von der Anzahl der Energiespeicher oder unabhängig von deren Verschaltung miteinander permanent ohne Unterbrechung besteht. Bevorzugt weist eine solche Verschaltungseinrichtung einen Regelkreis auf, welcher bei Detektion nur noch eines verfügbaren, ausreichenden Energiespeichers ein Alarm-Signal auslösend ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist das Alarmsignal an eine Anzeige weiterleitbar, wobei die Anzeige die aktuelle Verschaltung, stromlos geschaltete, austauschbare Energiespeicher und/oder freie Anschlussplätze zur Erweiterung mit weiteren Energiespeichern anzeigend ausgebildet ist.
Die Möglichkeit der Verschaltung von Teilmengen in Parallelanordnung (teilweise Parallelschaltung) ermöglicht erfindungsgemäß, einzelne Energiespeicher zu einem beliebigen Zeitpunkt auszutauschen; weiterhin kann auch die gesamte Anordnung zu einem beliebigen Zeitpunkt kaskadiert werden. In Hinblick auf eine hohe Lebensdauer und/oder Effizienz der Anordnung ist dies ein wesentlicher Aspekt. Auch kann hierdurch sichergestellt werden, dass die Leistungsfähigkeit der gesamten Anordnung nicht durch einzelne nicht optimal laufende / funktionierende Energiespeicher beeinträchtigt wird. Diese Energiespeicher können problemlos stromlos geschaltet und ersetzt oder gewartet werden, und zwar jederzeit, auch während der Verwendung der weiteren Energiespeicher. Die erfindungsgemäße Anordnung liefert also auch diverse Vorteile speziell bei Verbrauchern, die unbedingt kontinuierlich mit einer bestimmten Leistung versorgt werden müssen.
Besonders bevorzugt kann so eine mobile Anordnung - zum Beispiel in einem Fahrzeug - optimal genutzt werden: Die Anzahl der Energiespeicher kann der vorgesehenen Nutzung angepasst werden. Dadurch wird bei kurzen Transportfahrten die Möglichkeit eröffnet, Speichergewicht einzusparen und Transportvolumen für Nutzlast zu vergrößern. Sind größere Strecken zurückzulegen, so kann die Kapazität durch Einsetzen frischer Energiespeicher mit maximaler Kapazität und auch die Reichweite passend erhöht werden. Besonders bevorzugt kann bei immobiler Nutzung - zum Beispiel in einem Gebäude - jeder Energiespeicher im Umfang seiner vollen Leistungsfähigkeit und Lebenserwartung verwendet werden. Das offen erweiterbare System ermöglicht mit mehreren, älteren Energiespeichern verringerter Kapazität die gleiche Leistung wie mit wenigen, frischen Energiespeichern. Besonders vorteilhaft findet eine kombinierte Nutzung von mobiler und immobiler Anordnung statt, bei der Energiespeicher in der mobilen Anordnung ein optimales Verhältnis von Kapazität zu Ladevolumen und Reichweite bereitstellen, während in der immobilen Anordnung die Energiespeicher im vollen Umfang ihrer wirtschaftlich sinnvollen Lebensspanne auch mit fallender Kapazität abschließend weiter Verwendung finden können; Letzteres ermöglicht mithin Akkumulatoren, die in der ursprünglichen Anwendung nicht mehr ausreichen, ein 'zweites Leben', in dem die Restkapazität / Restlaufzeit sinnvoll erschlossen wird.
Dank der hohen Flexibilität ist die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere wie vorbeschrieben zur Verwendung auf dem Gebiet der Energiespeicher für Elektromobile eingerichtet, speziell aufgrund der Möglichkeit, die Reichweite des jeweiligen Elektromobils durch Erweiterung der erfindungsgemäßen Anordnung anpassen zu können. Bevorzugt umfasst eine solche Anordnung Baugruppen zur Daten-Verarbeitung, welche mit einem intelligent ausgerüsteten Energiespeicher Daten austauschen und / oder über Analyseschaltungen Daten eines einfachen Energiespeichers erfassen und zur Regelung heranziehen können. Das bietet die Möglichkeit, verschiedene Energiespeicher in einer Anordnung zu kombinieren. Letzteres erlaubt vorteilhaft das Einbinden von älteren und/oder etablierten Energiespeichern wie zum Beispiel Autobatterien, welche grundsätzlich immer noch breit verfügbar sind und als Notversorgung für Regelkreise und Steuerungen sinnvoll mit herangezogen werden können. Aktuell werden in der Automobilindustrie z.B. ein bis drei Varianten für die Kapazität bei einer Energieversorgung, (und damit für die Reichweite) angeboten. Mittels der erfindungsgemäßen Anordnung sind deutlich feinere Unterteilungen zugänglich und können nutzerseitig ohne komplexes Werkzeug vorgenommen werden. Bevorzugt stellt eine Anzeige in Kombination mit einer
Regelschaltung hierzu Übersichten bereit, in denen Nutzlast, Reichweite und Ladevolumen in Abhängigkeit der Daten der angeschlossenen Energiespeicher und der möglichen Tauschvarianten von verfügbaren Energiespeichern angezeigt werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Berechnung und Anzeige in Kombination mit einer vor Ort befindlichen, stationären Anordnung unter drahtlosem Austausch der jeweiligen Daten. Es kann so jedem Nutzer ermöglicht werden, eine jeweilige Anordnung speziell individuell je Anwendung bereitzustellen. Z.B. wenn eine Person weiß, dass sie täglich eine bestimmte Strecke pendeln muss, kann die Anordnung speziell für diese Reichweite ausgelegt werden, bevorzugt in Abhängigkeit der Außenbedingungen und der temperaturabhängigen Leistungscharakteristika der verfügbaren Speicher von Tag zu Tag individuell eingestellt werden. Der Nutzer muss hierfür lediglich die entsprechenden Energiespeicher in der stationären Anordnung, bevorzugt aus der Anordnung einer Hausautomation, schaltungstechnisch stromlos schalten lassen, was bevorzugt durch ein neben jedem Energiespeicher angeordnetes Bedienfeld, besonders bevorzugt durch einen als aktiv gekennzeichneten Knopf, ermöglicht werden kann, entnehmen und in die mobile Anordnung einsetzen. Die mobile Anordnung erfasst dann die Daten der zusätzlich hinzugefügten Energiespeicher, berechnet die so verfügbaren Leistungscharakteristika und zeigt diese auf der Anzeige an.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Pol wenigstens eines der Energiespeicher, insbesondere einer Anzahl von n-1 Energiespeichern, mit zwei Umschaltern verbunden, die jeweils an eine von zwei Hauptleitungen der Energiespeichermanagementanordnung koppelbar sind. Dies liefert eine große Flexibilität der Art der Verschaltung bei einfachem Aufbau der Anordnung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Verschaltungseinrichtung derart mit den Energiespeichern verschaltbar, dass einzelne der Energiespeicher, insbesondere jeder Energiespeicher mit einem Trio der dreistufigen Umschalter eine zwischen den Hauptleitungen verschaltbare Energiespeichereinheit bildet, welche Energiespeichereinheiten jeweils in Parallelanordnung schaltbar sind und in beliebiger Anzahl zwischen den Hauptleitungen kaskadierbar bzw. erweiterbar sind. Beispielsweise wird die Kaskade aus Energiespeichereinheiten aus fünf bis zehn Energiespeichern jeweils mit einem Paar Umschaltern gebildet. Eine jeweilige Energiespeichereinheit bildet dabei eine Art Modul, um welches Modul die Anordnung modular beliebig oft erweiterbar ist.
Als Hauptleitung ist eine Leitung zu verstehen, an welche die Energiespeicher gemeinsam bzw. individuell gekoppelt werden können. Jeder Energiespeicher kann an die Hauptleitung gekoppelt sein. Die Hauptleitung ist jedenfalls stromführend, wohingegen alle weiteren Leitungen wahlweise auch stromlos sein können, je nach Verschaltung. Ohne die Hauptleitung kann kein Stromkreis geschlossen werden. Die Hauptleitung kann mehrere Hauptleitungsabschnitte aufweisen, insbesondere zwei, jeweils an einen der Pole der Energiespeicher koppelbar. In einer der möglichen Varianten bilden zwei Hauptleitungen bzw. Hauptleitungsabschnitte der Energiespeichermanagementanordnung diejenigen Leitungen einer Parallelschaltung, zwischen welchen eine Teilmenge der Energiespeicher oder alle Energiespeicher verschaltet sind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind beide Pole (Eingangspol und Ausgangspol) wenigstens eines der Energiespeicher, insbesondere jedes Energiespeichers mit dem Eingangspol eines der weiteren Energiespeicher koppelbar, insbesondere eines benachbarten Energiespeichers der Kaskade. In einer Kaskade von vielen Energiespeichern kann dadurch eine teilweise Parallelschaltung von einzelnen Energiespeichern oder
Untergruppen der Energiespeicher erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind einzelne der Energiespeicher, insbesondere eine Anzahl von n-1 Energiespeichern, zwischen drei oder vier der dreistufigen Umschalter angeordnet. Dies ermöglicht eine Kaskadierung auf besonders elegante Weise, bzw. bei größtmöglicher Flexibilität.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der dreistufigen Umschalter gleich der doppelten Menge der verschaltbaren Energiespeicher. Dies liefert einen besonders einfachen Aufbau: Eine Hauptleitung schließt den Stromkreis, und der jeweilige Energiespeicher kann mittels der beiden Umschalter sowohl an die Hauptleitung gekoppelt bzw. darin eingebunden werden, als auch an wenigstens einen der weiteren Energiespeicher gekoppelt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind einzelne der Energiespeicher, insbesondere jeder Energiespeicher an einen mit einem ersten Hauptleitungsabschnitt der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter sowie an einen mit einem zweiten Hauptleitungsabschnitt der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter gekoppelt. Hierdurch kann ein klarer, einfacher Aufbau der Anordnung sichergestellt werden, welcher um eine beliebige Anzahl von
Energiespeichern erweiterbar ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel verschaltet die Energiespeichermanagementanordnung eine Kaskade von Energiespeichern, indem die Energiespeicher jeweils zwischen zwei Hauptleitungen verschaltet sind, welche Hauptleitungen jeweils über einen der Energiespeicher und zwei der Umschalter miteinander koppelbar sind.
Dies ermöglicht eine Parallelschaltung an bzw. bezüglich jedem der Energiespeicher. Die Hauptleitungen können dabei abschnittsweise jeweils durch eine erste und zweite Verbindungsleitung miteinander verbunden werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Verschaltungseinrichtung oder eine jeweilige Energiespeichereinheit wenigstens eine Leitungsbrücke auf, welche einen der Pole eines jeweiligen Energiespeichers an einen ersten und einen zweiten der mit einem/dem ersten Hauptleitungsabschnitt der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter koppelt. Dies ermöglicht nicht nur eine flexible Verschaltung in Parallelanordnung, sondern liefert eine besonders einfache, klare Architektur auch für teilweise oder vollständige Verschaltung in Serie.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Verschaltungseinrichtung oder eine jeweilige Energiespeichereinheit wenigstens eine (erste bzw. dritte) Verbindungsleitung auf, welche einen Pol eines jeweiligen Energiespeichers an zwei jeweils mit einer der beiden Hauptleitungen der Energiespeichermanagementanordnung verbundene dreistufige Umschalter koppelt. Hierdurch kann die teilweise serielle bzw. parallele Verschaltung auf besonders einfache und flexible Weise realisiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Energiespeichermanagementanordnung einen Spannungsrampenfilter, welcher zwischen der Ladeeinheit und den Energiespeichern vorgesehen oder anordenbar ist, und welcher eingerichtet ist, Spannungssprünge beim Verschalten einzelner der Energiespeicher zu filtern oder auszugleichen, insbesondere durch Verringern der Geschwindigkeit einer Spannungsänderung.
Ein Spannungsrampenfilter liefert den Vorteil, dass ein Verschalten weitgehend unabhängig von der Betriebsweise oder dem Spannungszustand der einzelnen Energiespeicher möglich ist. Auch können Stromimpulse vermieden werden, welche das Risiko von Gerätedefekten mit sich bringen. Der Spannungsrampenfilter kann derart an bzw. in der Verschaltungseinrichtung angeordnet werden, dass die
Energiespeichermanagementanordnung zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen einzelnen der Energiespeicher und/oder zwischen dem wenigstens einen Verbraucher bzw. der wenigstens einen Ladeeinheit und einzelnen der Energiespeicher eingerichtet ist, insbesondere indem der Spannungsrampenfilter an der Hauptleitung der Energiespeichemanagementanordnung angeordnet bzw. darin integriert wird. Hierdurch kann der jeweilige Schaltvorgang jedenfalls über den Filter ausgeführt werden bzw. Unstetigkeiten wie Spannungsoder Stromänderungen können jedenfalls über den Filter geleitet und abgedämpft werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein/der Spannungsrampenfilter der
Energiespeichermanagementanordnung in die Verschaltungseinrichtung integriert, wobei der Spannungsrampenfilter auch die Schnittstelle zum Verbraucher bzw. zur Ladeeinheit bilden kann. Die Integration stellt sicher, dass unabhängig von der jeweiligen Verschaltung der Filter jedenfalls jede Art von auftretenden Unstetigkeiten filtern kann, so dass der Verbraucher davon nicht betroffen wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Spannungsrampenfilter in einem Schallkreisabschnitt zwischen dem wenigstens einen Verbraucher bzw. der Ladeeinheit und den einzelnen Energiespeichern angeordnet, welcher Schaltkreisabschnitt zwischen den einzelnen Energiespeichern umschaltbar ist. Dies ermöglicht, den Filter direkt zwischen wenigstens einen speziellen Energiespeicher und den Verbraucher oder die Ladeeinheit zu schalten.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Spannungsrampenfilter mittels eines Schalters von einer Hauptleitung der Energiespeichermanagementanordnung oder von den Energiespeichern entkoppelbar, welcher Schalter bevorzugt direkt vor/hinter dem Filter angeordnet ist. Hierdurch kann das Schließen des Stromkreises unmittelbar im Zusammenhang mit der Einbindung des Filters in den Stromkreis erfolgen, was auch eine besonders robuste, sichere Architektur liefert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Energiespeichermanagementanordnung eine Recheneinheit auf, die in Verbindung mit den Umschaltern ist und mit einer/der Ladeeinheit und wenigstens einem Verbraucher koppelbar ist, wobei die Verschaltungseinrichtung, insbesondere zusammen mit einem/dem Spannungsrampenfilter der Energiespeichermanagementanordnung, bezüglich der jeweils geschalteten
Energiespeicher eine Multiplexer-Anordrumg bildet oder eine Multiplexer-Fwaktion beim Verschalten der Energiespeicher realisiert. Hierdurch kann die Funktionalität der Energiespeichermanagementanordnung auf einfache Weise erweitert werden, insbesondere unabhängig von der Anzahl der Energiespeicher. Insbesondere kann die Art und Weise der Verschaltung im Detail gezielt vordefiniert werden, insbesondere nach vorgegebenen spezifischen Schaltmustern.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Verschaltungseinrichtung zum Verschalten mehrerer parallel und/oder seriell miteinander verschaltbarer Energiespeicher mit wenigstens einem Verbraucher einerseits und mit einer Ladeeinheit andererseits, wobei die einzelnen Energiespeicher mittels der Verschaltungseinrichtung vom wenigstens einen Verbraucher auf die Ladeeinheit oder umgekehrt umschaltbar sind, wobei die Verschaltungseinrichtung eingerichtet ist, den wenigstens einen Verbraucher, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Spannungsrampenfilters, mit einem jeweiligen Energiespeicher oder Untergruppen/Teilmengen dieser Energiespeicher in Parallelanordnung zu verschalten und dabei Spannungssprünge auszugleichen, wobei die Verschaltungseinrichtung insbesondere zur Verwendung in einer zuvor beschriebenen Energiespeichermanagementanordnung eingerichtet ist. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Insbesondere liefert eine derartige Verschaltungseinrichtung eine sehr hohe Flexibilität unabhängig von der Anzahl der Energiespeicher, sei es bezüglich Laden oder Entladen einzelner Energiespeicher.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung einerseits zwischen einer Ladeeinheit und einer Vielzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschaltbaren Energiespeichern und andererseits zwischen den Energiespeichern und wenigstens einem Verbraucher mittels einer Energiespeichermanagementanordnung, insbesondere einer zuvor beschriebenen
Energiespeichermanagementanordnung, wobei einzelne der parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Energiespeicher mittels einer Verschaltungseinrichtung an den wenigstens einen Verbraucher und/oder an die Ladeeinheit gekoppelt werden, wobei erfindungsgemäß vorgeschlagen wird, dass der jeweilige Energiespeicher zwischen wenigstens zwei wenigstens dreistufigen Umschaltern zwischen zwei Hauptleitungen der Energiespeichermanagementanordnung verschaltet wird, wobei wenigstens eine Teilmenge der Energiespeicher in Parallelanordnung geschaltet werden, oder eine erste Teilmenge in Parallelanordnung und eine zweite Teilmenge in serieller Anordnung geschaltet werden. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Das Verschalten kann insbesondere derart erfolgen, dass Teilentladungszyklen bei paralleler Verschaltung einzelner der Energiespeicher und/oder Vollentladungszyklen bei serieller Verschaltung einzelner der Energiespeicher realisierbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform werden Spannungssprünge beim Verschalten einzelner der Energiespeicher mittels eines Spannungsrampenfilters ausgeglichen, insbesondere durch Verringern der Geschwindigkeit einer Spannungsänderung. Dies ermöglicht das Schalten weitgehend unabhängig vom Zustand der einzelnen
Energiespeicher, selbst bei großen Unterschieden bezüglich Energieinhalt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verschalten unterbrechungsfrei über den Filter. Dies ermöglicht ein direktes Verschalten zu den gewünschten optimalen Zeitpunkten und vereinfacht nicht zuletzt auch die Steuerung eines Lade- oder Entladezyklus.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verschalten basierend auf wenigstens einem Kriterium bzw. Wert/Betrag aus der Gruppe: vordefinierte Spannung bzw. Spannungsbereich, Temperatur bzw. Temperaturbereich, Stromstärke bzw. Bereich der Stromstärke, Ladezustand (SoC), Zeit oder Intervall, (Innen- )Widerstand, oder einem jeweiligen Maximal- oder Minimalwert. Wahlweise können alternativ oder zusätzlich auch Verbraucherkenndaten die Betriebsart bestimmen: Last, Stromaufnahme, Versorgungsspannung, Versorgungsstrom. Ein Beispiel liefert auch ein spezifischer Arbeitspunkt von Photovoltaikanlagen oder Windenergieanlagen, die bevorzugt als zusätzliche Energiequelle angeschlossen sein können; hier sieht die Anordnung vorteilhaft Regelkreise vor, welche eine Leistung auch in kurzen bis sehr kurzen Zeitintervallen anzupassen vermag, um Überschüsse sinnvoll einzuspeichern und/oder bei Teilverschattung/Teilausfall die Leistungsabgabe durch Verschaltung der verfügbaren Energiespeicher entsprechend zu erhöhen. Dies ermöglicht eine hohe Autonomie der Anordnung, bzw. eine Automatisierung auf vergleichsweise flexible Weise. Dabei kann das Verschalten auch derart erfolgen, dass einzelne oder alle Energiespeicher mit demselben Ladezustand bereitgestellt werden.
Dank hoher Autonomie, insbesondere sowohl hinsichtlich Laden als auch Entladen, ist die Anordnung besonders gut geeignet für autarke Systeme sowie Systeme, bei denen zu erwarten ist, dass in Zukunft nur auf ältere, etablierte Energiespeicher zur Kapazitätserweiterung zurückgegriffen werden kann. Besonders vorteilhaft umfasst dies auch nicht wieder aufladbare Energiequellen wie Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Langzeitversorgung wenigstens eines Verbrauchers durch automatisiertes Umschalten bzw. Verschalten von leeren oder teilentladenen Energiespeichern zu vollen oder vollständiger geladenen Energiespeichern, insbesondere unterbrechungsfrei. Dies ermöglicht auch, die
Anordnung für Verbraucher einzusetzen, die kontinuierlich betrieben werden müssen und jedenfalls nicht stromlos bzw. nicht ohne Spannungsversorgung sein dürfen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verschalten derart, dass Energiespeicher mit geringerer Leistungsfähigkeit anstelle von Energiespeichern mit höherer Leistungsfähigkeit an den jeweiligen Verbraucher gekoppelt werden. Dies ermöglicht auch die effiziente Weiterverwendung älterer, also weniger leistungsfähig gewordener Energiespeicher, ohne dass dies Nachteile auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Anordnung hat. Dazu kann eine Recheneinheit bzw. die Steuerungseinrichtung den Energiebedarf des Verbrauchers ermitteln und die verfügbaren Energiespeicher derart verschalten, dass die Versorgung des Verbrauchers eben durch jene Energiespeicher sichergestellt wird, welche dazu noch eingerichtet sind. Mit anderen Worten: Besonders effiziente Energiespeicher können geschont werden und für Verbraucher reserviert werden, welche eine besonders anspruchsvolle Energieversorgung erfordern. Besonders bevorzugt erfolgt letztere Maßnahme in einer Kombination aus mobiler und immobiler Anordnung, wobei die beiden Anordnungen Kommunikationsschnittstellen aufweisen, die passend ausgebildet sind und erfasste sowie verfügbare Energiespeicher in drahtloser Kommunikation erfassen und die zugehörigen Daten miteinander austauschen können.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verschalten derart, insbesondere in Abhängigkeit von der Zeit, dass Teilzyklen bei paralleler Entladung mehrerer Energiespeicher oder Vollzyklen bei sequentieller Entladung mehrerer Energiespeicher realisiert werden.
Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch Verwendung einer Verschaltungseinrichtung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichermanagementanordnung zum Verschalten einzelner Energiespeicher mit wenigstens einem Verbraucher einerseits und mit einer Ladeeinheit andererseits, wobei die Verschaltungseinrichtung je Energiespeicher eine Energiespeichereinheit bildet, welche zwischen wenigstens zwei wenigstens dreistufigen Umschaltern zwischen zwei Hauptleitungen der Energiespeichermanagementanordnung angeordnet wird und über wenigstens eine schaltbare Leitung mit einer der weiteren Energiespeichereinheiten derart verbunden wird, dass eine beliebige Teilmenge der Energiespeicher in Parallelanordnung verschaltbar ist, insbesondere Verwendung in einer zuvor beschriebenen Energiespeichermanagementanordnung, bevorzugt umfassend einen zwischen der Ladeeinheit und den Energiespeichern angeordneten Spannungsrampenfilter. Dies liefert zuvor genannte Vorteile. In Verbindung mit einem Spannungsrampenfilter kann ein Ausgleichen von Spannungssprüngen beim Verschalten der einzelnen Energiespeicher oder beim Umschalten zwischen den einzelnen Energiespeichern auf besonders effektive Weise erfolgen.
In vorteilhafter Ausführungsform ist eine Verschaltung zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichermanagementanordnung eingerichtet. Hierbei weist diese Verschaltung einen Umschalter, insbesondere dreistufigen Umschalter, auf. Die Verschaltung weist weiterhin einen Anschluss auf, welcher mit mindestens einem Pol eines Energiespeichers verbindbar ist, wobei wiederum der Anschluss über die Verschaltung mit mindestens 3, bevorzugt mit 4, weiteren Funktions-Anschlüssen der Verschaltung verbindbar ist. Die Funktions-Anschlüsse umfassen, bestehen bevorzugt aus, einen Abgabe-Anschluss für parallele Stromentnahme, einen Abgabe-Anschluss für serielle Stromentnahme, einen Lade- Anschluss für Ladestrom und einen isolierten, stromlos ausgebildeten Anschluss für Austausch des Energiespeichers. Die Verschaltung ist somit zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichermanagementanordnung eingerichtet. Durch den spezifischen Umschalter der Schaltung kann der jeweilige Energiespeicher jederzeit stromlos geschaltet, entkoppelt und getauscht werden. In vorteilhafter Ausführungsform einer Verschaltungseinrichtung sind die einzelnen Energiespeicher jeweils über eine jeweilige Datenleitung 2 und eine Energieleitung 3 mit der Verschaltungseinrichtung 15 verbunden und weiterhin ist eine Recheneinheit 20 über mindestens eine Datenleitung mit der Verschaltungseinrichtung 15 verbunden, wobei weiterhin mittels der Verschaltungseinrichtung 15 vom wenigstens einen Verbraucher auf die Ladeeinheit oder umgekehrt umschaltbar sind. Die Verschaltungseinrichtung ist dabei eingerichtet, von der Recheneinheit 20 Steuer- und/oder Regel-Signale zu empfangen und auszutauschende Energiespeicher in
Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen stromlos zu schalten, bevorzugt stromlos zu schalten und auf einer Anzeige als stromlos zu kennzeichnen, womit die Verschaltungseinrichtung zur vorteilhaften Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energiespeichermanagementanordnung eingerichtet ist. In vorteilhafter Ausführungsform ist eine Verschaltungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die
Verschaltungseinrichtung Teil einer mobilen Vorrichtung ist und eingerichtet ist, verfügbare, angeschlossene Energiespeicher in ihren Leistungsdaten zu erfassen, in Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen zu selektieren und die Selektion in Abhängigkeit von verfügbarer, mittlerer Laufzeit des mobilen Systems an der Anzeige Steuer- und/oder regelbar anzuzeigen.
In vorteilhafter Ausführungsform ist eine Verschaltungseinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung Teil einer stationären Vorrichtung ist und eingerichtet ist, verfügbare, angeschlossene
Stromspeicher in ihren Leistungsdaten zu erfassen, in Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen zu selektieren und die Selektion an der Anzeige Steuer- und/oder regelbar anzuzeigen.
In vorteilhafter Kombination zweier bevorzugter Verschaltungseinrichtungen sind die Verschaltungseinrichtungen eingerichtet, über die jeweilige Recheneinheit 20 die Daten der jeweils angeschlossenen und/oder verfügbaren Energiespeicher abzugleichen und die Effizienz einer mobilen Vorrichtung sowie die Nachhaltigkeit einer stationären Einrichtung maximal zu halten.
Mithin ermöglicht die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Ausführungsform ein autarkes System, eingerichtet zur Verwendung einer erfindungsgemäßen Energiespeichermanagementanordnung, wobei das autarke System mindestens eine vorteilhafte Verschaltungseinrichtung, bevorzugt eine Kombination aus mobiler und stationärer Vorrichtung, aufweist und an mindestens eine regenerative Energiequelle, bevorzugt eine Photovoltaik- Energiequelle oder Windenergie-Quelle, angeschlossen ist.
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung bzw. Anordnung bzw. Beschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit einem Filter für Spannungs- und Stromrampen;
Figur 2 in schematischer Darstellung eine Energiespeichermanagementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit 3 -stufigem Umschalter und mit sechs in Serie geschalteten Energiespeichern;
Figur 3 in schematischer Darstellung eine Energiespeichermanagementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit 3 -stufigem Umschalter und mit sechs parallel geschalteten Energiespeichern;
Figuren 4, 5 jeweils in schematischer Darstellung eine
Energiespeichermanagementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit 3 -stufigem Umschalter und mit zwei Gruppen von in Serie geschalteten Energiespeichern, welche Gruppen parallel zueinander geschaltet sind;
Figuren 6, 7 jeweils in schematischer Darstellung eine Energiespeichermanagementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, mit 3 -stufigem Umschalter, in einer weiteren Anordnung bzw. Beschaltung relativ zueinander; Figur 8 in schematischer Darstellung eine Energiespeichemanagementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und Figuren 9, 10 und 11 jeweils in schematischer Darstellung einzelne Schritte eines Verfahrens zum Steuern der Energieversorgung zu miteinander verschalteten Energiespeichern bzw. zu wenigstens einem Verbraucher gemäß Ausführungsformen, insbesondere mittels einer Energiespeichermanagementanordnung gemäß den Ausführungsbeispielen. In der Fig. 1 ist eine Energiespeichermanagementanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt, welche einen Spannungsrampenfilter 11 aufweist, der mehrere Kapazitäten Cl, C2 bzw. Kondensatoren und mehrere Induktivitäten LI, L2, L3 bzw. Spulen umfasst, und der zwischen einem Verbraucher 18 (Potential Ρ+, P-) und verschalteten Energiespeichern Bl,..., Bn angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel sind sechs (wahlweise baugleiche) Energiespeicher Bl bis B6 zwischen zwei Hauptleitungen 12a, 12b der Energiespeichermanagementanordnung 10 angeordnet und miteinander wahlweise seriell und/oder parallel verschaltbar, insbesondere auch teilweise in Untergruppen. Die Energiespeicher Bl bis B6 sind hier über einen dreistufigen Schalter 13 (auf/zu/neutral) mit dem Filter 11 bzw. mit dem Verbraucher verbindbar. In der veranschaulichten Schalterstellung der Schalter 'S' sind die Schalter offen und mithin sämtliche Energiespeicher 'B' stromlos - also noch nicht in die Anordnung elektrisch eingebunden. In dieser Konfiguration können die stromlos geschalteten Energiespeicher nutzerseitig beliebig getauscht oder in ihrer Anzahl an das vorgesehene oder gegebene Verwendungsszenario angepasst werden.
Die Energiespeichermanagementanordnung 10 weist eine Vielzahl von Umschaltern bzw. Umschalter-Gruppen Sl bis S12 auf. Die Energiespeicher Bl,..., Bn sind mittels der Umschalter Sl bis S12 miteinander und mit einem jeweiligen Hauptleitungsabschnitt 12a, 12b verbunden, an welcher eine Eingangsspannung B+ bzw. eine
Ausgangsspannung B- anliegt. Jeder Energiespeicher ist zwischen drei oder vier dieser Umschalter angeordnet. Jeder Energiespeicher ist mit einer ersten Verbindungsleitung 14a an einen der mit dem ersten Hauptleitungsabschnitt 12a verbundenen Umschalter Sl, S3, S5, S7, S9, Si l gekoppelt, und mit einer zweiten Verbindungsleitung 14b (insbesondere am anderen Pol des Energiespeichers) an einen mit dem zweiten Hauptleitungsabschnitt 12b verbundenen Umschalter S2, S4, S6, S8, S10, S12 gekoppelt. Eine Leitungsbrücke 14a.l koppelt einen der Pole des jeweiligen Energiespeichers an einen weiteren der mit dem ersten Hauptleitungsabschnitt 12a verbundenen Umschalter. Über eine dritte Verbindungsleitung 14c sind einige der Energiespeicher auch mit dem anderen Pol an einen mit dem zweiten Hauptleitungsabschnitt 12b verbundenen Umschalter bzw. an den zweiten Hauptleitungsabschnitt 12b gekoppelt.
Jeder Energiespeicher bildet mit einem Trio dieser Umschalter (oder einer noch höheren Anzahl, insbesondere vier Umschaltern) eine zwischen den Hauptleitungen 12a, 12b verschaltbare Energiespeichereinheit 16; 16.1, ..., 16.n (wobei sich das Bezugszeichen 16.n auf einen nicht dargestellten letzten Energiespeicher der Vielzahl der Energiespeicher bezieht). Die Energiespeichereinheiten 16 sind in einer Kaskade von n (bzw. hier sechs) Energiespeichern zwischen den Hauptleitungen 12a, 12b verschaltet. Somit kann ein jeweiliger Energiespeicher jeweils zwischen einem Umschalter oder einem Paar Umschaltern zum ersten Hauptleitungsabschnitt und einem Umschalter oder einem Paar Umschaltern zum zweiten Hauptleitungsabschnitt verschaltet werden. Jeder Energiespeicher ist über drei oder vier Kontaktpunkte an die beiden Hauptleitungen gekoppelt.
Die Umschalter Sl, S12, der zwei- bzw. dreistufige Schalter 13, der Filter 11 sowie die entsprechenden Leitungsabschnitte bilden Komponenten einer Verschaltungseinrichtung 15 eingerichtet zum parallelen und seriellen Verschalten einzelner der Energiespeicher.
Der jeweilige Umschalter Sl bis S12 ist als dreistufiger Schalter ausgeführt sowie jeweils an eine der Hauptleitungen 12a, 12b gekoppelt und (wahlweise) auch an einen der weiteren Umschalter gekoppelt, wobei eine Schaltstellung zur Hauptleitung einer Parallelanordnung der entsprechenden Energiespeicher entspricht, und wobei eine Schaltstellung zum weiteren Umschalter einer seriellen Verschaltung der entsprechenden Energiespeicher entspricht. In einer Zwischenstellung ist der Umschalter offen, also entsprechend einer Stellung ohne Verschaltung der entsprechenden Energiespeicher. Der dreistufige Umschalter bzw. dessen drei Stufen 0, 1 und 2 können z.B. durch eine Relais- bzw. Halbleitereinrichtung, insbesondere Mosfet, realisiert werden.
Der Spannungsrampenfilter 11 ermöglicht ein Schalten ohne nachteilige Spannungs- oder Stromspitzen. Der Spannungsrampenfilter 11 kann als Hochleistungsfilter für Spannungs- und Stromrampen ausgebildet sein.
Im Folgenden sind die bei einer jeweiligen Art der Verschaltung stromführenden Leitungen jeweils mit Bezugsziffern versehen, und die stromlosen Leitungen weisen keine Bezugsziffern auf. In der Fig. 2 sind alle Energiespeicher Bl bis B6 in Serie geschaltet (Bl /S/ B2 /S/ B3 /S/ B4 /S/ B5 /S/ B6). Die Umschalter Sl und S12 stehen auf P („parallel"), und die Umschalter S3, S5, S7, S9, Si l sind offen, und die Umschalter S2, S4, S6, S8, S10 stehen auf S („seriell"). Die Ausgangsspannung B+ ist so groß wie die Summe aller Teilspannungen des jeweiligen Energiespeichers. Die Kapazität ist so groß wie die Einzelkapazität der Energiespeicher .-
In der Fig. 3 sind alle Energiespeicher Bl bis B6 parallel geschaltet (Bl // B2 // B3 // B4 // B5 // B6). Die Umschalter Sl, S3, S5, S7, S9, Sil stehen auf P („parallel"), und die Umschalter S2, S4, S6, S8, S10, S12 stehen ebenfalls auf P („parallel"). Die Ausgangsspannung B+ ist so groß wie die Einzelspannung der Energiespeicher. Die Kapazität ist so groß wie die Summe aller Teilkapazitäten des jeweiligen Energiespeichers. Die Leitungen 14c sind stromlos.
In der Fig. 4 sind Energiespeicher Bl und B3 in Serie und Energiespeicher B4 und B6 ebenfalls in Serie geschaltet, und die Gruppe Bl, B3 ist parallel zur Gruppe B4, B6 geschaltet (Bl /S/ B3) // (B4 /S/ B6). Die Energiespeicher B2 und B5 sind unbeschaltet. Die Umschalter Sl, S6, S7 und S12 stehen auf P („parallel"), und die Umschalter S3, S4, S9, SlO sind offen, und die Umschalter S2, S5, S8, Si l stehen auf S („seriell"). Die Ausgangsspannung B+ entspricht der zweifachen Einzelspannung der Energiespeicher. Zwischen den Umschaltern S3 und S5 wird die Leitungsbrücke 14a.l bestromt, ebenso zwischen den Umschaltern S9 und Si l. Der Energiespeicher B3 kann sowohl über die Leitung 14a als auch über die Leitung 14c konnektiert bzw. bestromt werden, und zwar mittelbar über die vom vorhergehenden Energiespeicher B2 kommende Leitungsbrücke 14a.l. Ebenso Energiespeicher B6. Bei der in Fig. 4 dargestellten Verschaltung sind beide Pole (Eingangspol und Ausgangspol) des Energiespeichers B2 mit dem Eingangspol des benachbarten Energiespeichers B3 der Kaskade aus sechs Energiespeichern koppelbar.
In der Fig. 5 sind Energiespeicher Bl bis B3 in Serie und Energiespeicher bzw. Gruppen B4 bis B6 ebenfalls in Serie geschaltet, und die Gruppe Bl bis B3 ist parallel zur Gruppe B4 bis B6 geschaltet (Bl /S/ B2 /S/ B3) // (B4 /S/ B5 /S/ B6). Die Umschalter Sl, S6, S7 und S12 stehen auf P („parallel"), und die Umschalter S3, S5, S9, Si l sind offen, und die Umschalter S2, S4, S8, SlO stehen auf S („seriell"). Die Ausgangsspannung B+ entspricht der dreifachen Einzelspannung der Energiespeicher. Die Energiespeicher Bl, B2 und B3 sind jeweils mittels der
Leitungen 14b, 14c in Reihe geschaltet. Die Leitung 14c zwischen dem Umschalter S6 und dem Energiespeicher B4 ist stromlos, so dass die Energiespeicher B4, B5 und B6 als Teilgruppe parallel zur durch die Energiespeicher Bl, B2 und B3 gebildeten Teilgruppe geschaltet sind. Fig. 6 zeigt eine weitere Schaltungsvariante (Bl /S/ B3 /S/ B5). Die Umschalter Sl, SlO stehen auf P
(„parallel"), und die Umschalter S3, S4, S7, S8, Si l, S12 sind offen, und die Umschalter S2, S5, S6, S9 stehen auf S („seriell"). Diese Verschaltung liefert die Möglichkeit, einzelne der Energiespeicher beim Laden oder Entladen von den weiteren Energiespeichern selektiv zu entkoppeln, und zwar bei einer seriellen Verschaltung. Zwischen den Umschaltern S3 und S5 sowie zwischen den Umschaltern S7 und S9 wird die Leitungsbrücke 14a.l bestromt. Der Energiespeicher B2 bzw. B4 bzw. B6 ist von den weiteren Energiespeichern Bl bis B5 entkoppelt worden, indem die jeweilige Leitungsbrücke 14a.l als Bypass vorbei am Energiespeicher B2 bzw. B4 verwendet wird.
Fig. 7 zeigt eine weitere Schaltungsvariante (Bl // B3 // B5). Die Umschalter Sl, S2, S5, S6, S9, SlO stehen auf P („parallel"), und die Umschalter S3, S4, S7, S8, Si l, S12 sind offen. Diese Verschaltung liefert ebenfalls die Möglichkeit der Entkopplung einzelner der Energiespeicher, und zwar bei Parallelschaltung. Die in den Figuren 6 und 7 gezeigten Verschaltungen sind mittels derselben Verschaltungseinrichtung 15 realisierbar bzw. miteinander kombinierbar. Diese Ausführungsbeispiele zeigen einzelne von zahlreichen Varianten einer Beschaltung, die individuell sowohl seriell als auch parallel konfiguriert werden kann, jeweils in Bezug auf einzelne Energiespeicher oder (Untergruppen. Die Anzahl der Energiespeicher ist dabei nur beispielhaft gewählt und kann selbstredend variiert werden. In der Fig. 8 ist Energiespeichermanagementanordnung 10 für eine Vielzahl von Energiespeichern Bl, B2, B3, Bn und einen oder mehrere Verbraucher 4.1, 4.n gezeigt, welche jeweils über eine Datenleitung 2 und eine Energieleitung 3 an eine Verschaltungseinrichtung 15 gekoppelt sind. Die Verschaltungseinrichtung 15 weist einen Spannungsrampenfilter 11 auf, welcher zwischen den Energiespeichern und dem Verbraucher bzw. der Ladeeinheit angeordnet ist. Die schematisch dargestellten Leitungen zwischen den Energiespeichern B 1 , B2 und dem Filter 11 können dabei die zuvor beschriebenen Leitungen 14a, 14b, 14c, 14a.l umfassen, wahlweise auch weitere Leitungen. An einer Anzeigeeinrichtung 17 bzw. einer Mensch-Maschine-Schnittstelle können Daten ein- und ausgegeben werden. Eine Recheneinheit 20 ist über eine Datenleitung mit der Verschaltungseinrichtung 15 verbunden, und dadurch mittelbar oder aber direkt auch mit einem jeweiligen
Verbraucher, der Ladeeinheit und/oder den Energiespeichern.
In der Fig. 9 ist ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung umfassend ein Verschalten gemäß einer Ausführungsform verdeutlicht. Im Schritt V2 erfolgt eine Auswahl der Art der Verschaltung nach manueller oder automatischer Vorgabe. Im Schritt V3 erfolgt eine Datenein -/ausgäbe einer an Mensch-Maschine-Schnittstelle oder zwischen einzelnen Komponenten der Energiespeichermanagementanordnung 10. Im Schritt VI, der alternativ oder zusätzlich auch an anderer Position vor oder hinter den Schritten V2, V3 anordnenbar ist, erfolgt ein Identifizieren von angeschlossenen bzw. verschalteten Energiespeichern. An einem ersten Regelungspunkt Rl erfolgt eine Abfrage bezüglich Ladeanforderungen. Sind die Ladeanforderungen bei einem bestimmten Energiespeicher erfüllt, so beginnt im Schritt V5 der Ladevorgang. Sind die Ladeanforderungen bei einem bestimmten Energiespeicher nicht erfüllt, beispielsweise weil der Ladezustand ausreichend hoch ist, so wird in einem zweiten Regelungspunkt R2 geprüft, ob der jeweilige Energiespeicher einen Verbraucher versorgen kann/soll. Falls nein, beginnt für diesen Energiespeicher die Abfrage wieder im Schritt V2. Falls ja, wird in einem dritten Regelungspunkt R3 geprüft, ob der jeweilige Energiespeicher bezüglich der Anforderungen des Verbrauchers geeignet ist. Falls nein, beginnt für diesen Energiespeicher die Abfrage wieder im Schritt V2. Falls ja, wird der entsprechende (wenigstens eine) Energiespeicher mit dem Verbraucher verschaltet (Schritt V6), und daraufhin werden der/die Verbraucher mit Energie versorgen, bzw. verschaltete Energiespeicher mit wenigstens einem Verbraucher gekoppelt (Schritt V7). Der Ladevorgang selbst kann mit der Regelschleife R3 überwacht und beendet werden, sobald bestimmte Ladeanforderungen oder Anforderungen seitens eines Verbrauchers erfüllt sind.
In der Fig. 10 ist der Verfahrensschritt des Ladens gemäß einer Ausführungsform verdeutlicht. Im Schritt V3 kann signalisiert werden, dass ein Ladevorgang gestartet wird. Das Laden V5 kann mit einem Schritt V5.1 beginnen, welcher die Auswahl einer Leitung bzw. eines Energiespeichers und das Verbinden mit der Ladeeinheit umfasst. Daraufhin kann im Schritt V5.2 eine Energiezufuhr zum Energiespeicher erfolgen. In der Regelschleife bzw. am Regelungspunkt R3 kann eine Abfrage dahingehend erfolgen, ob bestimmte Ladeanforderungen erfüllt sind. In einem weiteren Schritt V5.3 kann der Ladevorgang beendet werden, umfassend das Entkoppeln des Energiespeichers von der Ladeeinheit.
In der Fig. 11 ist ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung durch ein Verschalten gemäß einer Ausführungsform verdeutlicht. Nach dem Schritt V2 kann an einem Regelungspunkt R6 die Art der Verschaltung einzelner der Energiespeicher bzw. von Untergruppen der Energiespeicher eingestellt werden, sei es eine serielle Verschaltung (S), eine parallele Verschaltung (P), oder Kombinationen daraus (S/P). Soll eine serielle Verschaltung (S) erfolgen, so kann im Schritt V6.1 das Definieren eines max. Schwellwertes für die Spannung verschalteter Energiespeicher erfolgen, bevor im Schritt V6.2 ein Verschalten der Energiespeicher gemäß manueller oder automatischer Vorgaben, insbesondere gemäß den in Schritt V2 gemachten Vorgaben erfolgt. Im
Schritt V6.3 kann en Zuschalten oder Umschalten von Energiespeichern oder Gruppen von Energiespeichern jeweils über den Spannungsrampenfilter 11 erfolgen. Im Schritt V6.4 kann ein Definieren eines max. Schwellwertes für den Strom verschalteter Energiespeicher erfolgen. Im Schritt V6.5 kann ein Identifizieren und Freigeben entladener Energiespeicher zum Laden erfolgen, bzw. ein Trennen des jeweiligen Energiespeichers von den verschalteten weiteren Energiespeichern.
Die in den Figuren 10, 11 gezeigten Schritte können in den in Fig. 9 gezeigten Verfahrensablauf integriert sein/werden. INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Beim Verschalten von Energiespeichern untereinander und mit einer Energiequelle oder einem Verbraucher steht einerseits die effiziente Nutzung der gespeicherten Energie im Vordergrund, andererseits aber auch die möglichst nachhaltige, intelligente Auslastung der Energiespeicher, wobei das Gesamtsystem möglichst flexibel konfigurierbar bleiben soll. Bisherige Konzepte sind jedoch in vielen Fällen nicht ausreichend flexibel konfigurierbar, oder aber sehr komplex. Die Erfindung betrifft eine Energiespeichermanagementanordnung 10 mit einer mit den Energiespeichern verbundenen sowie mit dem wenigstens einen Verbraucher und der Ladeeinheit verbindbaren Verschaltungseinrichtung 15, welche je Energiespeicher wenigstens zwei wenigstens dreistufige Umschalter (Sl,..., S12) umfasst, welche derart angeordnet sind, dass die Energiespeichermanagementanordnung 10 für eine Teilbeschaltung mindestens einer Teilmenge der
Energiespeicher (Bl, Bn) in Parallelanordnung eingerichtet ist. Hierbei ist jeder Energiespeicher zu einem beliebigen Zeitpunkt mittels des jeweiligen Umschalters stromlos schaltbar und austauschbar. Das erlaubt eine nutzerseitige Skalierbarkeit des Gesamtsystems zu jedem Zeitpunkt und bietet im Bereich der Elektromobilität und des individuellen Anpassens eines mobilen und/oder dauerhaft und zuverlässig benötigten Systems geldwerte Vorteile. Besonders vorteilhaft erfolgt eine Nutzung eines mobilen und eines stationären Systems in Kombination, um sowohl maximale Effizienz in der Mobilität als auch vollständige Nutzung der Kapazität und Lebenserwartung einer Mehrzahl von Energiespeichern zu erreichen. Anteilig verbrauchte Akkus können so in der mobilen Applikation schnell erkannt und getauscht werden, während die stationäre Verwendung den optimalen Nutzen relativ zu den Herstellungskosten des jeweiligen Energiespei chers zugänglich macht. Besonders vorteilhaft findet Letzteres Verwendung mit mobilen Endgeräten mit mehreren Akkus einerseits und stationären Vorrichtungen zur Stromversorgung stationärer Systeme andererseits.
Bezugszeichenliste
2 Datenleitung
3 Energieleitung
4.1, ...., 4.n Verbraucher
10 Energiespeichermanagementanordnung
11 Filter, insbesondere Spannungsrampenfilter bzw. Hochleistungsfilter für Spannungs- und Stromrampen 12a, 12bHauptleitung bzw. Hauptleitungsabschnitte für verschaltete Energiespeicher
13 zweistufiger Schalter (auf/zu) zum Koppeln der Energiespeicher mit dem Filter bzw. der Ladeeinheit
14a, 14b, 14c erste bzw. zweite bzw. dritte Verbindungsleitung
14a.l Leitungsbrücke
15 Verschaltungseinrichtung
16; 16.1, 16.nverschaltbare Energiespeichereinheit
17 Monitor oder Anzeigeeinrichtung oder Mensch-Maschine-Schnittstelle
18 Ladeeinheit bzw. Energiequelle
20 Recheneinheit
P+, P- Potential bzw. Load am Verbraucher oder an der Ladeeinheit
B+ Eingang bzw. Eingangsspannung miteinander verschalteter Energiespeicher, bzw.
Anschluss für ersten Hauptleitungsabschnitt
B- Ausgang bzw. Ausgangsspannung miteinander verschalteter Energiespeicher, bzw. Anschluss für zweiten Hauptleitungsabschnitt
Bl, B2, B3, B4, B5, B6, ..., Bn Energiespeicher bzw. Batterie bzw. Akku
Rl erster Regelungspunkt, insbesondere für Abfrage bezüglich Ladeanforderungen
R2 zweiter Regelungspunkt, insbesondere für Abfrage bezüglich Verbrauchern
R3 dritter Regelungspunkt, insbesondere für Abfrage bezüglich erfüllter Ladeanforderungen oder bezüglich
Anforderungen seitens eines Verbrauchers
R6 Regelungspunkt für Verschaltung der Energiespeicher
Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9, S10, Si l, S12 dreistufiger Umschalter bzw. Umschalter- Gruppe (auf /P/ für Parallelanordnung oder /S/ für serielle Anordnung) VI Identifizieren von Energiespeichern
V2 Auswahl der Art der Verschaltung nach manueller oder automatischer Vorgabe
V3 Datenein-/ausgabe an Schnittstelle zu Mensch oder Maschine
V5 Ladevorgang
V5.1 Auswahl einer Leitung bzw. eines Energiespeichers und Verbinden mit Ladeeinheit
V5.2 Energiespeicher laden bzw. mit Energie beliefern
V5.3 Ladevorgang beenden bzw. Entkoppeln des Energiespeichers von der Ladeeinheit
V6 Verschalten von Energiespeichern
V6.1 Definieren eines max. Schwellwertes für die Spannung verschalteter Energiespeicher
V6.2 Verschalten der Energiespeicher gemäß manueller oder automatischer Vorgabe, insbesondere gemäß V2 V6.3 Zuschalten oder Umschalten von Energiespeichern oder Gruppen von Energiespeichern jeweils über einen Spannungsrampenfilter
V6.4 Definieren eines max. Schwellwertes für den Strom verschalteter Energiespeicher
V6.5 Identifizieren und Freigeben entladener Energiespeicher zum Laden, bzw. Trennen des jeweiligen Energiespeichers von den verschalteten weiteren Energiespeichern
V7 Verbraucher mit Energie versorgen, bzw. verschaltete Energiespeicher mit wenigstens einem Verbraucher koppeln

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Energiespeichermanagementanordnung (10) eingerichtet zur Energieversorgung einerseits zwischen einer Ladeeinheit (18) und einer Vielzahl von parallel oder seriell miteinander verschaltbaren Energiespeichern (Bl, Bn) und andererseits zwischen den Energiespeichern und wenigstens einem Verbraucher (4.1), mit einer mit den Energiespeichern verbundenen sowie mit dem wenigstens einen Verbraucher und der Ladeeinheit verbindbaren Verschaltungseinrichtung (15);
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Verschaltungseinrichtung je Energiespeicher wenigstens zwei wenigstens dreistufige Umschalter (S 1,..., S 12) umfasst,
wobei die wenigstens dreistufigen Umschalter jeweils wenigstens zwei geschlossene Stellungen zum Kontaktieren von jeweils zwei von mindestens drei Leitungen aufweisen und wenigsten eine Stellung aufweisen, in welcher der jeweilige Schalter offen ist, so dass kein Strom fließen kann;
dass mittels der wenigstens dreistufigen Umschalter der jeweilige Energiespeicher an die Ladeeinheit oder an den Verbraucher koppelbar ist, wobei die Umschalter derart angeordnet sind, dass die Energiespeichermanagementanordnung (10) für eine Teilbeschaltung einer Teilmenge der Energiespeicher (Bl, Bn) in Parallelanordnung eingerichtet ist, oder für eine Teilbeschaltung einer ersten Teilmenge in Parallelanordnung und einer zweiten Teilmenge in serieller Anordnung und wobei jeder Energiespeicher zu einem beliebigen Zeitpunkt stromlos schaltbar und austauschbar ist.
Energiespeichermanagementanordnung nach Anspruch 1, wobei ein Pol wenigstens eines der Energiespeicher, insbesondere einer Anzahl von n-1 Energiespeichern, mit zwei Umschaltern (Sl, S3) verbunden ist, die jeweils an eine von zwei Hauptleitungen (12a) der Energiespeichermanagementanordnung koppelbar sind; und/oder wobei die Verschaltungseinrichtung (15) derart mit den Energiespeichern (Bl, Bn) verschaltbar ist, dass einzelne der Energiespeicher, insbesondere jeder Energiespeicher mit einem Trio (Sl, S2, S3; S2, S3, S4; ...) der dreistufigen Umschalter eine zwischen Hauptleitungen (12a, 12b) der Energiespeichermanagementanordnung verschaltbare Energiespeichereinheit (16; 16.1, 16.2, 16.n) bildet, welche Energiespeichereinheiten jeweils in Parallelanordnung schaltbar sind und in beliebiger Anzahl zwischen den Hauptleitungen kaskadierbar sind; und/oder wobei beide Pole wenigstens eines der Energiespeicher, insbesondere jedes Energiespeichers mit dem Eingangspol eines der weiteren Energiespeicher koppelbar sind.
Energiespeichermanagementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei einzelne der Energiespeicher, insbesondere eine Anzahl von n-1 Energiespeichern, zwischen drei oder vier der dreistufigen Umschalter angeordnet sind; und/oder wobei die Anzahl der dreistufigen Umschalter gleich der doppelten Menge der verschaltbaren Energiespeicher ist; und/oder wobei einzelne der Energiespeicher, insbesondere jeder Energiespeicher an einen mit einem ersten Hauptleitungsabschnitt (12a) der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter (Sl, S3, S5, S7, S9, Si l) sowie an einen mit einem zweiten Hauptleitungsabschnitt (12b) der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter (S2, S4, S6, S8, S10, S12) gekoppelt sind; und/oder wobei die Energiespeichermanagementanordnung eine Kaskade von Energiespeichern verschaltet, indem die Energiespeicher jeweils zwischen zwei Hauptleitungen verschaltet sind, welche Hauptleitungen jeweils über einen der Energiespeicher und zwei der Umschalter miteinander koppelbar sind.
Energiespeichermanagementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschaltungseinrichtung (15) oder eine/die jeweilige Energiespeichereinheit (16) der Energiespeichermanagementanordnung wenigstens eine Leitungsbrücke (14a, 14a.l) aufweist, welche einen der Pole eines jeweiligen Energiespeichers an einen ersten und einen zweiten der mit einem/dem ersten Hauptleitungsabschnitt (12a) der Energiespeichermanagementanordnung verbundenen dreistufigen Umschalter (Sl, S3) koppelt; und/oder wobei die Verschaltungseinrichtung oder eine/die jeweilige Energiespeichereinheit der Energiespeichermanagementanordnung wenigstens eine Verbindungsleitung (14a, 14c) aufweist, welche einen Pol eines jeweiligen Energiespeichers an zwei jeweils mit einer der beiden Hauptleitungen (12a, 12b) der Energiespeichermanagementanordnung verbundene dreistufige Umschalter (Sl, S2) koppelt.
Energiespeichermanagementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Spannungsrampenfilter (11) der Energiespeichermanagementanordnung (10) in die Verschaltungseinrichtung (15) integriert ist; und/oder wobei ein / der Spannungsrampenfilter in einem Schallkreisabschnitt zwischen dem wenigstens einen Verbraucher (4.1) und den einzelnen Energiespeichern angeordnet ist, welcher Schaltkreisabschnitt zwischen den einzelnen Energiespeichern umschaltbar ist; und/oder wobei der Spannungsrampenfilter mittels eines Schalters (13) von einer Hauptleitung der Energiespeichermanagementanordnung oder von den Energiespeichern entkoppelbar ist.
Energiespeichermanagementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Energiespeichermanagementanordnung (10) eine Recheneinheit (20) aufweist, die in Verbindung mit den Umschaltern (S 1 , ... , S 12) ist und mit einer/der Ladeeinheit (18) und wenigstens einem Verbraucher (4.1) koppelbar ist, und wobei die Verschaltungseinrichtung (15), insbesondere zusammen mit einem/dem Spannungsrampenfilter (11) der Energiespeichermanagementanordnung, bezüglich der jeweils geschalteten Energiespeicher eine Multiplex er- Anordnung bildet oder eine Multiplexer- Funktion beim Verschalten der Energiespeicher realisiert.
Verschaltungseinrichtung (15) zum Verschalten mehrerer parallel oder seriell miteinander verschaltbarer Energiespeicher (Bl, Bn) mit wenigstens einem Verbraucher (4.1) einerseits und mit einer Ladeeinheit (18) andererseits, wobei die einzelnen Energiespeicher mittels der Verschaltungseinrichtung vom wenigstens einen Verbraucher auf die Ladeeinheit oder umgekehrt umschaltbar sind, wobei die Verschaltungseinrichtung eingerichtet ist, den wenigstens einen Verbraucher, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Spannungsrampenfilters (11), mit einem jeweiligen Energiespeicher oder einer Teilmenge dieser Energiespeicher in Parallelanordnung zu verschalten und dabei Spannungssprünge auszugleichen, wobei die Verschaltungseinrichtung zur Verwendung in einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung einerseits zwischen einer Ladeeinheit (18) und einer Vielzahl von parallel oder seriell miteinander verschaltbaren Energiespeichern (Bl, Bn) und andererseits zwischen den Energiespeichern und wenigstens einem Verbraucher (4.1) mittels einer Energiespeichermanagementanordnung, insbesondere einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei einzelne der parallel oder seriell miteinander verschalteten Energiespeicher mittels einer Verschaltungseinrichtung (15) an den wenigstens einen Verbraucher oder an die Ladeeinheit gekoppelt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der jeweilige Energiespeicher
zwischen wenigstens zwei wenigstens dreistufigen Umschaltern (Sl, S12) zwischen zwei Hauptleitungen (12a, 12b) der Energiespeichermanagementanordnung verschaltet wird, wobei wenigstens eine Teilmenge der Energiespeicher in Parallelanordnung geschaltet werden, oder eine erste
Teilmenge in Parallelanordnung und eine zweite Teilmenge in serieller Anordnung geschaltet werden.
Verwendung einer Verschaltungseinrichtung (15) in einer Energiespeichermanagementanordnung zum Verschalten einzelner Energiespeicher (Bl, Bn) mit wenigstens einem Verbraucher (4.1) einerseits und mit einer Ladeeinheit (18) andererseits, wobei die Verschaltungseinrichtung je Energiespeicher eine Energiespeichereinheit (16) bildet, welche zwischen wenigstens zwei wenigstens dreistufigen
Umschaltern (Sl, S12) zwischen zwei Hauptleitungen (12a, 12b) der
Energiespeichermanagementanordnung angeordnet wird und über wenigstens eine schaltbare Leitung (14a, 14b, 14c, 14a.l) mit einer der weiteren Energiespeichereinheiten derart verbunden wird, dass eine beliebige Teilmenge der Energiespeicher in Parallelanordnung verschaltbar ist, insbesondere Verwendung in einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die Verschaltungseinrichtung bevorzugt umfassend einen zwischen der Ladeeinheit und den Energiespeichern angeordneten Spannungsrampenfilter (11).
Verschaltung, insbesondere dreistufiger Umschalter, für eine Energiespeichermanagementanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltung einen Anschluss aufweist, welcher mit mindestens einem Pol eines Energiespeichers verbindbar ist, wobei wiederum der Anschluss über die Verschaltung mit mindestens 3, bevorzugt mit 4, weiteren Funktions-Anschlüssen der Verschaltung verbindbar ist, die Funktions-Anschlüsse umfassend, bevorzugt bestehend aus, einen Abgabe-Anschluss für parallele Stromentnahme, einen Abgabe- Anschluss für serielle Stromentnahme, einen Lade-Anschluss für Ladestrom und einen isolierten, stromlos ausgebildeten Anschluss für Austausch des Energiespeichers, wobei die Verschaltung zur Verwendung in einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
Verschaltungseinrichtung (15) zum Verschalten mehrerer parallel oder seriell miteinander verschaltbarer Energiespeicher (Bl, Bn) mit wenigstens einem Verbraucher (4.1) einerseits und mit einer Ladeeinheit (18) andererseits, wobei die einzelnen Energiespeicher jeweils über eine jeweilige Datenleitung (2) und eine Energieleitung (3) mit der Verschaltungseinrichtung (15) verbunden sind und wobei weiterhin eine Recheneinheit (20) über mindestens eine Datenleitung mit der Verschaltungseinrichtung (15) verbunden ist, wobei weiterhin mittels der Verschaltungseinrichtung (15) vom wenigstens einen Verbraucher auf die Ladeeinheit oder umgekehrt umschaltbar sind, wobei die Verschaltungseinrichtung eingerichtet ist, von der Recheneinheit (20) Steuer- und/oder Regel- Signale zu empfangen und auszutauschende Energiespeicher in Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen stromlos zu schalten, bevorzugt stromlos zu schalten und auf einer Anzeige als stromlos zu kennzeichnen, wobei die Verschaltungseinrichtung zur Verwendung in einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
Verschaltungseinrichtung (15) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung Teil einer mobilen Vorrichtung ist und eingerichtet ist, verfügbare, angeschlossene Energiespeicher in ihren Leistungsdaten zu erfassen, in Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen zu selektieren und die Selektion in Abhängigkeit von verfügbarer, mittlerer Laufzeit des mobilen Systems an der Anzeige Steuer- und/oder regelbar anzuzeigen.
Verschaltungseinrichtung (15) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung Teil einer stationären Vorrichtung ist und eingerichtet ist, verfügbare, angeschlossene Stromspeicher in ihren Leistungsdaten zu erfassen, in Abhängigkeit vorgebbarer Anforderungen zu selektieren und die Selektion an der Anzeige Steuer- und/oder regelbar anzuzeigen.
Kombination zweier Verschaltungseinreichtungen (15) gemäß der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschaltungseinrichtung en (15) eingerichtet sind, über die jeweilige Recheneinheit (20) die Daten der jeweils angeschlossenen und/oder verfügbaren Energiespeicher abzugleichen und die Effizienz der mobilen Vorrichtung sowie die Nachhaltigkeit der stationären Einrichtung maximal zu halten.
Autarkes System, eingerichtet zur Verwendung einer Energiespeichermanagementanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das autarke System mindestens eine Verschaltungseinrichtung nach den Ansprüchen 11 bis 14 aufweist und an mindestens eine regenerative Energiequelle, bevorzugt eine Photovoltaik-Energiequelle und/oder Windenergie- Quelle, angeschlossen ist.
PCT/EP2018/058407 2017-04-03 2018-04-03 Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung WO2018185059A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18715028.9A EP3607630A1 (de) 2017-04-03 2018-04-03 Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017107070.2A DE102017107070A1 (de) 2017-04-03 2017-04-03 Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern sowie verfahren zur steuerung der energieversorgung bei diesen energiespeichern
DE102017107070.2 2017-04-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018185059A1 true WO2018185059A1 (de) 2018-10-11

Family

ID=61868524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2018/058407 WO2018185059A1 (de) 2017-04-03 2018-04-03 Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3607630A1 (de)
DE (1) DE102017107070A1 (de)
WO (1) WO2018185059A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11721494B2 (en) 2017-02-20 2023-08-08 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3968489A1 (de) * 2020-09-11 2022-03-16 ads-tec Energy GmbH Batteriemodul
DE102021123774A1 (de) 2021-09-14 2023-03-16 Stack Hydrogen Solutions Gmbh Verschaltungs- und brennstoffzelleneinrichtung für eine effiziente verschaltung von brennstoffzellen sowie kraftfahrzeug
JP2023160074A (ja) * 2022-04-21 2023-11-02 株式会社日立製作所 直流充電装置

Citations (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH172837A (de) 1932-12-08 1934-10-31 Bosch Robert Ag Blockbatterie insbesondere für Fahrzeuge.
DE1463083A1 (de) 1964-04-19 1968-12-05 Dynamie Instr Corp Ladegeraet zum Aufladen von Akkumulatoren
GB1207131A (en) 1966-10-19 1970-09-30 Tokyo Kagaku Kabushikikaisha Electric motor driving unit
DE2241619A1 (de) 1971-08-31 1973-03-08 Gould Inc Stromkreis zum aufladen von akkumulatorenbatterien
US4021718A (en) 1975-08-21 1977-05-03 General Electric Company Battery monitoring apparatus
DE2617625A1 (de) 1976-04-22 1977-10-27 Theo Benning Elektrogeraete Kg Vorrichtung zur ueberpruefung der kapazitaet von batterien
DE8003869U1 (de) 1980-02-14 1981-07-23 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Bleiakkumulatoren-Batterie in Blockausführung, mit im Blockdeckel befindlichem Entgasungssystem
US4451791A (en) 1982-03-17 1984-05-29 General Battery Corporation Method and apparatus for electrically testing elements of multi-cell batteries
EP0204163A1 (de) 1985-05-08 1986-12-10 Accumulatorenfabrik Sonnenschein Gmbh Messverfahren zur Bestimmung der Qualität einer Batterie
EP0216662A1 (de) 1985-08-23 1987-04-01 France Telecom Anordnung zur Überwachung einer Akkumulatorenbatterie
WO1988001077A1 (en) 1986-08-04 1988-02-11 Rockwell International Corporation Universal solid state power controller
EP0269783A2 (de) 1986-12-01 1988-06-08 BRG Mechatronikai Vállalat Verfahren zum Laden von Nickel-Kadmium-Akkumulatoren und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE3821808A1 (de) 1988-06-28 1990-01-04 Helmut Haendel & Partner Messd Verfahren und vorrichtung zum automatischen testen eines wenigstens einen einzelakkumulator aufweisenden akkumulatorsystems einer unterbrechungsfreien stromversorgungsanlage
EP0523526A2 (de) 1991-07-12 1993-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Überwachungseinrichtung für Akkumulatoren
EP0523273A1 (de) 1991-07-19 1993-01-20 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co. KG Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, vorzugsweise für Nutzkraftwagen
EP0533317A2 (de) 1991-05-31 1993-03-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Akkumulator für ein elektrisches Fahrzeug
WO1993015926A1 (en) 1992-02-10 1993-08-19 Kransco Electric drive system for a child's ridable vehicle
US5243269A (en) 1990-11-26 1993-09-07 Hitachi, Ltd. Battery power supply system
WO1994026558A1 (en) 1993-05-07 1994-11-24 Oztech Industries Pty. Limited Vehicle communication/control system
DE4125086C2 (de) 1990-07-31 1996-01-04 Mitsubishi Electric Corp Integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung mit innerem Spannungswandler und Initialisierungsschaltung
WO1996001193A1 (en) 1992-09-21 1996-01-18 Severinsky Alex J Hybrid vehicle
WO1996010858A1 (en) 1994-10-04 1996-04-11 Duracell Inc. Smart battery algorithm for reporting battery parameters to an external device
DE69112801T2 (de) 1990-12-21 1996-05-23 Travaux Electr La Varenne Soc Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie.
US5542488A (en) 1993-04-08 1996-08-06 Nixon; Dale B. Electric vehicle having multiple replacement batteries
EP0739048A1 (de) 1994-11-08 1996-10-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System zur verwaltung des zustands einer speicherbatterie
EP0800252A2 (de) 1996-05-07 1997-10-08 Michael Riedel Transformatorenbau Elektronik GmbH Unterbrechungsfreie Spannungsversorgungsvorrichtung
JPH10191557A (ja) 1996-12-25 1998-07-21 Canon Inc 電源線フィルタ装置
DE69501931T2 (de) 1994-09-16 1998-09-10 Toshiba Kawasaki Kk Micro-Leistungsversorgung mit einem Schalelement
JPH10285797A (ja) * 1997-03-31 1998-10-23 Kansai Electric Power Co Inc:The ２重層コンデンサ充電放電回路
WO1999050947A1 (en) 1998-03-30 1999-10-07 Eveready Battery Company, Inc. Process and apparatus for modulating terminal voltage of battery
US7456521B2 (en) 2003-07-31 2008-11-25 L-3 Communications Titan Corporation Electronically reconfigurable battery
US20100225267A1 (en) 2009-03-06 2010-09-09 Elhalis Hesham A Switching time control multiplexer system
US7893561B2 (en) 2003-07-31 2011-02-22 L-3 Communications Titan Corporation Modular electronically reconfigurable battery system
US7956579B2 (en) 2007-12-19 2011-06-07 International Business Machines Corporation Battery charge management system for charging a battery bank that includes a plurality of batteries
US20120013180A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-19 The Japan Research Institute, Limited Battery control apparatus, battery control method, and vehicle
EP2452391A1 (de) 2009-07-06 2012-05-16 Amperex Technology Limited Serie-parallel-batteriesystem mit pufferwiderstand
US20120119582A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-17 Shigeru Tajima Series-parallel switching system, electric power supply device, electric power supply control device, and series-parallel switching method
US20130119935A1 (en) 2005-04-05 2013-05-16 Daniel A. Sufrin-Disler Multiplexer and switch-based electrochemical cell monitor and management system and method
DE102016007804A1 (de) 2016-06-25 2017-02-09 Daimler Ag Batterie für ein Fahrzeug

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6223171B2 (ja) * 2012-12-28 2017-11-01 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の制御システム、蓄電システム、及び電気機器
DE202017101945U1 (de) * 2017-04-03 2017-07-11 AccuPower Forschungs-, Entwicklungs- und Vertriebsgesellschaft mbH Kaskadierbare Anordnung zum Verschalten einer Vielzahl von Energiespeichern sowie Verwendung einer entsprechenden Verschaltungseinrichtung

Patent Citations (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH172837A (de) 1932-12-08 1934-10-31 Bosch Robert Ag Blockbatterie insbesondere für Fahrzeuge.
DE1463083A1 (de) 1964-04-19 1968-12-05 Dynamie Instr Corp Ladegeraet zum Aufladen von Akkumulatoren
GB1207131A (en) 1966-10-19 1970-09-30 Tokyo Kagaku Kabushikikaisha Electric motor driving unit
DE2241619A1 (de) 1971-08-31 1973-03-08 Gould Inc Stromkreis zum aufladen von akkumulatorenbatterien
US4021718A (en) 1975-08-21 1977-05-03 General Electric Company Battery monitoring apparatus
DE2617625A1 (de) 1976-04-22 1977-10-27 Theo Benning Elektrogeraete Kg Vorrichtung zur ueberpruefung der kapazitaet von batterien
DE8003869U1 (de) 1980-02-14 1981-07-23 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Bleiakkumulatoren-Batterie in Blockausführung, mit im Blockdeckel befindlichem Entgasungssystem
US4451791A (en) 1982-03-17 1984-05-29 General Battery Corporation Method and apparatus for electrically testing elements of multi-cell batteries
EP0204163A1 (de) 1985-05-08 1986-12-10 Accumulatorenfabrik Sonnenschein Gmbh Messverfahren zur Bestimmung der Qualität einer Batterie
EP0216662A1 (de) 1985-08-23 1987-04-01 France Telecom Anordnung zur Überwachung einer Akkumulatorenbatterie
WO1988001077A1 (en) 1986-08-04 1988-02-11 Rockwell International Corporation Universal solid state power controller
EP0269783A2 (de) 1986-12-01 1988-06-08 BRG Mechatronikai Vállalat Verfahren zum Laden von Nickel-Kadmium-Akkumulatoren und Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens
DE3821808A1 (de) 1988-06-28 1990-01-04 Helmut Haendel & Partner Messd Verfahren und vorrichtung zum automatischen testen eines wenigstens einen einzelakkumulator aufweisenden akkumulatorsystems einer unterbrechungsfreien stromversorgungsanlage
DE4125086C2 (de) 1990-07-31 1996-01-04 Mitsubishi Electric Corp Integrierte Halbleiterschaltungsvorrichtung mit innerem Spannungswandler und Initialisierungsschaltung
US5243269A (en) 1990-11-26 1993-09-07 Hitachi, Ltd. Battery power supply system
DE69112801T2 (de) 1990-12-21 1996-05-23 Travaux Electr La Varenne Soc Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie.
EP0533317A2 (de) 1991-05-31 1993-03-24 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Akkumulator für ein elektrisches Fahrzeug
EP0523526A2 (de) 1991-07-12 1993-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Überwachungseinrichtung für Akkumulatoren
EP0523273A1 (de) 1991-07-19 1993-01-20 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co. KG Akkumulator, insbesondere Bleiakkumulator, vorzugsweise für Nutzkraftwagen
WO1993015926A1 (en) 1992-02-10 1993-08-19 Kransco Electric drive system for a child's ridable vehicle
WO1996001193A1 (en) 1992-09-21 1996-01-18 Severinsky Alex J Hybrid vehicle
US5542488A (en) 1993-04-08 1996-08-06 Nixon; Dale B. Electric vehicle having multiple replacement batteries
WO1994026558A1 (en) 1993-05-07 1994-11-24 Oztech Industries Pty. Limited Vehicle communication/control system
DE69501931T2 (de) 1994-09-16 1998-09-10 Toshiba Kawasaki Kk Micro-Leistungsversorgung mit einem Schalelement
WO1996010858A1 (en) 1994-10-04 1996-04-11 Duracell Inc. Smart battery algorithm for reporting battery parameters to an external device
EP0739048A1 (de) 1994-11-08 1996-10-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. System zur verwaltung des zustands einer speicherbatterie
EP0800252A2 (de) 1996-05-07 1997-10-08 Michael Riedel Transformatorenbau Elektronik GmbH Unterbrechungsfreie Spannungsversorgungsvorrichtung
JPH10191557A (ja) 1996-12-25 1998-07-21 Canon Inc 電源線フィルタ装置
JPH10285797A (ja) * 1997-03-31 1998-10-23 Kansai Electric Power Co Inc:The ２重層コンデンサ充電放電回路
WO1999050947A1 (en) 1998-03-30 1999-10-07 Eveready Battery Company, Inc. Process and apparatus for modulating terminal voltage of battery
US5990664A (en) 1998-03-30 1999-11-23 Eveready Battery Company, Inc. Process and apparatus for modulating terminal voltage of battery
US7456521B2 (en) 2003-07-31 2008-11-25 L-3 Communications Titan Corporation Electronically reconfigurable battery
US7893561B2 (en) 2003-07-31 2011-02-22 L-3 Communications Titan Corporation Modular electronically reconfigurable battery system
US20130119935A1 (en) 2005-04-05 2013-05-16 Daniel A. Sufrin-Disler Multiplexer and switch-based electrochemical cell monitor and management system and method
US7956579B2 (en) 2007-12-19 2011-06-07 International Business Machines Corporation Battery charge management system for charging a battery bank that includes a plurality of batteries
US20100225267A1 (en) 2009-03-06 2010-09-09 Elhalis Hesham A Switching time control multiplexer system
US20120013180A1 (en) * 2009-03-30 2012-01-19 The Japan Research Institute, Limited Battery control apparatus, battery control method, and vehicle
EP2452391A1 (de) 2009-07-06 2012-05-16 Amperex Technology Limited Serie-parallel-batteriesystem mit pufferwiderstand
US20120119582A1 (en) * 2010-11-12 2012-05-17 Shigeru Tajima Series-parallel switching system, electric power supply device, electric power supply control device, and series-parallel switching method
DE102016007804A1 (de) 2016-06-25 2017-02-09 Daimler Ag Batterie für ein Fahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HELLING F ET AL: "Modular multilevel battery (M2B) for electric vehicles", 2016 18TH EUROPEAN CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS (EPE'16 ECCE EUROPE), JOINTLY OWNED BY IEEE-PELS AND EPE ASSOCIATION, 5 September 2016 (2016-09-05), pages 1 - 9, XP032985197, DOI: 10.1109/EPE.2016.7695480 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11721494B2 (en) 2017-02-20 2023-08-08 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes

Also Published As

Publication number Publication date
EP3607630A1 (de) 2020-02-12
DE102017107070A1 (de) 2018-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3209518B1 (de) Verfahren zum betrieb einer energiespeichereinrichtung in einem kraftfahrzeug und kraftfahrzeug
WO2018185059A1 (de) Kaskadierbare anordnung zum verschalten einer vielzahl von energiespeichern, verschaltung hierfür sowie verfahren zur steuerung einer energieversorgung mit besagter anordnung
DE60132414T2 (de) Universelles Batterieladegerät und Verfahren
DE102009046501A1 (de) Batteriesystem mit DC/DC-Umsetzern
DE102012009219B4 (de) Batteriemodul, elektrisches Energiesystem in einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Batteriemoduls
DE102012214091A1 (de) Batterie-Management-System mit Datenschnittstelle für Batteriemodul, Batteriemodul mit Datenspeicher, Batteriesystem mit Batterie-Management-System sowie Batteriemodul und Kraftfahrzeug mit Batteriesystem
EP3600949B1 (de) Zweispannungsbatterie
DE102015224842A1 (de) Elektrisches Spannungsnetzwerk und Verfahren zum Verteilen von elektrischer Energie in einem elektrischen Spannungsnetzwerk
EP2920599B1 (de) Prüfanordnung für einen energiespeicher
DE102015219589A1 (de) Fahrzeugbatterievorrichtung
DE102014200329A1 (de) Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zum Balancing
WO2018233956A1 (de) Elektrische energieliefervorrichtung mit einer vielzahl von nutzeinheiten, die zu strängen verschaltet sind, sowie verfahren zum betreiben der energieliefervorrichtung
DE102015000593A1 (de) Hochspannungsbatterie für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
DE102010027854A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur wechselweisen Auf- und Entladung von Akkumulatoren
EP1683681B1 (de) System und Verfahren zum Regeln von Leistung in einem Kraftfahrzeugbordnetz
DE202017101945U1 (de) Kaskadierbare Anordnung zum Verschalten einer Vielzahl von Energiespeichern sowie Verwendung einer entsprechenden Verschaltungseinrichtung
DE102018207263A1 (de) Elektrisches Bordsystem eines Kraftfahrzeugs mit zwei mit unterschiedlichen Spannungen betriebenen Teilnetzen
WO2019101443A1 (de) Verfahren zum betreiben einer elektrischen energiespeichereinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende energiespeichereinrichtung
EP2859366B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des innenwiderstandes von batteriezellen einer batterie
DE102014108601A1 (de) Verfahren zum Anschließen mehrerer Batterieeinheiten an einen zweipoligen Eingang eines bidirektionalen Batteriewandlers sowie bidirektionaler Batteriewandler und Photovoltaikwechselrichter
DE102010041028A1 (de) Energieversorgungsnetz und Verfahren zum Laden mindestens einer als Energiespeicher für einen Gleichspannungszwischenkreis dienenden Energiespeicherzelle in einem Energieversorgungsnetz
DE102019207355A1 (de) Batterie für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Batterie
DE102012212122A1 (de) Schaltungsanordnung und Verfahren zum Aufladen eines Zwischenkreiskondensators, sowie Batterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen Schaltungsanordnung
WO2012038182A2 (de) System zum laden eines energiespeichers und verfahren zum betrieb des ladesystems
DE102013215410A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zum Cell-Balancing eines elektrischen Energiespeichers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18715028

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018715028

Country of ref document: EP

Effective date: 20191104