WO2018233957A1 - Electric energy supply device with a nominal capacity, and method for providing a nominal capacity in an electric energy supply device - Google Patents

Electric energy supply device with a nominal capacity, and method for providing a nominal capacity in an electric energy supply device Download PDF

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WO2018233957A1
WO2018233957A1 PCT/EP2018/063113 EP2018063113W WO2018233957A1 WO 2018233957 A1 WO2018233957 A1 WO 2018233957A1 EP 2018063113 W EP2018063113 W EP 2018063113W WO 2018233957 A1 WO2018233957 A1 WO 2018233957A1
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WO
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units
delivery device
nominal
energy delivery
unit
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Application number
PCT/EP2018/063113
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Michael Hinterberger
Berthold Hellenthal
André Blum
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Audi Ag
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/10Parallel operation of dc sources
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J5/00Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering

Definitions

  • An electric power supply having a nominal nominal capacity and methods of providing a nominal nominal capacity in an electrical power delivery device
  • the invention relates to an electric power supply device in which a plurality of use units is provided.
  • the energy supply device may be, for example, an electric stationary storage or a vehicle battery for an electric vehicle, in which case battery modules may be provided as use units.
  • the energy delivery device has a nominal nominal capacity that is provided outwardly for at least one connected device.
  • the invention also includes a method for providing the nominal nominal capacity by means of the electrical energy delivery device.
  • An energy delivery device may be provided, for example, for a charging station for charging electrically driven motor vehicles.
  • an energy supply device can, for example, itself also be designed as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle, ie as a mobile energy store.
  • An energy supply device with a plurality of utilization units for storing electrical energy is known, for example, from US 2006/0092583 A1.
  • the energy delivery device described therein can optionally switch the utilization units in parallel between two busbars or interconnect them to add up the electrical voltages of the utilization units as a series connection between the busbars.
  • a nominal value or a nominal capacity for example 1 kWh, can be indicated for a specific parameter, for example the energy storage capability.
  • to use robust payload units makes a power delivery device expensive to manufacture.
  • Another alternative is as gentle as possible operation of the Nutzzmaschineen, but in turn limits the performance of an energy delivery device.
  • the invention has for its object to provide a cost-effective, yet reliable in operation energy delivery device.
  • the invention provides an electrical energy delivery device that provides a respective nominal rating or nominal nominal capacity with respect to at least one predetermined characteristic, such as storage capacity and / or rated electrical power.
  • nominal capacity refers to that information which can be provided in normal operation or without time limitation or damage if a device external to the device is connected to the energy supply device and operated therewith.
  • the respective rated capacity with respect to the at least one electrical parameter (that is, for example, the storage capacity and / or the electric power) is provided by means of a plurality of use units.
  • Such a use unit may for example contain at least one battery cell or a battery cell module with a plurality of battery cells or a capacitor or a capacitor arrangement with a plurality of capacitors or solar cells or fuel cells.
  • each use unit has an individual capacity with regard to the respective parameter, that is, for example, an individual memory capacity and / or a single nominal power.
  • a control device of the energy delivery device is configured to control an energy exchange between the energy supply and at least one device external to the device, which may be connected to the energy delivery device.
  • Energy exchange means on the one hand the energy delivery to the device and on the other hand the energy consumption from the device.
  • the sum of said respective individual capacities in the utilization units is greater than the respective nominal capacity of the energy delivery device.
  • the utilization units for example, in the sum of a larger storage capacity, as indicated by the nominal capacity of the energy delivery device to the outside.
  • the sum of the individual rated outputs of the utilization units may be greater than the outwardly indicated nominal output of the energy delivery device as a whole.
  • the control device is accordingly set up to limit the at least one parameter to the respective nominal rated capacity during said energy exchange.
  • the at least one characteristic eg storage capacity and / or power
  • the control device limits the operation of the energy delivery device, that these only the respective nominal capacity to the outside, that is, to the at least one device out, provides.
  • the advantage of the invention is that each use unit can be operated below its individual nominal capacity, ie the load or wear of each use unit may be lower than would arise if each use unit were operated with its individual nominal capacity. This reduces the probability that a user unit will fail due to wear.
  • a further advantage is that in the event of a failure of a use unit with the energy delivery device as a whole, the nominal nominal capacity can still be provided, so that the failure of a use unit does not lead to the nominal nominal capacity of the energy delivery device decreasing.
  • the energy supply device can therefore continue to operate without restriction even in the event of a failure of one or more use units.
  • the invention also includes refinements, resulting in additional benefits.
  • the at least one parameter which is limited to the respective nominal capacity, may be the electrical storage capacity of the energy delivery device and / or the maximum electrical power and / or the maximum electrical current. By limiting these parameters, a gentle operation of utilization units can be achieved.
  • Each use unit may in each case comprise at least one battery cell or a battery cell module or a composite of a plurality of battery cell modules and / or at least one fuel cell and / or at least one solar panel and / or at least one capacitor.
  • a use unit may also comprise a generator.
  • the control device may be configured to electrically connect more use units to the at least one control unit for the energy exchange process than is necessary for providing the respective nominal capacity of the at least one characteristic variable.
  • each use unit can be operated with a lower load than corresponds to its individual capacity.
  • control device is set up to operate the energy delivery device for a predetermined period of time with its gross capacity representing the sum of the individual nominal capacities.
  • boost mode or turbo mode can be realized.
  • the duration may be in the range of 1 s to 1 min.
  • the control device can be set up to not use all user units in the case of a plurality of energy exchange processes carried out in succession, but only to electrically couple some of the usage units to the connected at least one device. Now you canteurrotiert.
  • the control device is set up to select, for each of the energy exchange processes, the respective utilization units to be connected according to a predetermined replacement instruction.
  • a possible substitution rule can be achieved with the "Round Robin" algorithm
  • the replacement instruction may select those which have the least wear and tear Use unit, for example, quantized by their electrical impedance. The greater the impedance of a utility unit, the greater its wear or wear has progressed.
  • wear can be expressed as so-called SoH (State of Health), as is known from the prior art.
  • SoH State of Health
  • Another wear-dependent wear value can also be defined and determined, for example, by simple tests. The replacement rule results in a uniform wear of the use units, so that the likelihood decreases that sporadically a single unit fails.
  • the control device may be configured to determine the respective wear value of each use unit and to deactivate those of the use units whose wear value fulfills a predetermined wear criterion by cutting them off electrically. In other words, these use units are excluded from the energy exchange. At a degree of wear that meets the wear criterion, so a use unit is switched out. In the context of managing digital memory cells, this is known as Bad Block Management. This approach is transferred by the invention to electrical power units. The advantage of such a bath block management is that the operation of the energy delivery device does not have to take into account the weakest, that is to say the most worn, use units, for example in the form of load balancing, because these utilization units are taken out of operation.
  • the control device is preferably set up to put at least one of the used-out use units back into operation by electrical coupling, so that it is thus again involved in the energy exchange.
  • the use units again have similar electrical properties (in the sense of the similarity criterion), so that a common operation is possible again, that is, for example, a load balancing does not lead to an excessive restriction of operation of the use unit with the lowest wear value.
  • the similarity criterion may say, for example, that maximum difference in terms of at least one parameter in a range of 10 percent to 100 percent.
  • An underlying parameter may be, for example, the impedance of the use unit.
  • the similarity criterion for the wear values may indicate that their difference must be within a range of 10 percent to 100 percent. For example, an average value of all wear values can be formed and then the difference to this mean value can be calculated. It is also possible, for example, to specify or determine the maximum and the minimum wear value, and the difference then relates to the maximum and the minimum wear value.
  • a use unit can also fail completely, that is broken.
  • the control device can be set up to recognize a defective use unit and to disconnect it electrically from the remaining use units.
  • the recognition of a defective use unit can be done by means of the prior art. For example, an electric current generated by the use unit can be checked for a defect criterion. For example, it can be specified as a defect criterion that a charging current of the utilization unit is smaller than a predetermined threshold value.
  • the control device is set up to electrically couple this use unit to the remaining use units during operation of the energy supply device after replacement of the defective use unit by a new use unit. As a result, it is thus possible to replace a defective use unit in ongoing operation of the energy delivery device, so that the energy delivery device for replacement can not be taken out of service, but can continuously carry out an energy exchange.
  • the power supply device has the following preferred structure.
  • some of the use units are connected in a respective circuit branch or strand to a series circuit.
  • Each strand is connected via a DC-DC converter (DC / DC converter) and at least one galvanically separable switching unit to a busbar arrangement of the energy delivery device.
  • a galvanically isolating switching unit is a mechanical switching unit, for example a contactor or an arrangement of several contactors.
  • the DC-DC converter can be a boost converter or buck converter or an inverse converter.
  • a buck converter is preferably used.
  • each use unit can also be switched individually.
  • a bridging circuit is provided within each strand for each use unit. By means of the bypass circuit can be electrically bridged within the series circuit of the strand a use unit, so that it no longer contributes to the string current of the series circuit and also does not contribute to the strand voltage.
  • the energy delivery device performs the energy exchange via said busbar assembly.
  • at least one strand is electrically connected by means of its galvanically separable switching units or by means of its individual switching unit with busbars of the busbar assembly, so that an electric current from the at least one strand on the busbar assembly can flow towards the at least one device, whereby the energy exchange takes place.
  • the control device is set up to control the DC / DC converter and the at least one switching unit and the bypass circuits of each line in order to limit the at least one characteristic (that is, for example, the storage capacity and / or the electrical power).
  • the invention also includes a method of providing a respective nominal rated capacity of at least one predetermined electrical characteristic in an electrical power delivery device.
  • the respective nominal capacity of the at least one electrical parameter is provided by means of a plurality of utilization units, each of which has a Einzelnennkapaztician concerning the respective characteristic.
  • the control device controls the energy exchange between the energy delivery device and the at least one apparatus external device, wherein it limits the energy exchange at least one parameter to the respective nominal capacity.
  • the working units with the sum of their respective individual nominal capacities provide a gross capacity that is greater than the nominal nominal capacity of the at least one characteristic. This results in the advantageous effects described in terms of improving the longevity of the energy delivery device.
  • the energy delivery device is operated for a predetermined period of time with its gross capacity.
  • the duration may be in the range of 1 s to 1 min.
  • boot operation can be provided.
  • the sum of the individual nominal capacities thus represents a gross capacity of the energy delivery device.
  • the nominal nominal capacity represents a net capacity, as it can be used or tapped externally from the point of view of the at least one device. This results in the energy delivery device overcapacity.
  • the invention also includes further developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the energy delivery device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the energy delivery device according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of a use unit of the power supply device of Fig. 1 with a bridging circuit.
  • the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
  • the energy delivery device 10 may be designed as an energy store or as a pure energy source or as a combination thereof.
  • the energy delivery device 10 may be provided, for example, as a stationary storage for electrical energy. You can eg at a Be built road network.
  • At least one device 100 for example an electrically drivable motor vehicle, can then be connected to the energy delivery device 10 in order, for example, to charge a traction battery of the motor vehicle by means of an energy exchange E.
  • the power delivery device 10 may also be intended for use as a mobile or traction battery or solar storage.
  • traction battery can be connected to the power supply device such as an electric machine of a traction drive. In the charged state, the energy delivery device 10 can output at least 1 kW of electrical power and / or deliver at least 1 kWh of electrical energy.
  • the energy supply device 10 several circuit branches or strings or strands 1 1 can be provided for the energy exchange E, wherein in each strand 1 1 more of the use units 12 can be connected to a series circuit 13.
  • the utilization units 12 are thus combined in the energy delivery device 10, thus e.g. in a vehicle traction battery or in an electrical stationary storage.
  • the energy delivery device 10 may comprise a housing in which the strands 1 1 and the busbar assembly 18 are arranged.
  • Each use unit 12 may each contain an electrical energy storage and / or a pure source of electrical energy.
  • a use unit may be e.g. an electrochemical battery cell or a battery cell module with a plurality of battery cells or a capacitor or a capacitor arrangement with a plurality of capacitors.
  • battery cells are those with the technology lithium-ion, lead, solid-state / solid state.
  • suitable capacitors are double-layer capacitors (so-called supercaps (R)) having a capacity of preferably at least 1 mF, in particular at least 100mF).
  • R supercaps
  • Examples of a pure source are each a fuel cell and a solar cell.
  • a use unit 12 may be used e.g.
  • a utilization unit 12 may also be provided with a parallel circuit of e.g. have multiple battery cells or battery cell modules.
  • each string 1 1 the technology used of the utilization units 12 is uniform, ie, for example, only battery modules or only solar cells are present. seen.
  • Each strand 1 1 thus has use units 12 of the same technology, that is, for example, as a battery cell module, each a lithium-ion accumulator. But mixed technologies can be provided by different strands 11.
  • the energy delivery device can be adapted to a purpose or to a required operating profile. For example, for the use of the energy delivery device 10 in the motor vehicle as a traction battery, for example, two strands of different technology may be provided, eg with a breakdown of the number of use units 12: 80% energy cells (large storage capacity), 20% power cells (more expensive, but larger power flow).
  • a DC-DC converter 14 in each case a mechanical switching unit 15 at the strand ends 11 ', a measuring device 16 for a strand current I, and / or a voltage measuring device for detecting a sum voltage or phase voltage U of the strand 1 1.
  • Each DC-DC converter 14 can be designed in a manner known per se.
  • the DC-DC converter can be a boost converter or buck converter or an inverse converter.
  • Each DC-DC converter 14 may in particular be a buck converter.
  • Each switching unit 15 may be designed mechanically switching and is in particular galvanically separable.
  • Each switching unit 15 may include a plurality of ON / OFF contactors or (as shown in FIG. 1) a contactor configured as a toggle switch (1-to-N multiplexer).
  • the respective strand end 1 1 ' can be alternately connected and disconnected galvanically with strand connections 17.
  • Each strand connection 17 constitutes an electrical connection to a busbar 18 '.
  • the busbars 18' as a whole form a busbar arrangement 18 of independent busbars 18 '.
  • Each strand connection 17 of a strand 1 1 can be connected to another busbar 18 'of the busbar assembly 18.
  • Per strand end 1 1 '(positive pole and negative pole) can thus be provided several strand 17 connections to alternately connect the strand 1 1 to a plurality of different busbars 18' of the busbar assembly 18 or galvanically separated from each busbar 18 ' , By opening the two switching units 15 of a strand 1 1, this can thus be galvanically decoupled and also replaced during operation of the energy delivery device 10.
  • Each strand 1 1 can provide a sum voltage or DC voltage U at the strand connections 17 by means of the series circuit 13.
  • the DC voltage U may be a DC voltage (HV), which may be more than 60V, in particular more than 100V. However, it can also be provided that the DC voltage U is in the range of 8V to 60V. Between two bus bars 18 'is thus a DC voltage when a strand 1 1 is galvanically connected to them.
  • Each strand 1 1 can be galvanically connected by means of its switching units 15 alternately with a respective pair of bus bars 18.
  • the strand 1 1 can be galvanically connected by means of the switching units 15 alternately with a pair of busbars by a respective rod end 1 1 'is connected to a busbar 18' of the pair of busbars, so that the DC voltage U drops on the busbar pair.
  • the measuring unit 16 may also provide said total voltage measurement across the string 1 1 to detect the DC voltage U.
  • the measuring unit 16 is preferably connected downstream of the DC-DC converter 14, as shown in FIG. 1, in order to enable a voltage regulation by means of the DC voltage converter 14. As will be explained in connection with FIG. 2, a single voltage measurement is still provided in each use unit 12.
  • the at least one device 100 can be connected to the strands 1 1.
  • busbars 18 'of the busbar assembly 18 thus a bus bar matrix is formed, via which optionally at least one selected strand 1 1 can be electrically connected to a selected device 100, while at the same time another device with at least one other strand 1 1 can be electrically connected.
  • the devices remain galvanically separated from each other.
  • the control device 19 can determine a respective energy requirement and / or a respective power requirement of the at least one connected device 100 and then select at least one line 11 by means of which the demand can be met.
  • the device 100 may itself communicate the requirement via a communication interface, for example, or it may be stored in the control device 19 as a fixed value, for example.
  • the controller 19 may then connect the switching units 15 of each selected string 1 1 to the bus bars 18 'leading to the connected device 100. It can be provided in each case a further switching unit 15 'between each two strands 1 1 to switch two strands 1 1 in series and thus to add their strand voltage. Thus, between two bus bars 18 ', a greater voltage can be provided than can be generated by a single strand 1 1.
  • the busbars 18 ' may each be connected in pairs to an output terminal 20, to each of which a device 100 may be connected.
  • the connections of the bus bars 18 'to the individual electrical contacts of the output terminals 20 are shown in Fig. 1 by corresponding labels 1 +, 2+, 3+, 1 -, 2-, 3-, where "+” for positive potential and " - "can stand for negative potential or ground potential.
  • the designations symbolize three possible pairs of busbars 1 +, 1 - and 2+, 2- and 3+, 3-, wherein the electrical contacts of the output terminals 20 alternately configured with different of the busbars 18 'connectable by another, not shown switching device could be.
  • the output terminals 20 can always remain electrically isolated from each other, as long as each busbar 18 'of a terminal 20 is electrically connected to another strand 1 1.
  • a simultaneous charging and discharging different strands 1 1 may be provided, for example, to supply a device 100 successively with electrical energy from different strands 1 1, which are recharged in between.
  • a charging of an electric vehicle (or generally a device) via a pair of busbars with an output voltage of 400V for example, while charging other strands 1 1 eg via a transformer 21 at a charging voltage of eg 800 V from a supply network 22 or can be done from another device external energy source.
  • the transformer 21 may be connected to an input terminal 23 of the energy supply device 10.
  • the strings 1 1 are not designed for this charging voltage, they can be connected in series to form a series circuit by means of the switching unit 15 '.
  • the galvanic isolation is carried out by the use of different bus bars 18 'for the respective strands 1 1 and / or each voltage level (output voltage and charging voltage, eg 400V and 800V).
  • a power concentration can also be achieved by the strands 1 1, in that at the input connection 23 a power source, e.g. a solar system, with a first power feeds energy into at least one strand 1 1 and then the strand 1 1 this energy with a second power that is greater than the first power, to a device connected to an output terminal 20 device 100 again.
  • a power source e.g. a solar system
  • the energy delivery device 10 can optionally have a modular AC / DC converter arrangement 24 with a plurality of AC / DC converters 24 'for the input connection 23, which can be individually switched between the busbars 18' by means of a switching unit 25, on a busbar 18 'to provide a predetermined current and / or charging voltage for a charging current or the respective AC / DC converters 24' galvanically separated from the busbar assembly 18 can.
  • a galvanic isolation from the input terminal 23 is possible.
  • the switching units 25, 26 may each be formed by a contactor.
  • the switching units 25, 26 can be controlled by the switching device 19.
  • the switching units 25, 26 of an AC / DC converter 24 ' By opening the two switching units 25, 26 of an AC / DC converter 24 ', this can thus be galvanically decoupled and also be replaced during operation of the energy delivery device 10.
  • the switching units 25, 26 thus represent decoupling switches.
  • the AC / DC converters 24 ' can be designed to be galvanically isolating. However, the AC / DC converter arrangement 24 need not necessarily have galvanically isolating AC / DC converters 24 '. Other converters are cheaper.
  • the galvanic isolation can be ensured at any time by means of the mechanical switches of the strings.
  • a network-autonomous power source such as an emergency generator or a wind turbine to be connected.
  • the energy delivery device 10 itself can also have a network-forming effect, ie it can specify a network frequency with respect to other devices connected to the input connection. This is advantageous in particular for the use of the energy delivery device 10 in a region without its own supply network 22. It can AC devices without adaptation as on a public utility network operate.
  • the opposite of the network-forming operation is the network-following operation, ie it is synchronized to a predetermined network frequency.
  • the control device 19 may be coupled to these components via a communication device 27.
  • the communication device 27 may comprise, for example, a communication bus, for example a CAN bus (CAN - Controller Area Network), or an Ethernet.
  • the controller 19 thus generally accumulates knowledge of what can be switched as, e.g. which busbar 18 'on soft string 1 1 can be switched.
  • the control device 19 may be at least partially ausgestaltest as a central control device for all strands 1 1 and / or at least partially as a distributed control device per strand 1 1. It may have a processor device with at least one microcontroller and / or at least one microprocessor. An operating program of the processor device can be set up to execute the described method steps for operating the energy delivery device 10 when executed by the processor device.
  • capacitors 30, 31 may be provided at the output terminals 20 and / or at the input terminal 23 in order to buffer load peaks.
  • the utilization units 12 can thus be operated more gently at load peaks / peaks (in the range, for example, up to a duration of, for example, 3 s or 5 s), since the load peak is damped.
  • a peak load may be an electrical power greater than a sum of the individual rated powers of the switched-on use units 12, in particular a power greater than 1, 2 times the sum.
  • a recharging circuit or limiting circuit 32 may be connected in series with the respective capacitor 30, 31 to conduct a capacitor current across the resistive element, limiting the current strength of the capacitor current to a predetermined maximum ,
  • the limiting circuit 32 can be used for charging and discharging the respective capacitor 30, 31.
  • a capacitor 30, 31 with its limiting circuit 32 represents a capacitor device.
  • the limiting circuit 32 thus represents a Vorladeschari.
  • Cooling of the strands 11 can be carried out, for example. be provided on a shelf by arranging améebene below the strand level.
  • Each bus bar 18 ' may be made of aluminum or copper.
  • Aluminum is the cheaper material and lighter than copper.
  • Aluminum generates power losses (more than copper) through a specific resistance, from which heating power can be generated for a temperature control of the utilization units 12 (in particular battery cells), which are connected via a thermal coupling, e.g. a cooling circuit, can be transmitted from the busbars 18 'to the Nutzziseren 12.
  • the technology of the utilization units 12 available in the respective section 11 can be taken into account so that the utilization units 12 are operated within their specification.
  • the current I can then be set by means of the DC-DC converter 14, so that e.g. Balance currents flow between the strands 1 1, which are smaller than a threshold value.
  • a current I of up to 300-400 A flows only for 15 s, but a continuous current only up to 150 A.
  • Each strand 1 1 can thus be operated with its own operating strategy, adapted to its technology.
  • a suitable current intensity I can be set by means of the DC-DC converter 14.
  • the current intensity I of the respective strand 1 1 by means of the DC voltage converter 14 through the Control device 19 can be adjusted to the division of the currents
  • each strand 1 1 can be coupled as needed by means of its switching units 15. Each strand 1 1 can be emptied / loaded individually.
  • an efficiency optimization for the DC-DC converter 14 within the string 1 1 can be carried out by setting its input voltage by selecting and connecting useful units 12. The DC-DC converter 14 of each string
  • I I can thus fulfill two tasks. It limits the phase current I to a predefinable setpoint so that useful units 12 can be operated according to their specified specification (operating limits).
  • the voltage U of the strand 1 1 can be adjusted to the busbar voltage. Thus, the equalizing currents between several strands 1 1 can be reduced.
  • the DC-DC converter 14 ensures that a predetermined setpoint voltage is applied to the strand connections 17, regardless of the number of use units 12 actively operated in the strand 11.
  • a current measurement 16 for the phase current I can be done in the manner described centrally in the measuring unit 16 in the strand 1 1 and is anyway necessary for the regulation of the DC-DC converter 14.
  • the central control device can also individually reconfigure this within each strand 1 1, ie, turn on and off useful units 12 in the series circuit 13 of the strand 1 1. If, for example, the strand voltage U is smaller than a required rail voltage of the switched-on conductor rails 18 ', more use units 12 can be connected in the series circuit 13 of the strand 11. This can be done so fast by means of semiconductor switches (eg transistors) that it can take place in a switching pause of the DC-DC converter 14.
  • semiconductor switches eg transistors
  • each use unit 12 can be electrically bridged, electrically insulated and / or discharged by an individual switching device N10.
  • semiconductor switches T transistors
  • Each use unit 12 may provide functions: a bridging / bridging circuit N1 1, a diagnosis unit N12, a (particularly passive) load balancing / discharging circuit N13, a decoupling / separating circuit N14.
  • a semiconductor switch T must be able to block only a low-voltage, for example 2x single voltage V of the utility unit 12.
  • the load balancing can also be active in a known manner (so-called active load balancing).
  • the diagnostic unit N12 can be designed in a known manner for a cell analysis, for example an impedance measurement by means of, for example, impedance spectroscopy. For this purpose, the diagnostic unit N12 can determine, per use unit 12 for an impedance spectral analysis (0 Hz to eg 3 kHz), a measuring current ⁇ and a single voltage V at several frequencies f, which results in the impedance curve over the frequency f. This represents an impedance spectrum.
  • the diagnostic unit N12 can signal a current state value 29 of a measuring current ⁇ and / or the individual voltage V and / or the measured impedance via the communication device 27 to the control device 19.
  • impedance is meant in the context of the invention an impedance value at a predetermined frequency, eg 0Hz, or an impedance curve over the frequency f.
  • Several frequencies can be checked in a frequency sweep with a stepwise increase or decrease
  • a multi-frequency excitation can be provided at several frequencies at the same time.
  • the multi-frequency excitation can be designed, for example, as a multisinus excitation or as a rectangular signal or as a jump signal.
  • Each utilization unit 12 can thus be monitored individually, for example with regard to its SoH (state of health) and / or SoC (state of charge) and / or SoF (state of function).
  • SoH state of health
  • SoC state of charge
  • SoF state of function
  • the individual voltage V of the utilization unit 12 can also be measured without the alternating voltage of the impedance measurement.
  • a utilization unit 12 which is bridged (by means of the bypass circuit N1 1) can also be monitored with respect to its individual voltage V.
  • the individual voltage V of the use unit 12 can be individually adjusted by means of the loadbalancing N13.
  • an electrical charging unit per use unit 12 can also be provided, which can individually charge the utility unit 12 even when the semiconductor switch of the disconnecting circuit N14 is open (each use unit 12 can thus be charged individually).
  • the power supply of the charging unit may e.g. via the communication device 27 (for example by means of Power-over-Ethernet technology) or by means of a galvanically isolated power supply unit.
  • N1 1 and N14 may be provided (e.g., software-related or by means of a logic circuit) so as not to create a short circuit.
  • each use unit 12 can be read out and the switching unit N10 of each use unit 12 can be controlled, in particular the bridging circuit N1 1 in combination with the separation circuit N14.
  • the switching unit N10 of each use unit 12 can be controlled, in particular the bridging circuit N1 1 in combination with the separation circuit N14.
  • each use unit 12 can be determined centrally in the control device 19 (for example in the form of the simulation). danz as wear value) and the switching state of each use unit 12 are set in dependence on the determined state. Individual power units 12 can be electrically removed from the string 1 1 (bridging N1 1), ingested (connected in series), individually discharged (discharge resistor R, balancing circuit N13), temporarily disconnected electrically (N14 open / electrically blocking) eg for the diagnostic unit N12.
  • the similarity may be defined by a similarity criterion, e.g. specifies a maximum difference of at least one parameter, the difference in a range of 10% to 100% (twice / half) may be.
  • An old / weak use unit 12 are first bypassed / switched out.
  • This can be recognized by a performance criterion, e.g. refers to the impedance or is defined by the fact that the similarity criterion is violated.
  • the performance criterion thus excludes weak usage units 12.
  • the connection of old use units 12 / weak user unit 12 becomes possible again later, as soon as the conditions of the strand fit, that is to say the remaining use units 12 have likewise worn so far that the similarity criterion is fulfilled again.
  • the similarity criterion can reduce the need for load balancing.
  • the power per unit of use (current I in the string is the same, but with different voltage results in a different performance, which results in a local heating and thus aging / wear) can be adjusted in advance.
  • the impedance is only one example of the detection of a weak use unit weakest use unit depending on a state of the use unit.
  • the strand 1 1 By electrical decoupling / separating N14 all use units 12 of a strand 1 1, the strand 1 1 can also be switched HV-free. All use units 12 are decoupled from each other. In this security mode, the strand 1 1 can be e.g. be secured for an assembly, an accident prevention, an emergency, a transport.
  • the switching order is important: First, the mechanical switching units 15 (contactors) are opened, then the decoupling N14 of the utilization units 12 takes place in succession.
  • a wear adjustment / wear leveling of the individual use units 12 can be provided.
  • the wear leveling provides for the homogeneous use of the field / the arrangement of useful units 12. This results in a wear adjustment in the operation of the benefit units 12.
  • Prototype can be the wear leveling from the FLASH memory technology (https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling).
  • the advantage of equalizing the wear is the extension of the overall life of the energy delivery device 10, since a probability of failure of individual use units 12, as can be caused by above-average wear of a single use unit 12, is reduced.
  • a current state of wear is indicated as a wear value for each use unit 12.
  • the aim of these measures is therefore a uniform wear.
  • the wear value may e.g. be represented by the impedance of the use unit 12.
  • the wear value indicates wear of the use unit 12.
  • a respective desired value at least one operating variable for example the current I during discharging and / or the individual voltage V during charging, can be determined on the basis of a matching criterion, wherein the matching criterion provides that by setting each reference value one or some or all of the use units 12 in total complete the energy exchange E, but in this case a difference calculated from all the wear values the wear of the use units 12 is minimized.
  • the wear of the use units 12 is thus adjusted during the energy exchange E by more heavily worn use units 12 are less burdened than less worn Nutzzumbleen 12. The latter continue to use, thereby equalizing their wear state of the less burdened Nutzzmatien 12.
  • the wear value changes during operation, and more quickly if the utilization unit 12 is operated at an operating point which deviates from an ideal state (the utilization unit continues to wear out). Therefore, even measures are useful.
  • the utilization units 12 are preferably operated only within a tolerance interval around an ideal charging state, which is e.g. may be at a state of charge of 50%, and / or may specify a current profile of an electric current flowing during the energy exchange of the use unit 12.
  • the ideal state depends on the used technology of the user unit and is known in the prior art.
  • the ideal state for battery modules can be defined by the following parameters:
  • SoC - State of charge (energy content) - ideal are e.g. 50%;
  • DoD - Depth of Discharge - Degree of discharge (current profile) e.g. ideal state of charge 50% minus maximum 20% (tolerance interval).
  • the specified ideal values depend on the electrochemistry and / or the intended application and must be determined by a person skilled in the art in each case for the specific energy delivery device.
  • the DoD should remain "small", ie not sink too far down
  • the current operating point can be adjusted by the charging current / discharge current I for the utilization units 12
  • the AC / DC converter arrangement 24 can be used for adjusting the charging current, the DC-DC converter 14 for setting the discharge current, while the wear conditions / wear values of all the utilization units are to be adjusted.
  • An overcapacity of use units 12 can be maintained. Without additional switch can be distributed by means of an overcapacity of Nutzzmatien 12 the burden. This results in a lower load per use unit 12, in that all use units will always be used in order to wear evenly. In addition, the service life is prolonged because of the lower load; because if, for example, per strand at 1 10% capacity (sum of the individual capacities of the use units 12 in the strand) with throttling by the control device 19 only 100% (nominal nominal value) are retrieved, results in a lower peak load per use unit 12.
  • the strand 1 1 delivers For example, a larger voltage than needed, so less current I must flow for the same power as with a population of only 100% nominal value (rated capacity).
  • switches are available, e.g. the semiconductor switches T, a switching between the use of units 12 of a strand 1 1 may be provided, e.g. There are always 10 usage units provided (gives the nominal capacity) and 2 usage units bridged.
  • the energy delivery device 10 may be provided as an energy storage (eg, battery storage) having a designated or nominal rated capacity (eg, 100 kWh).
  • a gross capacity is provided which is greater than the nominal capacity made available from the outside (actual gross capacity of eg 1 10kWh, greater than the net capacity of eg 100kWh).
  • more use units eg, battery cell modules
  • These payload units are then active units or "active units.”
  • the remaining (non-actively used) storage units are "reserve units".
  • BBM Bad block management
  • rotating or switching between the utilization units can also be carried out in order to uniformly wear all the utilization units. If a spare unit is then activated as a replacement for a failed active unit, then the reserve unit already has similar electrical properties to the other active units because it already has a similar degree of wear (in the sense of the mentioned similarity criterion). This can reduce the degree of load balancing required in the manner described.
  • servicing units can also be replaced during operation of the energy store without impairing the rated capacity.
  • Replacement units can be separated / taken out of service and then removed / replaced (dynamic change of the units) as a reserve unit.
  • the bath block management and / or the replacement can also be done groupwise or strand-wise, ie it is then switched a group of benefit units 12 or the entire series circuit 13 of a strand and / or replaced. Even within a use unit 12, a bath block management can take place.
  • a battery unit configured as a use unit 12 may be provided a plurality of battery cells, eg 12 battery cells as a 3-fold series connection of 4 battery cell len in parallel connection. It can then be switched out in each case a parallel connection, eg by bridging.
  • the following can be provided for a load management for the strands.
  • busbars 18 can be interconnected by means of the DC-DC converter 14 to transfer energy.
  • a strand 11 can thus be charged via several sources, e.g. 40kW from other string 1 1 and 10kW from a grid AC / DC converter 24 'to provide 50kW charging power.
  • a load profile can be smoothed / smoothed by e.g. some strands 1 1 provide the consumer, while other strands 1 1 already charging, and then stand by for further charging.
  • e.g. 10A can simultaneously charge with e.g. 10A and unloading with e.g. 20A take place (at least one strand 1 1 loads the device 100, at least one other strand 1 1 is charged from the supply network 22).
  • the (thermal / electrical) loading of the individual strands 11 can be limited by alternately supplying different strands 11 to a connected device 100 (e.g., charging an electric vehicle).
  • a connected device 100 e.g., charging an electric vehicle.
  • the said DoD Depth of Discharge
  • the said DoD can also be limited, e.g. to 20%.
  • each strand 1 1 can also be a complete galvanic isolation between the strands, if they are connected to different busbars. This is the prerequisite for being able to charge multiple devices 100 (e.g., e-vehicles) at the same time. Each e-vehicle is connected to another busbar 18 'which is galvanically isolated from the remaining busbars.
  • the example shows how the invention can provide bath block management in an electrical power delivery device

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Abstract

The invention relates to an electric energy supply device (10) with a respective nominal capacity which is provided by a plurality of usage units (12). Each usage unit has an individual nominal capacity, for example for the current, voltage, or capacitance. A controller (19) is designed to control an energy exchange (E) between the energy supply device (10) and at least one externally connected load or generator (100). The sum of each individual nominal capacity of the usage units (12) is greater than the respective nominal capacity. The controller (19) is limited to the respective nominal capacity during the energy exchange (E).

Description

Elektnsche Energieliefervornchtung mit einer nominellen Nennkapazität sowie Verfahren zum Bereitstellen einer nominellen Nennkapazität in einer elektrischen Energieliefervorrichtung  An electric power supply having a nominal nominal capacity and methods of providing a nominal nominal capacity in an electrical power delivery device
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieliefervorrichtung, in welcher eine Vielzahl von Nutzeinheiten bereitgestellt ist. Die Energieliefervorrichtung kann beispielsweise ein elektrischer Stationärspeicher oder eine Fahrzeug- batterie für ein Elektrofahrzeug sein, wobei dann als Nutzeinheiten Batteriemodule bereitgestellt sein können. Die Energieliefervorrichtung weist eine nominelle Nennkapazität auf, die nach außen hin für zumindest ein angeschlossenes Gerät bereitgestellt wird. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Bereitstellen der nominellen Nennkapazität mittels der elektri- sehen Energieliefervorrichtung. The invention relates to an electric power supply device in which a plurality of use units is provided. The energy supply device may be, for example, an electric stationary storage or a vehicle battery for an electric vehicle, in which case battery modules may be provided as use units. The energy delivery device has a nominal nominal capacity that is provided outwardly for at least one connected device. The invention also includes a method for providing the nominal nominal capacity by means of the electrical energy delivery device.
Eine Energieliefervorrichtung kann beispielsweise für eine Ladestation zum Aufladen von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen bereitgestellt sein. Eine Energieliefervorrichtung kann aber beispielsweise auch selbst als Trak- tionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgestaltet sein, also als mobiler Energiespeicher. An energy delivery device may be provided, for example, for a charging station for charging electrically driven motor vehicles. However, an energy supply device can, for example, itself also be designed as a traction battery for an electrically drivable motor vehicle, ie as a mobile energy store.
Eine Energieliefervorrichtung mit mehreren Nutzeinheiten zum Speichern von elektrischer Energie ist beispielsweise aus der US 2006/0092583 A1 bekannt. Die darin beschriebene Energieliefervorrichtung kann die Nutzeinheiten wahlweise zwischen zwei Stromschienen parallel schalten oder zum Aufaddieren der elektrischen Spannungen der Nutzeinheiten als Serienschaltung zwischen den Stromschienen verschalten. Zu einer Energieliefervorrichtung kann zu einer bestimmten Kenngröße, z.B. der Energie-Speicherfähigkeit ein Nennwert oder eine Nennkapazität angegeben sein, z.B. 1 kWh. Bei einer Energieliefervorrichtung ist man dabei daran interessiert, dass diese zuverlässig und für möglichst viele Betriebsstunden mit der Nennkapazität betrieben werden kann. Hierfür besonders robuste Nutzeinheiten zu verwenden, macht eine Energieliefervorrichtung aber in der Herstellung teuer. Eine andere Alternative ist ein möglichst schonender Betrieb der Nutzeinheiten, was aber wiederum die Leistungsfähigkeit einer Energieliefervorrichtung einschränkt. An energy supply device with a plurality of utilization units for storing electrical energy is known, for example, from US 2006/0092583 A1. The energy delivery device described therein can optionally switch the utilization units in parallel between two busbars or interconnect them to add up the electrical voltages of the utilization units as a series connection between the busbars. For an energy supply device, a nominal value or a nominal capacity, for example 1 kWh, can be indicated for a specific parameter, for example the energy storage capability. In an energy delivery device, it is interesting that it can be operated reliably and for as many hours of operation with the nominal capacity. Especially for this However, to use robust payload units makes a power delivery device expensive to manufacture. Another alternative is as gentle as possible operation of the Nutzzeinheiten, but in turn limits the performance of an energy delivery device.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und dennoch im Betrieb zuverlässige Energieliefervorrichtung bereitzustellen. The invention has for its object to provide a cost-effective, yet reliable in operation energy delivery device.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprü- che gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben. The object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.
Durch die Erfindung ist eine elektrische Energieliefervorrichtung bereitge- stellt, die in Bezug auf zumindest eine vorbestimmte Kenngröße, beispielsweise die Speicherkapazität und/oder die elektrische Nennleistung, einen jeweiligen nominellen Nennwert oder eine jeweilige nominelle Nennkapazität bereitstellt. Mit Nennkapazität ist hier also diejenige Angabe gemeint, die in einem Normalbetrieb oder ohne Zeitbeschränkung oder Schädigung bereit- gestellt werden kann, wenn ein vorrichtungsexternes Gerät an die Energieliefervorrichtung angeschlossen und mit dieser betrieben wird. Die jeweilige Nennkapazität in Bezug auf die zumindest eine elektrische Kenngröße (also zum Beispiel die Speicherkapazität und/oder die elektrische Leistung) ist dabei mittels einer Vielzahl von Nutzeinheiten bereitgestellt. Eine solche Nutzeinheit kann zum Beispiel zumindest eine Batteriezelle oder ein Batteriezellenmodul mit mehreren Batteriezellen oder einen Kondensator oder eine Kondensatoranordnung mit mehreren Kondensatoren oder Solarzellen oder Brennstoffzellen enthalten. Jede Nutzeinheit weist natürlich eine Einzelkapazität betreffend die jeweilige Kenngröße auf, also beispielsweise eine Einzelspeicherkapazität und/oder eine Einzelnennleistung. The invention provides an electrical energy delivery device that provides a respective nominal rating or nominal nominal capacity with respect to at least one predetermined characteristic, such as storage capacity and / or rated electrical power. In this case, nominal capacity refers to that information which can be provided in normal operation or without time limitation or damage if a device external to the device is connected to the energy supply device and operated therewith. The respective rated capacity with respect to the at least one electrical parameter (that is, for example, the storage capacity and / or the electric power) is provided by means of a plurality of use units. Such a use unit may for example contain at least one battery cell or a battery cell module with a plurality of battery cells or a capacitor or a capacitor arrangement with a plurality of capacitors or solar cells or fuel cells. Of course, each use unit has an individual capacity with regard to the respective parameter, that is, for example, an individual memory capacity and / or a single nominal power.
Eine Steuereinrichtung der Energieliefervorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Energieaustausch zwischen der Energielieferung und zumindest einem vorrichtungsexternen Gerät, das an die Energieliefervorrichtung angeschlos- sen sein kann, zu steuern. Mit Energieaustausch ist zum einen die Energieabgabe an das Gerät und zum anderen die Energieaufnahme aus dem Gerät gemeint. Um nun die Energieliefervorhchtung zuverlässiger und langlebiger zu machen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Summe der besagten jeweiligen Einzelkapazitäten bei den Nutzeinheiten größer ist als die jeweilige Nennkapazität der Energieliefervorrichtung. Mit anderen Worten weisen also die Nutzeinheiten beispielsweise in der Summe eine größere Speicherkapazität auf, als nach außen hin durch die Nennkapazität der Energieliefervorrichtung angegeben ist. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Summe der Einzelnennleistungen der Nutzeinheiten größer sein als die nach außen hin angegebene Nennleistung der Energieliefervorrichtung insgesamt. Die Steu- ereinrichtung ist entsprechend dazu eingerichtet, bei dem besagten Energieaustausch die zumindest eine Kenngröße auf die jeweilige nominelle Nennkapazität zu begrenzen. Mit anderen Worten ist zwar innerhalb der Energieliefervorrichtung durch die Nutzeinheiten in Bezug auf die zumindest eine Kenngröße (z.B. Speicherkapazität und/oder Leistung) die Summe der Ein- zelkapazitäten größer als die jeweilige Nennkapazität, aber die Steuereinrichtung begrenzt den Betrieb der Energieliefervorrichtung dahingehend, dass diese nur die jeweilige Nennkapazität nach außen hin, also zu dem zumindest einen Gerät hin, bereitstellt. Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass jede Nutzeinheit für sich unterhalb ihrer Einzelnennkapazität betrieben werden kann, also die Belastung oder der Verschleiß jeder Nutzeinheit geringer ausfallen kann, als sie sich ergeben würden, falls jede Nutzeinheit mit ihrer Einzelnennkapazität betrieben würde. Hierdurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Nutzein- heit aufgrund von Verschleiß ausfällt. Insgesamt ergibt sich also ein schonender Betrieb der Nutzeinheiten im Vergleich zu einem Betrieb bei ihrer Einzelnennkapazität. Hierdurch wir eine Verlängerung der Lebensdauer erreicht. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einem Ausfall einer Nutzeinheit mit der Energieliefervorrichtung insgesamt immer noch die nominelle Nennkapa- zität bereitgestellt werden kann, sodass also der Ausfall einer Nutzeinheit nicht dazu führt, dass die nominelle Nennkapazität der Energieliefervorrichtung abnimmt. Die Energieliefervorrichtung kann daher auch bei einem Ausfall einer Nutzeinheit oder mehrere Nutzeinheiten weiter uneingeschränkt betrieben werden. A control device of the energy delivery device is configured to control an energy exchange between the energy supply and at least one device external to the device, which may be connected to the energy delivery device. Energy exchange means on the one hand the energy delivery to the device and on the other hand the energy consumption from the device. In order to make the energy supply device more reliable and durable, it is provided according to the invention that the sum of said respective individual capacities in the utilization units is greater than the respective nominal capacity of the energy delivery device. In other words, therefore, the utilization units, for example, in the sum of a larger storage capacity, as indicated by the nominal capacity of the energy delivery device to the outside. Additionally or alternatively, the sum of the individual rated outputs of the utilization units may be greater than the outwardly indicated nominal output of the energy delivery device as a whole. The control device is accordingly set up to limit the at least one parameter to the respective nominal rated capacity during said energy exchange. In other words, although within the energy delivery device by the utilization units with respect to the at least one characteristic (eg storage capacity and / or power), the sum of the individual capacities is greater than the respective nominal capacity, but the control device limits the operation of the energy delivery device, that these only the respective nominal capacity to the outside, that is, to the at least one device out, provides. The advantage of the invention is that each use unit can be operated below its individual nominal capacity, ie the load or wear of each use unit may be lower than would arise if each use unit were operated with its individual nominal capacity. This reduces the probability that a user unit will fail due to wear. Overall, therefore, results in a gentle operation of the Nutzzeinheiten compared to an operation in their Einzelnennkapazität. In this way we achieved an extension of the service life. A further advantage is that in the event of a failure of a use unit with the energy delivery device as a whole, the nominal nominal capacity can still be provided, so that the failure of a use unit does not lead to the nominal nominal capacity of the energy delivery device decreasing. The energy supply device can therefore continue to operate without restriction even in the event of a failure of one or more use units.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben. Bei der zumindest einen Kenngröße, die auf die jeweilige Nennkapazität begrenzt wird, kann es sich um die elektrische Speicherkapazität der Energieliefervorrichtung und/oder die maximale elektrische Leistung und/oder den maximalen elektrischen Strom handeln. Durch Begrenzen dieser Kenngrö- ßen kann ein schonender Betrieb von Nutzeinheiten erreicht werden. The invention also includes refinements, resulting in additional benefits. The at least one parameter, which is limited to the respective nominal capacity, may be the electrical storage capacity of the energy delivery device and / or the maximum electrical power and / or the maximum electrical current. By limiting these parameters, a gentle operation of utilization units can be achieved.
Jede Nutzeinheit kann jeweils zumindest eine Batteriezelle oder ein Batteriezellenmodul oder einen Verbund mehrerer Batteriezellenmodule und/oder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder zumindest ein Solarpanel und/oder zumindest einen Kondensator umfassen. Eine Nutzeinheit kann auch einen Generator umfassen. Each use unit may in each case comprise at least one battery cell or a battery cell module or a composite of a plurality of battery cell modules and / or at least one fuel cell and / or at least one solar panel and / or at least one capacitor. A use unit may also comprise a generator.
Für einen konkreten Energieaustauschvorgang stellt sich die Frage, wie die Nutzeinheiten mit dem zumindest einen angeschlossenen Gerät verschaltet werden. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, für den Energieaustauschvorgang mehr Nutzeinheiten mit dem zumindest einen Steuergerät elektrisch zu verbinden, als zum Bereitstellen der jeweiligen Nennkapazität der zumindest einen Kenngröße notwendig ist. Hierdurch kann in der beschriebenen Weise jede Nutzeinheit mit einer geringeren Belastung betrie- ben werden, als ihrer einzelnen Kapazität entspricht. For a specific energy exchange process, the question arises as to how the user units are interconnected with the at least one connected device. The control device may be configured to electrically connect more use units to the at least one control unit for the energy exchange process than is necessary for providing the respective nominal capacity of the at least one characteristic variable. As a result, in the described manner, each use unit can be operated with a lower load than corresponds to its individual capacity.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Energieliefervorrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer mit ihrer die Summe der Einzelnennkapazitäten darstellenden Bruttokapazität zu betrei- ben. Hierdurch kann ein sogenannter Boost-Modus oder Turbo-Modus realisiert werden. Die Zeitdauer kann in einem Bereich von 1 s bis 1 min liegen. A development provides that the control device is set up to operate the energy delivery device for a predetermined period of time with its gross capacity representing the sum of the individual nominal capacities. As a result, a so-called boost mode or turbo mode can be realized. The duration may be in the range of 1 s to 1 min.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, bei mehreren, nacheinander durchgeführten Energieaustauschvorgängen jeweils nicht alles Nutz- einheiten zu verwenden, sondern nur einige der Nutzeinheiten mit dem angeschlossenen zumindest einen Gerät elektrisch zu koppeln. Nun kann durchrotiert werden. Mit anderen Worten ist die Steuereinrichtung in diesem Fall dazu eingerichtet, für jeden der Energieaustauschvorgänge die jeweils zu verbindenden Nutzeinheiten gemäß einer vorbestimmten Austauschvor- schrift auszuwählen. Eine mögliche Austauschvorschrift kann mit dem Algorithmus„Round Robin" erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Austauschvorschrift zum Beispiel für einen vorgegebenen Energieaustauschvorgang diejenigen Nutzeinheiten auswählen, welche die geringste Abnutzung aufweisen. Eine Abnutzung oder ein Verschleiß kann bei einer Nutzeinheit beispielsweise durch deren elektrische Impedanz quantisiert werden. Je größer die Impedanz einer Nutzeinheit ist, desto größer ist ihr Verschleiß oder ihre Abnutzung fortgeschritten. Generell kann ein Verschleiß als sogenannter SoH (State of Health) ausgedrückt werden, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Auch ein anderer von einem Verschleiß abhängiger Verschleißwert kann definiert werden und z.B. durch einfache Versuche ermittelt werden. Durch die Austauschvorschrift ergibt sich eine gleichmäßige Abnutzung der Nutzeinheiten, sodass die Wahrscheinlichkeit dafür sinkt, dass sporadisch eine einzelne Nutzeinheit ausfällt. The control device can be set up to not use all user units in the case of a plurality of energy exchange processes carried out in succession, but only to electrically couple some of the usage units to the connected at least one device. Now you can durchrotiert. In other words, in this case, the control device is set up to select, for each of the energy exchange processes, the respective utilization units to be connected according to a predetermined replacement instruction. A possible substitution rule can be achieved with the "Round Robin" algorithm Additionally or alternatively, for example, for a given energy exchange operation, the replacement instruction may select those which have the least wear and tear Use unit, for example, quantized by their electrical impedance. The greater the impedance of a utility unit, the greater its wear or wear has progressed. In general, wear can be expressed as so-called SoH (State of Health), as is known from the prior art. Another wear-dependent wear value can also be defined and determined, for example, by simple tests. The replacement rule results in a uniform wear of the use units, so that the likelihood decreases that sporadically a single unit fails.
Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, von jeder Nutzeinheit den jeweiligen Verschleißwert zu ermitteln und solche der Nutzeinheiten, deren Verschleißwert ein vorbestimmtes Verschleißkriterium erfüllt, durch elektrisches Abtrennen außer Betrieb zu nehmen. Mit anderen Worten werden diese Nutzeinheiten vom Energieaustausch ausgeschlossen. Bei einem Grad an Verschleiß, der das Verschleißkriterium erfüllt, wird also eine Nutzeinheit herausgeschaltet. Im Zusammenhang mit dem Verwalten von digitalen Speicherzellen ist dies als Bad-Block-Management bekannt. Dieser Ansatz wird durch die Erfindung auf elektrische Nutzeinheiten übertragen. Vorteil eines solchen Bad-Block-Managements ist, dass beim Betrieb der Energieliefervorrichtung nicht auf die schwächsten, das heißt die am meisten verschlissenen Nutzeinheiten, Rücksicht genommen werden muss, beispielsweise in Form eines Loadbalancing, weil diese Nutzeinheiten außer Betrieb genommen sind. The control device may be configured to determine the respective wear value of each use unit and to deactivate those of the use units whose wear value fulfills a predetermined wear criterion by cutting them off electrically. In other words, these use units are excluded from the energy exchange. At a degree of wear that meets the wear criterion, so a use unit is switched out. In the context of managing digital memory cells, this is known as Bad Block Management. This approach is transferred by the invention to electrical power units. The advantage of such a bath block management is that the operation of the energy delivery device does not have to take into account the weakest, that is to say the most worn, use units, for example in the form of load balancing, because these utilization units are taken out of operation.
Bevorzugt ist hierbei die Steuereinrichtung aber dazu eingerichtet, später zumindest eine der außer Betrieb genommenen Nutzeinheiten durch elektrisches Ankoppeln wieder in Betrieb zu nehmen, sodass sie also wieder am Energieaustausch beteiligt ist. Dies geschieht, falls der Verschleißwert der Nutzeinheit im Vergleich mit dem jeweiligen Verschleißwert der immer noch in Betrieb befindlichen Nutzeinheiten ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt. Mit anderen Worten wird solange gewartet, bis alle anderen Nutzeinheiten ebenfalls soweit verschlissen sind, dass die Nutzeinheiten wieder einen ähnlichen Abnutzungsgrad aufweisen. Damit weisen die Nutzeinheiten nämlich wieder ähnliche elektrische Eigenschaften (im Sinne des Ähnlichkeitskriteriums) auf, sodass wieder ein gemeinsamer Betrieb möglich ist, das heißt beispielsweise ein Loadbalancing nicht zu einer übermäßigen Einschränkung eines Betriebs der Nutzeinheit mit dem geringsten Verschleißwert führt. Das Ähnlichkeitskriterium kann zum Beispiel besagen, dass ein maximaler Unterschied in Bezug auf zumindest eine Kenngröße in einem Bereich von 10 Prozent bis 100 Prozent liegen muss. Eine zugrundegelegte Kenngröße kann beispielsweise die Impedanz der Nutzeinheit sein. Mit anderen Worten kann also das Ähnlichkeitskriterium für die Verschleißwerte angeben, dass deren Unterschied in einem Bereich von 10 Prozent bis 100 Prozent liegen muss. Beispielsweise kann ein Mittelwert aller Verschleißwerte gebildet werden und dann der Unterschied zu diesem Mittelwert berechnet werden. Es kann auch beispielsweise der maximale und der minimale Verschleißwert angegeben oder ermittelt werden und der Unterschied bezieht sich dann auf den maximalen und den minimalen Verschleißwert. In this case, however, the control device is preferably set up to put at least one of the used-out use units back into operation by electrical coupling, so that it is thus again involved in the energy exchange. This happens if the wear value of the use unit fulfills a predetermined similarity criterion in comparison with the respective wear value of the use units still in operation. In other words, it is waited until all other use units are also worn so far that the use units again have a similar degree of wear. Thus, the use units again have similar electrical properties (in the sense of the similarity criterion), so that a common operation is possible again, that is, for example, a load balancing does not lead to an excessive restriction of operation of the use unit with the lowest wear value. The similarity criterion may say, for example, that maximum difference in terms of at least one parameter in a range of 10 percent to 100 percent. An underlying parameter may be, for example, the impedance of the use unit. In other words, the similarity criterion for the wear values may indicate that their difference must be within a range of 10 percent to 100 percent. For example, an average value of all wear values can be formed and then the difference to this mean value can be calculated. It is also possible, for example, to specify or determine the maximum and the minimum wear value, and the difference then relates to the maximum and the minimum wear value.
Eine Nutzeinheit kann auch vollständig ausfallen, das heißt kaputtgehen. Die Steuereinrichtung kann für einen solchen Fall dazu eingerichtet sein, eine defekte Nutzeinheit zu erkennen und elektrisch von den übrigen Nutzeinhei- ten zu trennen. Das Erkennen einer defekten Nutzeinheit kann mit Mitteln aus dem Stand der Technik erfolgen. Beispielsweise kann ein von der Nutzeinheit erzeugter elektrischer Strom auf ein Defektkriterium überprüft werden. Beispielsweise kann als Defektkriterium vorgegeben werden, dass ein Ladestrom der Nutzeinheit kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn eine Nutzeinheit aber elektrisch isoliert oder getrennt ist, kann sie im Betrieb der Energieliefervorrichtung ausgetauscht werden. Entsprechend ist die Steuereinrichtung bei dieser Weiterbildung dazu eingerichtet, im Betrieb der Energieliefervorrichtung nach einem Austausch der defekten Nutzeinheit durch eine neue Nutzeinheit diese Nutzeinheit elektrisch mit den übrigen Nutzeinheiten zu koppeln. Hierdurch ist es also möglich, eine defekte Nutzeinheit in laufenden Betrieb der Energieliefervorrichtung auszuwechseln, sodass die Energieliefervorrichtung für das Auswechseln nicht außer Betrieb genommen werden kann, sondern durchgehend einen Energieaustausch durchführen kann. A use unit can also fail completely, that is broken. For such a case, the control device can be set up to recognize a defective use unit and to disconnect it electrically from the remaining use units. The recognition of a defective use unit can be done by means of the prior art. For example, an electric current generated by the use unit can be checked for a defect criterion. For example, it can be specified as a defect criterion that a charging current of the utilization unit is smaller than a predetermined threshold value. However, if a utility unit is electrically isolated or disconnected, it may be replaced during operation of the energy delivery device. Accordingly, in this development, the control device is set up to electrically couple this use unit to the remaining use units during operation of the energy supply device after replacement of the defective use unit by a new use unit. As a result, it is thus possible to replace a defective use unit in ongoing operation of the energy delivery device, so that the energy delivery device for replacement can not be taken out of service, but can continuously carry out an energy exchange.
Die Energieliefervorrichtung weist den folgenden bevorzugten Aufbau auf. Jeweils einige der Nutzeinheiten sind in einem jeweiligen Schaltungszweig oder Strang zu einer Reihenschaltung verschaltet. Jeder Strang ist über einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) und zumindest eine gal- vanisch trennfähige Schalteinheit mit einer Stromschienenanordnung der Energieliefervorrichtung verbunden. Eine galvanisch trennende Schalteinheit ist eine mechanische Schalteinheit, beispielsweise ein Schütz oder eine Anordnung aus mehreren Schützen. Allgemein kann der Gleichspannungswandler ein Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller oder ein Inverswandler sein. Als Gleichspannungswandler wird bevorzugt ein Tiefsetzsteller verwendet. Innerhalb jedes Strangs kann jede Nutzeinheit ebenfalls individuell geschaltet werden. Hierfür ist innerhalb jedes Strangs für jede Nutzeinheit eine Überbrückungsschaltung vorgesehen. Mittels der Überbrückungsschaltung kann innerhalb der Reihenschaltung des Strangs eine Nutzeinheit elektrisch überbrückt werden, sodass sie nicht mehr zum Strangstrom der Reihenschaltung beiträgt und auch nicht zur Strangspannung beiträgt. The power supply device has the following preferred structure. In each case, some of the use units are connected in a respective circuit branch or strand to a series circuit. Each strand is connected via a DC-DC converter (DC / DC converter) and at least one galvanically separable switching unit to a busbar arrangement of the energy delivery device. A galvanically isolating switching unit is a mechanical switching unit, for example a contactor or an arrangement of several contactors. In general, the DC-DC converter can be a boost converter or buck converter or an inverse converter. As a DC-DC converter, a buck converter is preferably used. Within each string, each use unit can also be switched individually. For this purpose, a bridging circuit is provided within each strand for each use unit. By means of the bypass circuit can be electrically bridged within the series circuit of the strand a use unit, so that it no longer contributes to the string current of the series circuit and also does not contribute to the strand voltage.
Die Energieliefervorrichtung führt den Energieaustausch über die besagte Stromschienenanordnung durch. Mit anderen Worten wird zumindest ein Strang mittels seiner galvanisch trennfähigen Schalteinheiten oder mittels seiner einzelnen Schalteinheit mit Stromschienen der Stromschienenanordnung elektrisch verbunden, sodass ein elektrischer Strom aus dem zumindest einen Strang über die Stromschienenanordnung hin zu dem zumindest einen Gerät fließen kann, wodurch der Energieaustausch stattfindet. Die Steuereinrichtung ist hierbei dazu eingerichtet, zum Begrenzen der zumindest einen Kenngröße (also zum Beispiel der Speicherkapazität und/oder der elektrischen Leistung) die Gleichspannungswandler und die zumindest eine Schalteinheit und die Überbrückungsschaltungen jedes Strang zu steuern. The energy delivery device performs the energy exchange via said busbar assembly. In other words, at least one strand is electrically connected by means of its galvanically separable switching units or by means of its individual switching unit with busbars of the busbar assembly, so that an electric current from the at least one strand on the busbar assembly can flow towards the at least one device, whereby the energy exchange takes place. In this case, the control device is set up to control the DC / DC converter and the at least one switching unit and the bypass circuits of each line in order to limit the at least one characteristic (that is, for example, the storage capacity and / or the electrical power).
Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer jeweiligen nominellen Nennkapazität zumindest einer vorbestimmten elektrischen Kenngröße in einer elektrischen Energieliefervorrichtung. Die jeweilige Nennkapazität der zumindest einen elektrischen Kenngröße wird mittels einer Vielzahl von Nutzeinheiten bereitgestellt, von denen jede eine Einzelnennkapazität betreffend die jeweilige Kenngröße aufweist. Die Steuereinrichtung steuert den Energieaustausch zwischen der Energieliefervorrichtung und dem zumindest einen vorrichtungsexternen Gerät, wobei sie beim Energieaustausch die zumindest eine Kenngröße auf die jeweilige Nennkapazität begrenzt. Insgesamt stellen aber die Nutzeinheiten mit der Summe ihrer jeweiligen Einzelnennkapazitäten eine Bruttokapazität bereit, die größer als die nominelle Nennkapazität der zumindest einen Kenngröße ist. Hierdurch ergeben sich die beschriebenen vorteilhaften Wirkungen in Bezug auf die Verbesserung der Langlebigkeit der Energieliefervorrichtung. Natürlich kann vorgesehen sein, die Energieliefervorrichtung für eine vorbestimmte Zeitdauer mit ihrer Bruttokapazität betrieben wird. Die Zeitdauer kann in einem Bereich von 1 s bis 1 min liegen. Mit anderen Worten kann ein sogenannter Boot-Betrieb vorgesehen sein. Die Summe der Einzelnennkapazitäten stellt also eine Bruttokapazität der Energieliefervorrichtung dar. Die nominelle Nennkapazität stellt eine Nettokapazität dar, wie sie aus Sicht des zumindest einen Geräts von außen nutzbar oder abgreifbar ist. Es ergibt sich bei der Energieliefervorrichtung eine Überkapazität. The invention also includes a method of providing a respective nominal rated capacity of at least one predetermined electrical characteristic in an electrical power delivery device. The respective nominal capacity of the at least one electrical parameter is provided by means of a plurality of utilization units, each of which has a Einzelnennkapazität concerning the respective characteristic. The control device controls the energy exchange between the energy delivery device and the at least one apparatus external device, wherein it limits the energy exchange at least one parameter to the respective nominal capacity. Overall, however, the working units with the sum of their respective individual nominal capacities provide a gross capacity that is greater than the nominal nominal capacity of the at least one characteristic. This results in the advantageous effects described in terms of improving the longevity of the energy delivery device. Of course, it may be provided that the energy delivery device is operated for a predetermined period of time with its gross capacity. The duration may be in the range of 1 s to 1 min. In other words, a so-called boot operation can be provided. The sum of the individual nominal capacities thus represents a gross capacity of the energy delivery device. The nominal nominal capacity represents a net capacity, as it can be used or tapped externally from the point of view of the at least one device. This results in the energy delivery device overcapacity.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Energieliefervorrichtung be- schrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben. The invention also includes further developments of the method according to the invention, which have features as have already been described in connection with the developments of the energy delivery device according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: In the following an embodiment of the invention is described. This shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieliefervorrichtung; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Nutzeinheit der Energieliefervorrichtung von Fig. 1 mit einer Überbrückungsschaltung. Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the energy delivery device according to the invention; Fig. 2 is a schematic representation of a use unit of the power supply device of Fig. 1 with a bridging circuit.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispie- len stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die be- schriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of one another, which each further develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Energieliefervorrichtung 10, die als Energiespeicher oder als reine Energiequelle oder als eine Kombination daraus ausgestaltet sein kann. Die Energieliefervorrichtung 10 kann z.B. als ein Stationärspeicher für elektrische Energie vorgesehen sein. Sie kann z.B. an einem Straßennetz aufgebaut sein. An die Energieliefervorrichtung 10 kann dann zumindest ein Gerät 100, z.B. ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, angeschlossen werden, um mittels eines Energieaustauschs E z.B. eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs aufzuladen. Die Energieliefervorrichtung 10 kann auch für die Verwendung als Mobilbatterie oder Traktionsbatterie oder Solarspeicher vorgesehen sein. Als Traktionsbatterie kann an die Energieliefervorrichtung z.B. eine elektrische Maschine eines Traktionsantriebs angeschlossen sein. Die Energieliefervorrichtung 10 kann im geladenen Zustand mindestens 1 kW elektrische Leistung ausgeben und/oder mindes- tens 1 kWh elektrische Energie liefern. 1 shows an electrical energy delivery device 10, which may be designed as an energy store or as a pure energy source or as a combination thereof. The energy delivery device 10 may be provided, for example, as a stationary storage for electrical energy. You can eg at a Be built road network. At least one device 100, for example an electrically drivable motor vehicle, can then be connected to the energy delivery device 10 in order, for example, to charge a traction battery of the motor vehicle by means of an energy exchange E. The power delivery device 10 may also be intended for use as a mobile or traction battery or solar storage. As traction battery can be connected to the power supply device such as an electric machine of a traction drive. In the charged state, the energy delivery device 10 can output at least 1 kW of electrical power and / or deliver at least 1 kWh of electrical energy.
In der Energieliefervorrichtung 10 können für den Energieaustausch E mehrere Schaltungszweige oder Strings oder Stränge 1 1 vorgesehen sein, wobei in jedem Strang 1 1 jeweils mehrere der Nutzeinheiten 12 zu einer Reihen- Schaltung 13 verschaltet sein können. Die Nutzeinheiten 12 sind also in der Energieliefervorrichtung 10 zusammengefasst, also z.B. in einer Fahrzeug- Traktionsbatterie oder in einem elektrischen Stationärspeicher. Die Energieliefervorrichtung 10 kann ein Gehäuse aufweisen, in welchem die Stränge 1 1 und die Stromschienenanordnung 18 angeordnet sind. In the energy supply device 10, several circuit branches or strings or strands 1 1 can be provided for the energy exchange E, wherein in each strand 1 1 more of the use units 12 can be connected to a series circuit 13. The utilization units 12 are thus combined in the energy delivery device 10, thus e.g. in a vehicle traction battery or in an electrical stationary storage. The energy delivery device 10 may comprise a housing in which the strands 1 1 and the busbar assembly 18 are arranged.
Jede Nutzeinheit 12 kann jeweils einen elektrischen Energiespeicher und/oder eine reine Quelle für elektrische Energie enthalten. Als Energiespeicher kann eine Nutzeinheit z.B. eine elektrochemische Batteriezelle oder ein Batteriezellenmodul mit mehreren Batteriezellen oder einen Kondensator oder eine Kondensatoranordnung mit mehreren Kondensatoren enthalten. Beispiele für Batteriezellen sind solche mit der Technologie Lithium-Ionen, Blei, Solid-State/Festkörper. Beispiele für geeignete Kondensatoren sind Doppelschichtkondensatoren (sog. Supercaps (R) ) mit einer Kapazität von bevorzugt mindestens 1 mF insbesondere mindestens 100mF). Beispiele für eine reine Quelle sind jeweils einen Brennstoffzelle und eine Solarzelle. Als Energiequelle kann eine Nutzeinheit 12 z.B. eine Brennstoffzelle oder einen Brennstoffzellenstapel oder eine Solarzelle oder ein Solarpanel oder einen Generator z.B. eines Kraftwerks (z.B. eines Pumpspeicherkraftwerks) enthalten. Eine Nutzeinheit 12 kann zur Stromerhöhung auch eine Parallelschal- tung von z.B. mehreren Batteriezellen oder Batteriezellenmodulen aufweisen. Each use unit 12 may each contain an electrical energy storage and / or a pure source of electrical energy. As energy storage, a use unit may be e.g. an electrochemical battery cell or a battery cell module with a plurality of battery cells or a capacitor or a capacitor arrangement with a plurality of capacitors. Examples of battery cells are those with the technology lithium-ion, lead, solid-state / solid state. Examples of suitable capacitors are double-layer capacitors (so-called supercaps (R)) having a capacity of preferably at least 1 mF, in particular at least 100mF). Examples of a pure source are each a fuel cell and a solar cell. As an energy source, a use unit 12 may be used e.g. a fuel cell or a fuel cell stack or a solar cell or a solar panel or a generator e.g. a power plant (e.g., a pumped storage power plant). A utilization unit 12 may also be provided with a parallel circuit of e.g. have multiple battery cells or battery cell modules.
Innerhalb jedes Strangs 1 1 ist die verwendete Technologie der Nutzeinheiten 12 einheitlich, d.h. es sind z.B. nur Batteriemodule oder nur Solarzellen vor- gesehen. Jeder Strang 1 1 weist also Nutzeinheiten 12 gleicher Technologie auf, also z.B. als Batteriezellenmodul jede einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Aber es können gemischte Technologien durch unterschiedliche Stränge 1 1 bereitgestellt sein. Hierdurch kann die Energieliefervorrichtung an einen Einsatzzweck oder an eine benötigtes Betriebsprofil angepasst sein. Z.B. können für den Einsatz der Energieliefervorrichtung 10 im Kraftfahrzeug als Traktionsbatterie z.B. zwei Stränge unterschiedlicher Technologie vorgesehen sein, z.B. mit einer Aufteilung der Anzahl der Nutzeinheiten 12: 80% Energiezellen (große Speicherkapazität), 20% Leistungszellen (teurer, aber größerer Leistungsfluss). Within each string 1 1, the technology used of the utilization units 12 is uniform, ie, for example, only battery modules or only solar cells are present. seen. Each strand 1 1 thus has use units 12 of the same technology, that is, for example, as a battery cell module, each a lithium-ion accumulator. But mixed technologies can be provided by different strands 11. As a result, the energy delivery device can be adapted to a purpose or to a required operating profile. For example, for the use of the energy delivery device 10 in the motor vehicle as a traction battery, for example, two strands of different technology may be provided, eg with a breakdown of the number of use units 12: 80% energy cells (large storage capacity), 20% power cells (more expensive, but larger power flow).
Pro Strang 1 1 können, wie in Fig. 1 gezeigt, zusätzlich zu der Reihenschaltung 13 aus Nutzeinheiten 12 noch vorgesehen sein: ein Gleichspannungswandler 14, jeweils eine mechanische Schalteinheit 15 an den Strangenden 1 1 ', eine Messeinrichtung 16 für eine Strangstromstärke I und/oder eine Spannungsmesseinrichtung zum Erfassen einer Summenspannung oder Strangspannung U des Stranges 1 1 . 1, as shown in FIG. 1, in addition to the series circuit 13 of utilization units 12, a DC-DC converter 14, in each case a mechanical switching unit 15 at the strand ends 11 ', a measuring device 16 for a strand current I, and / or a voltage measuring device for detecting a sum voltage or phase voltage U of the strand 1 1.
Jeder Gleichspannungswandler 14 kann in an sich bekannter Weise ausge- staltet sein. Allgemein kann der Gleichspannungswandler ein Hochsetzsteller oder Tiefsetzsteller oder ein Inverswandler sein. Jeder Gleichspannungswandler 14 kann insbesondere ein Tiefsetzsteller sein. Jede Schalteinheit 15 kann mechanisch schaltend ausgestaltet sein und ist insbesondere galvanisch trennfähig. Jede Schalteinheit 15 kann mehrere ON/OFF-Schütze oder (wie in Fig. 1 gezeigt) einen als Wechselschalter ausgestaltetes Schütz aufweisen (1 -zu-N-Multiplexer). Mittels jeder Schalteinheit 15 kann das jeweilige Strangende 1 1 ' galvanisch mit Stranganschlüssen 17 abwechselnd verbunden und getrennt werden. Jeder Stranganschluss 17 stellt einen elektrischen Anschluss zu einer Stromschiene 18' dar. Die Stromschienen 18' insgesamt bilden eine Stromschienenanordnung 18 aus unabhängigen Stromschienen 18'. Jeder Stranganschluss 17 eines Strangs 1 1 kann dabei mit einer anderen Stromschiene 18' der Stromschienenanordnung 18 verbunden sein. Pro Strangende 1 1 ' (Plus-Pol und Minus-Pol) können also mehrere Stranganschlüsse 17 vorgesehen sein, um den Strang 1 1 an mehrere unterschiedli- che Stromschienen 18' der Stromschienenanordnung 18 abwechselnd zu verbinden oder von jeder Stromschiene 18' galvanisch zu trennen. Durch Öffnen der beiden Schalteinheiten 15 eines Strangs 1 1 kann dieser somit galvanisch entkoppelt werden und im laufenden Betrieb der Energieliefervorrichtung 10 auch ausgetauscht werden. Jeder Strang 1 1 kann mittels der Reihenschaltung 13 eine — Summenspannung oder Gleichspannung U an den Stranganschlüssen 17 bereitstellen. Die Gleichspannung U kann eine Gleichspannung (HV) sein, die mehr als 60V, insbesondere mehr als 100V betragen kann. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Gleichspannung U im Bereich von 8V bis 60V liegt. Zwischen zwei Stromschienen 18' liegt somit eine Gleichspannung an, wenn ein Strang 1 1 galvanisch mit ihnen verbunden ist. Jeder Strang 1 1 kann dazu mittels seiner Schalteinheiten 15 abwechselnd mit jeweils einem Paar aus Stromschienen 18 galvanisch verbunden werden. Der Strang 1 1 kann mittels der Schalteinheiten 15 abwechselnd mit jeweils einem Stromschienen-Paar galvanisch verschaltet werden, indem jeweils ein Stangende 1 1 ' an eine Stromschiene 18' des Stromschienenpaars verbunden wird, sodass die Gleichspannung U an dem Stromschienen-Paar abfällt. Each DC-DC converter 14 can be designed in a manner known per se. In general, the DC-DC converter can be a boost converter or buck converter or an inverse converter. Each DC-DC converter 14 may in particular be a buck converter. Each switching unit 15 may be designed mechanically switching and is in particular galvanically separable. Each switching unit 15 may include a plurality of ON / OFF contactors or (as shown in FIG. 1) a contactor configured as a toggle switch (1-to-N multiplexer). By means of each switching unit 15, the respective strand end 1 1 'can be alternately connected and disconnected galvanically with strand connections 17. Each strand connection 17 constitutes an electrical connection to a busbar 18 '. The busbars 18' as a whole form a busbar arrangement 18 of independent busbars 18 '. Each strand connection 17 of a strand 1 1 can be connected to another busbar 18 'of the busbar assembly 18. Per strand end 1 1 '(positive pole and negative pole) can thus be provided several strand 17 connections to alternately connect the strand 1 1 to a plurality of different busbars 18' of the busbar assembly 18 or galvanically separated from each busbar 18 ' , By opening the two switching units 15 of a strand 1 1, this can thus be galvanically decoupled and also replaced during operation of the energy delivery device 10. Each strand 1 1 can provide a sum voltage or DC voltage U at the strand connections 17 by means of the series circuit 13. The DC voltage U may be a DC voltage (HV), which may be more than 60V, in particular more than 100V. However, it can also be provided that the DC voltage U is in the range of 8V to 60V. Between two bus bars 18 'is thus a DC voltage when a strand 1 1 is galvanically connected to them. Each strand 1 1 can be galvanically connected by means of its switching units 15 alternately with a respective pair of bus bars 18. The strand 1 1 can be galvanically connected by means of the switching units 15 alternately with a pair of busbars by a respective rod end 1 1 'is connected to a busbar 18' of the pair of busbars, so that the DC voltage U drops on the busbar pair.
Die Messeinheit 16 kann auch die besagte Gesamtspannungsmessung über den String 1 1 vorsehen, um die Gleichspannung U zu erfassen. Die Messeinheit 16 ist dazu bevorzugt dem Gleichspannungswandler 14 nachgeschaltet, wie in Fig. 1 dargestellt, um eine Spannungsregelung mittels des Gleich- spannungswandlers 14 zu ermöglichen. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 noch erläutert werden wird, ist noch eine Einzelspannungsmessung in jeder Nutzeinheit 12 vorgesehen. The measuring unit 16 may also provide said total voltage measurement across the string 1 1 to detect the DC voltage U. For this purpose, the measuring unit 16 is preferably connected downstream of the DC-DC converter 14, as shown in FIG. 1, in order to enable a voltage regulation by means of the DC voltage converter 14. As will be explained in connection with FIG. 2, a single voltage measurement is still provided in each use unit 12.
Über die Stromschienenanordnung 18 kann das zumindest eine Gerät 100 mit den Strängen 1 1 verbunden werden. Durch die Stromschienen 18' der Stromschienenanordnung 18 ist somit eine Stromschienenmatrix gebildet, über die wahlweise zumindest ein ausgewählter Strang 1 1 mit einem ausgewählten Gerät 100 elektrisch verbunden werden kann, während zugleich ein anderes Gerät mit zumindest einem anderen Strang 1 1 elektrisch verbunden werden kann. Die Geräte bleiben dabei galvanisch voneinander getrennt. About the busbar assembly 18, the at least one device 100 can be connected to the strands 1 1. By busbars 18 'of the busbar assembly 18 thus a bus bar matrix is formed, via which optionally at least one selected strand 1 1 can be electrically connected to a selected device 100, while at the same time another device with at least one other strand 1 1 can be electrically connected. The devices remain galvanically separated from each other.
Welcher Strang 1 1 mit welcher Stromschiene 18' elektrisch verbunden wird, kann durch eine Steuereinrichtung 19 festgelegt werden. Die Steuereinrichtung 19 kann hierzu einen jeweiligen Energiebedarf und/oder einen jeweili- gen Leistungsbedarf des zumindest einen angeschlossenen Geräts 100 ermitteln und dann zumindest einen Strang 1 1 auswählen, mittels welchem dem Bedarf entsprochen werden kann. Den Bedarf kann das Gerät 100 selbst z.B. über eine Kommunikationsschnittstelle mitteilen oder er kann z.B. als ein fest vorgegebener Wert in der Steuereinrichtung 19 gespeichert sein. Die Steuereinrichtung 19 kann dann die Schalteinheiten 15 jedes ausgewählten Strangs 1 1 mit den Stromschienen 18' verbinden, die zu dem angeschlossenen Gerät 100 führen. Es kann jeweils eine weitere Schalteinheit 15' zwischen je zwei Strängen 1 1 vorgesehen sein, um zwei Stränge 1 1 in Reihe zu schalten und somit deren Strangspannung zu addieren. Damit kann zwischen zwei Stromschienen 18' auch ein größere Spannung bereitgestellt werden, als sie von einem einzelnen Strang 1 1 erzeugt werden kann. Which strand 1 1 is electrically connected to which busbar 18 'can be determined by a control device 19. For this purpose, the control device 19 can determine a respective energy requirement and / or a respective power requirement of the at least one connected device 100 and then select at least one line 11 by means of which the demand can be met. The device 100 may itself communicate the requirement via a communication interface, for example, or it may be stored in the control device 19 as a fixed value, for example. The controller 19 may then connect the switching units 15 of each selected string 1 1 to the bus bars 18 'leading to the connected device 100. It can be provided in each case a further switching unit 15 'between each two strands 1 1 to switch two strands 1 1 in series and thus to add their strand voltage. Thus, between two bus bars 18 ', a greater voltage can be provided than can be generated by a single strand 1 1.
Die Stromschienen 18' können jeweils paarweise mit einem Ausgangsan- schluss 20 verbunden sein, an welchem jeweils ein Gerät 100 angeschlossen sein kann. Die Verbindungen der Stromschienen 18' mit den einzelnen elektrischen Kontakten der Ausgangsanschlüsse 20 sind in Fig. 1 durch korrespondierende Beschriftungen 1 +, 2+, 3+, 1 -, 2-, 3-, wobei„+" für Plus- Potential und„-" für Minus-Potential oder Masse-Potential stehen kann. Die Bezeichnungen symbolisieren drei mögliche Stromschienenpaare 1 +,1 - und 2+, 2- und 3+, 3-, wobei durch eine weitere, nicht dargestellte Schalteinrichtung auch die elektrischen Kontakte der Ausgangsanschlüsse 20 abwech- selnd mit unterschiedlichen der Stromschienen 18' verbindbar ausgestaltet sein können. Die Ausgangsanschlüsse 20 können dabei stets untereinander galvanisch getrennt bleiben, solange jede Stromschiene 18' eines Anschlusses 20 mit einem anderen Strang 1 1 galvanisch verbunden ist. Hierbei kann auch ein gleichzeitiges Laden und Entladen unterschiedlicher Stränge 1 1 vorgesehen sein, um z.B. ein Gerät 100 nacheinander mit elektrische Energie aus unterschiedlichen Strängen 1 1 zu versorgen, die zwischendurch wieder aufgeladen werden. Z.B. kann ein Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs (oder allgemein eines Geräts) über ein Stromschienen- Paar mit einer Ausgangsspannung von z.B. 400V erfolgen, während gleichzeitig das Aufladen anderer Stränge 1 1 z.B. über einen Transformator 21 bei einer Ladespannung von z.B. 800 V aus einem Versorgungsnetz 22 oder aus einer anderen vorrichtungsexternen Energiequelle erfolgen kann. Der Transformator 21 kann an einem Eingangsanschluss 23 der Einergieliefervorrich- tung 10 angeschlossen sein. Sind die Stränge 1 1 nicht für diese Ladespannung ausgelegt, können sie mittels der Schalteinheit 15' in Reihe zu einer Serienschaltung verschaltet werden. Die galvanische Trennung erfolgt durch die Nutzung unterschiedlicher Stromschienen 18' für die jeweiligen Stränge 1 1 und/oder jede Spannungsebene (Ausgangsspannung und Ladespannung, z.B. 400V und 800V). The busbars 18 'may each be connected in pairs to an output terminal 20, to each of which a device 100 may be connected. The connections of the bus bars 18 'to the individual electrical contacts of the output terminals 20 are shown in Fig. 1 by corresponding labels 1 +, 2+, 3+, 1 -, 2-, 3-, where "+" for positive potential and " - "can stand for negative potential or ground potential. The designations symbolize three possible pairs of busbars 1 +, 1 - and 2+, 2- and 3+, 3-, wherein the electrical contacts of the output terminals 20 alternately configured with different of the busbars 18 'connectable by another, not shown switching device could be. The output terminals 20 can always remain electrically isolated from each other, as long as each busbar 18 'of a terminal 20 is electrically connected to another strand 1 1. In this case, a simultaneous charging and discharging different strands 1 1 may be provided, for example, to supply a device 100 successively with electrical energy from different strands 1 1, which are recharged in between. For example, a charging of an electric vehicle (or generally a device) via a pair of busbars with an output voltage of 400V, for example, while charging other strands 1 1 eg via a transformer 21 at a charging voltage of eg 800 V from a supply network 22 or can be done from another device external energy source. The transformer 21 may be connected to an input terminal 23 of the energy supply device 10. If the strings 1 1 are not designed for this charging voltage, they can be connected in series to form a series circuit by means of the switching unit 15 '. The galvanic isolation is carried out by the use of different bus bars 18 'for the respective strands 1 1 and / or each voltage level (output voltage and charging voltage, eg 400V and 800V).
Durch die Stränge 1 1 kann auch eine Leistungskonzentration erfolgen, in- dem an dem Eingangsanschluss 23 eine Energiequelle, z.B. eine Solaranlage, mit einer ersten Leistung Energie in zumindest einen Strang 1 1 einspeist und anschließend der Strang 1 1 diese Energie mit einer zweiten Leistung, die größer als die erste Leistung ist, an ein an einen Ausgangsanschluss 20 angeschlossenes Gerät 100 wieder abgibt. A power concentration can also be achieved by the strands 1 1, in that at the input connection 23 a power source, e.g. a solar system, with a first power feeds energy into at least one strand 1 1 and then the strand 1 1 this energy with a second power that is greater than the first power, to a device connected to an output terminal 20 device 100 again.
Als Stationärspeicher kann die Energieliefervorrichtung 10 optional für den Eingangsanschluss 23 eine modular aufgebaute AC/DC-Wandleranordnung 24 mit mehreren AC/DC-Wandlern 24' aufweisen, die individuell zwischen den Stromschienen 18' mittels einer Schalteinheit 25 umgeschaltet werden können, um auf einer Stromschiene 18' eine vorbestimmte Stromstärke und/oder Ladespannung für einen Ladestrom bereitstellen zu können oder auch den jeweiligen AC/DC-Wandlern 24' galvanisch von der Stromschienenanordnung 18 trennen zu können. Mittels weiterer Schalteinheiten 26 ist auch eine galvanische Trennung von dem Eingangsanschluss 23 möglich. Die Schalteinheiten 25, 26 können jeweils durch ein Schütz gebildet sein. Die Schalteinheiten 25, 26 können durch die Schalteinrichtung 19 gesteuert werden. Durch Öffnen der beiden Schalteinheiten 25, 26 eines AC/DC- Wandlers 24' kann dieser somit galvanisch entkoppelt werden und im laufenden Betrieb der Energieliefervorrichtung 10 auch ausgetauscht werden. Die Schalteinheiten 25, 26 stellen somit Entkopplungsschalter dar. Die AC/DC-Wandler 24' können galvanisch trennend ausgestaltet sein. Die AC/DC-Wandleranordnung 24 muss aber nicht unbedingt galvanisch trennende AC/DC-Wandler 24' aufweisen. Andere Wandler sind günstiger. Die galvanische Trennung kann jederzeit mittels der mechanischen Schalter der Stränge sichergestellt werden. As a stationary storage device, the energy delivery device 10 can optionally have a modular AC / DC converter arrangement 24 with a plurality of AC / DC converters 24 'for the input connection 23, which can be individually switched between the busbars 18' by means of a switching unit 25, on a busbar 18 'to provide a predetermined current and / or charging voltage for a charging current or the respective AC / DC converters 24' galvanically separated from the busbar assembly 18 can. By means of further switching units 26, a galvanic isolation from the input terminal 23 is possible. The switching units 25, 26 may each be formed by a contactor. The switching units 25, 26 can be controlled by the switching device 19. By opening the two switching units 25, 26 of an AC / DC converter 24 ', this can thus be galvanically decoupled and also be replaced during operation of the energy delivery device 10. The switching units 25, 26 thus represent decoupling switches. The AC / DC converters 24 'can be designed to be galvanically isolating. However, the AC / DC converter arrangement 24 need not necessarily have galvanically isolating AC / DC converters 24 '. Other converters are cheaper. The galvanic isolation can be ensured at any time by means of the mechanical switches of the strings.
An den Eingangsanschluss 23 anstelle des Versorgungsnetzes 22 eine netzautarke Energiequelle, wie z.B. ein Notstromaggregat oder eine Windkraftanlage, angeschlossen sein. Anders herum kann auch die Energieliefer- Vorrichtung 10 selbst netzbildend wirken, d.h. es kann ein gegenüber anderen an den Eingangsanschluss angeschlossenen Geräten eine Netzfrequenz vorgeben. Dies ist insbesondere für den Einsatz der Energieliefervorrichtung 10 in einer Region ohne eigenes Versorgungsnetz 22 vorteilhaft. Es können AC-Geräte ohne Anpassung wie an einem öffentlichen Versorgungsnetz betrieben werden. Das Gegenteil zum netzbildenden Betrieb ist der netzfolgende Betrieb, d.h. es wird auf eine vorgegebene Netzfrequenz aufsynchronisiert. Zum Schalten der Schalteinheiten 15, 15', 25, 26 und der Nutzeinheiten 12 sowie zum Empfangen von Daten aus den Nutzeinheiten 12 kann die Steuereinrichtung 19 mit diesen Komponenten über eine Kommunikationseinrichtung 27 gekoppelt sein. Die Kommunikationseinrichtung 27 kann z.B. einen Kommunikationsbus umfassen, z.B. einen CAN-Bus (CAN - Controller Area Network), oder ein Ethernet. To the input terminal 23 instead of the supply network 22, a network-autonomous power source, such as an emergency generator or a wind turbine to be connected. On the other hand, the energy delivery device 10 itself can also have a network-forming effect, ie it can specify a network frequency with respect to other devices connected to the input connection. This is advantageous in particular for the use of the energy delivery device 10 in a region without its own supply network 22. It can AC devices without adaptation as on a public utility network operate. The opposite of the network-forming operation is the network-following operation, ie it is synchronized to a predetermined network frequency. For switching the switching units 15, 15 ', 25, 26 and the use units 12 and for receiving data from the use units 12, the control device 19 may be coupled to these components via a communication device 27. The communication device 27 may comprise, for example, a communication bus, for example a CAN bus (CAN - Controller Area Network), or an Ethernet.
Die Steuereinrichtung 19 akkumuliert somit allgemein Wissen darüber, was wie geschaltet werden kann, also z.B. welche Stromschiene 18' auf weichen String 1 1 geschaltet werden kann. Die Steuereinrichtung 19 kann zumindest teilweise als eine zentrale Steuereinrichtung für alle Stränge 1 1 und/oder zumindest teilweise als verteilte Steuereinrichtung pro Strang 1 1 ausgestaltest sein. Sie kann eine Prozessoreinrichtung mit zumindest einem Mikrocon- troller und/oder zumindest einem Mikroprozessor aufweisen. Ein Betriebsprogramm der Prozessoreinrichtung kann dazu eingerichtet sein, bei Ausfüh- ren durch die Prozessoreinrichtung die beschriebenen Verfahrensschritte zum Betreiben der Energieliefervorrichtung 10 durchzuführen. The controller 19 thus generally accumulates knowledge of what can be switched as, e.g. which busbar 18 'on soft string 1 1 can be switched. The control device 19 may be at least partially ausgestaltest as a central control device for all strands 1 1 and / or at least partially as a distributed control device per strand 1 1. It may have a processor device with at least one microcontroller and / or at least one microprocessor. An operating program of the processor device can be set up to execute the described method steps for operating the energy delivery device 10 when executed by the processor device.
Optional können Kondensatoren 30, 31 (insbesondere Doppelschichtkondensatoren) an den Ausgangsanschlüssen 20 und/oder am Eingangsan- schluss 23 vorgesehen sein, um Lastspitzen zu puffern. Durch die Nutzeinheiten 12 können damit bei Lastspitzen / Peaks (im Bereich z.B. bis zu einer Dauer von z.B. 3s oder 5s) schonender betrieben werden, da die Lastspitze gedämpft wird. Eine Lastspitze kann eine elektrische Leistung größer als eine Summe der Einzelnennleistungen der zugeschalteten Nutzeinheiten 12 sein, insbesondere eine Leistung größer als das 1 ,2-fache der Summe. Optionally, capacitors 30, 31 (in particular double-layer capacitors) may be provided at the output terminals 20 and / or at the input terminal 23 in order to buffer load peaks. The utilization units 12 can thus be operated more gently at load peaks / peaks (in the range, for example, up to a duration of, for example, 3 s or 5 s), since the load peak is damped. A peak load may be an electrical power greater than a sum of the individual rated powers of the switched-on use units 12, in particular a power greater than 1, 2 times the sum.
Für einen Umschaltvorgang an den Stromschienen 18' kann eine Umladeschaltung oder Begrenzungsschaltung 32 (Schalter und Widerstandselement) in Reihe zum jeweiligen Kondensator 30, 31 geschaltet sein, um einen Kondensatorstrom über das Widerstandselement zu führen, wodurch die Stromstärke des Kondensatorstroms auf einen vorbestimmten Höchstwert begrenzt wird. Die Begrenzungsschaltung 32 kann für das Laden und Entladen des jeweiligen Kondensators 30, 31 genutzt werden. Ein Kondensator 30, 31 mit seiner Begrenzungsschaltung 32 stellt eine Kondensatoreinrichtung dar. Die Begrenzungsschaltung 32 stellt also eine Vorladeschaltung dar. For a switching operation on the bus bars 18 ', a recharging circuit or limiting circuit 32 (switch and resistive element) may be connected in series with the respective capacitor 30, 31 to conduct a capacitor current across the resistive element, limiting the current strength of the capacitor current to a predetermined maximum , The limiting circuit 32 can be used for charging and discharging the respective capacitor 30, 31. A capacitor 30, 31 with its limiting circuit 32 represents a capacitor device. The limiting circuit 32 thus represents a Vorladeschaltung.
Eine Kühlung der Stränge 1 1 (insbesondere der Nutzeinheiten 12 in den Strängen 1 1 ) kann z.B. in einem Regal durch Anordnung einer Kühlebene unter der Strang-Ebene vorgesehen sein. Cooling of the strands 11 (in particular of the utilization units 12 in the strands 11) can be carried out, for example. be provided on a shelf by arranging a Kühlebene below the strand level.
Jede Stromschiene 18' kann aus Aluminium oder Kupfer sein. Aluminium ist der preisgünstigere Werkstoff und leichter als Kupfer. Aluminium generiert durch einen spezifischen Widerstand Verlustleistung (und zwar mehr als Kupfer), woraus Heizleistung für eine Temperierung der Nutzeinheiten 12 (insbesondere Batteriezellen) generiert werden kann, die über eine thermische Kopplung, z.B. einen Kühlkreislauf, von den Stromschienen 18' zu den Nutzeinheiten 12 übertragen werden kann. Each bus bar 18 'may be made of aluminum or copper. Aluminum is the cheaper material and lighter than copper. Aluminum generates power losses (more than copper) through a specific resistance, from which heating power can be generated for a temperature control of the utilization units 12 (in particular battery cells), which are connected via a thermal coupling, e.g. a cooling circuit, can be transmitted from the busbars 18 'to the Nutzzeinheiten 12.
Bei einer Stromaufteilung bei mehreren Strängen 1 1 an einer Stromschiene 18' kann durch Stellen / Regeln der einzelnen Strangströme I über den Gleichspannungswandler 14 des Strangs 1 1 die Stromstärke I angepasst werden, z.B. angeglichen oder dynamisch verlagert werden. So kann z.B. das Aufteilen der benötigten Gesamtstromstärke für das Gerät 100 auf N Stränge 1 1 aufgeteilt werden, z.B. N=3, und jeder Strang 1 1 eine eigens für ihn eingestellte Stromstärke I erzeugen, z.B. bei N=3: 50%, 25%, 25%. In a current distribution at several strands 1 1 on a power rail 18 'can be adjusted by setting / controlling the individual phase currents I via the DC-DC converter 14 of the strand 1 1, the current I, for. aligned or dynamically relocated. Thus, e.g. splitting the required total current for the device 100 into N strands 1 1, e.g. N = 3, and each string 1 1 generate a current I set especially for it, e.g. at N = 3: 50%, 25%, 25%.
Hierdurch kann die im jeweiligen Strang 1 1 verfügbare Technologie der Nutzeinheiten 12 berücksichtigt werden, so dass die Nutzeinheiten 12 innerhalb ihrer Spezifikation betrieben werden. Da die elektrischen Spannungen U ermittelt werden können, kann mittels des Gleichspannungswandlers 14 dann der Strom I gestellt werden, damit z.B. Ausgleichströme zwischen den Strängen 1 1 fließen, die kleiner als ein Schwellenwert sind. So kann z.B. sichergestellt werden, dass im Falle von Batterien pro Batteriezelle ein Strom I von bis zu 300-400 A nur für 15 s, aber ein Dauerstrom nur bis 150 A fließt. Jeder Strang 1 1 kann also mit einer eigenen Betriebsstrategie betrieben werden, angepasst an dessen Technologie. Eine geeignete Stromstärke I kann mittels des Gleichspannungswandlers 14 eingestellt werden. As a result, the technology of the utilization units 12 available in the respective section 11 can be taken into account so that the utilization units 12 are operated within their specification. Since the electrical voltages U can be determined, the current I can then be set by means of the DC-DC converter 14, so that e.g. Balance currents flow between the strands 1 1, which are smaller than a threshold value. Thus, e.g. ensure that in the case of batteries per battery cell, a current I of up to 300-400 A flows only for 15 s, but a continuous current only up to 150 A. Each strand 1 1 can thus be operated with its own operating strategy, adapted to its technology. A suitable current intensity I can be set by means of the DC-DC converter 14.
Zusätzlich oder alternativ kann in Abhängigkeit von der Leitungslänge 28 der Stromschienenabschnitte, die von einem Strang 1 1 zu einem Ausgangsan- schluss 20 führen (also zu einem Verbraucher), die Stromstärke I des jeweiligen Stranges 1 1 mittels dessen Gleichspannungwandlers 14 durch die Steuereinrichtung 19 eingestellt werden, um die Aufteilung der StromstärkenAdditionally or alternatively, depending on the line length 28 of the busbar sections, which lead from a strand 1 1 to an output terminal 20 (ie to a consumer), the current intensity I of the respective strand 1 1 by means of the DC voltage converter 14 through the Control device 19 can be adjusted to the division of the currents
I bei mehreren parallel geschalteten Strängen 1 1 in Abhängig von der Leitungslänge 28 und in Abhängigkeit von den folglich resultierenden Verlusten einzustellen, damit die Verluste optimiert (z.B. minimiert oder zum Heizen maximiert) und/oder örtlich aufgeteilt werden können. Ein Strang 1 1 mit kürzerer Leitungslänge 28 der Zuleitung über die Stromschienen 18' kann für die Minimierung eine größere Stromstärke I zugewiesen bekommen als ein Strang 1 1 mit längerer Leitungslänge 28. Somit wird die Auswirkung unterschiedlicher Leitungslängen kompensiert. Die Stromstärke I kann auch in Abhängigkeit von einer aktuellen Temperatur der Leitungsabschnitte eingestellt werden. Durch ein solches Leistungsmanagement kann der Nachteil des höheren spezifischen Widerstands von Aluminium kompensiert werden durch Vorgeben und Anpassen der Stromstärke auf einzelnen Leitungsabschnitten. Depending on the length of the line 28 and depending on the losses resulting therefrom, it is possible to set I in the case of several strings 1 1 connected in parallel so that the losses can be optimized (for example minimized or maximized for heating) and / or localized. A strand 1 1 with shorter line length 28 of the supply line over the busbars 18 'can be assigned to minimize a greater current I than a strand 1 1 with longer line length 28. Thus, the effect of different line lengths is compensated. The current intensity I can also be set as a function of a current temperature of the line sections. Such power management can compensate for the disadvantage of higher aluminum resistivity by setting and adjusting the current on individual line sections.
Bei Bedarf können durch die Steuereinrichtung 19 somit zusammenfassend die Stränge 1 1 mit der aktuell benötigten Eigenschaft an die verwendeten Stromschienen 18 geschaltet werden, die zu dem Ausgangsanschluss 20 führen, an dem die Leistung durch ein angeschlossenes Gerät 100 abgegrif- fen wird. Jeden Strang 1 1 kann man nach Bedarf mittels seiner Schalteinheiten 15 einkoppeln. Jeder Strang 1 1 kann einzeln entleert / geladen werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Wirkungsgradoptimierung für den Gleichspannungswandler 14 innerhalb des Strangs 1 1 durchgeführt werden, indem seine Eingangsspannung durch Auswählen und Zuschalten von Nutz- einheiten 12 eingestellt wird. Der Gleichspannungswandler 14 jedes StrangsIf required, by means of the control device 19, it is thus possible in summary to connect the strands 11 with the currently required property to the busbars 18 used which lead to the output connection 20, at which the power is picked up by a connected device 100. Each strand 1 1 can be coupled as needed by means of its switching units 15. Each strand 1 1 can be emptied / loaded individually. In addition or as an alternative, an efficiency optimization for the DC-DC converter 14 within the string 1 1 can be carried out by setting its input voltage by selecting and connecting useful units 12. The DC-DC converter 14 of each string
I I kann somit zwei Aufgaben erfüllen. Er begrenzt den Strangstrom I auf einen vorgebbaren Sollwert, damit Nutzeinheiten 12 gemäß ihrer vorgegebenen Spezifikation (Betriebsgrenzen) betrieben werden können. Die Spannung U des Strangs 1 1 kann an die Stromschienenspannung angeglichen werden. So können die Ausgleichsströme zwischen mehrerer Stränge 1 1 vermindert werden. Zusätzlich stellt der Gleichspannungswandler 14 sicher, dass an den Stranganschlüssen 17 eine vorgegebene Sollspannung anliegt, unabhängig von der Anzahl der im Strang 1 1 aktiv betriebenen Nutzeinheiten 12. I I can thus fulfill two tasks. It limits the phase current I to a predefinable setpoint so that useful units 12 can be operated according to their specified specification (operating limits). The voltage U of the strand 1 1 can be adjusted to the busbar voltage. Thus, the equalizing currents between several strands 1 1 can be reduced. In addition, the DC-DC converter 14 ensures that a predetermined setpoint voltage is applied to the strand connections 17, regardless of the number of use units 12 actively operated in the strand 11.
Eine Strommessung 16 für den Strangstrom I kann in der beschriebenen Weise zentral in der Messeinheit 16 im Strang 1 1 erfolgen und ist ohnehin für die Regelung des Gleichspannungswandlers 14 nötig. Die zentrale Steuereinrichtung kann auch innerhalb jedes Strangs 1 1 diesen individuell rekonfigurieren, d.h. Nutzeinheiten 12 in der Reihenschaltung 13 des Strangs 1 1 zu- und abschalten. Falls z.B. die Strangspannung U kleiner ist als eine benötigte Schienenspannung der zugeschalteten Stromschienen 18', können mehr Nutzeinheiten 12 in der Reihenschaltung 13 des Strangs 1 1 zugeschaltet werden. Dies kann mittels Halbleiterschaltern (z.B. Transistoren) derart schnell erfolgen, dass es in einer Schaltpause des Gleichspannungswandlers 14 erfolgen kann. In Fig. 2 ist hierzu gezeigt, wie jede Nutzeinheit 12 durch eine individuelle Schalteinrichtung N10 elektrisch überbrückt, elektrisch isoliert und/oder entladen werden kann. Hierzu sind in der besagten Weise Halbleiterschalter T (Transistoren) vorgesehen. Jede Nutzeinheit 12 kann als Funktionen vorsehen: ein Bridging / eine Überbrückungsschaltung N1 1 , eine Diagnoseeinheit N12, ein (insbesondere passives) Loadbalancing / eine Entladeschaltung N13, eine Entkopplung/Trennschaltung N14. Ein Halbleiterschalter T muss nur eine Niedervoltspannung sperren können, z.B. 2x Einzelspannung V der Nutzeinheit 12. Das Loadbalancing kann auch in bekannter Weise aktiv erfolgen (sogenanntes aktives Loadbalancing). Zusätzlich zum Schalter für die Trennschaltung N14 kann auch für den zweiten, gegenüberliegenden Pol ein weiterer Schalter vorgesehen sein (allpoliges Schalten). Die Diagnoseeinheit N12 kann in bekannter Weise für eine Zellanalyse, z.B. eine Impedanzmessung mittels z.B. Impedanzspektroskopie, ausgestaltet sein. Die Diagnoseeinheit N12 kann hierzu pro Nutzeinheit 12 für eine Impedanzspektralana- lyse (0Hz bis z.B. 3kHz), einen Messstrom Γ und eine Einzelspannung V bei mehreren Frequenzen f ermitteln, was den Impedanzverlauf über der Frequenz f ergibt. Dies stellt ein Impedanzspektrum dar. Die Diagnoseeinheit N12 kann einen aktuellen Zustandswert 29 eines Messstroms Γ und/oder der Einzelspannung V und/oder der gemessenen Impedanz über die Kommuni- kationseinrichtung 27 an die Steuereinrichtung 19 signalisieren. Mit dem Begriff „Impedanz" ist im Zusammenhang mit der Erfindung ein Impedanzwert bei einer vorbestimmten Frequenz, z.B. 0Hz, oder ein Impedanzverlauf über der Frequenz f gemeint. Mehrere Frequenzen können in einem Fre- quenzsweep mit einer schrittweisen Erhöhung oder Verringerung überprüft werden. Alternativ dazu kann eine Multifrequenzanregung bei mehreren Frequenzen zugleich vorgesehen sein. Die Multifrequenzanregung kann z.B. als Multisinusanregung oder als Rechtecksignal oder als Sprungsignal ausgestaltet sein. Jede Nutzeinheit 12 kann so individuell überwacht werden z.B. in Bezug auf ihren SoH (State of Health - Verschleißzustand) und/oder SoC (State of Charge - Energielieferkapazität) und/oder SoF (State of Function - Leistungsfähigkeit, Leistungsabgabefähigkeit). Die Kenngrößen SoH und SoC und SoF sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. A current measurement 16 for the phase current I can be done in the manner described centrally in the measuring unit 16 in the strand 1 1 and is anyway necessary for the regulation of the DC-DC converter 14. The central control device can also individually reconfigure this within each strand 1 1, ie, turn on and off useful units 12 in the series circuit 13 of the strand 1 1. If, for example, the strand voltage U is smaller than a required rail voltage of the switched-on conductor rails 18 ', more use units 12 can be connected in the series circuit 13 of the strand 11. This can be done so fast by means of semiconductor switches (eg transistors) that it can take place in a switching pause of the DC-DC converter 14. In FIG. 2 it is shown how each use unit 12 can be electrically bridged, electrically insulated and / or discharged by an individual switching device N10. For this purpose, semiconductor switches T (transistors) are provided in the said manner. Each use unit 12 may provide functions: a bridging / bridging circuit N1 1, a diagnosis unit N12, a (particularly passive) load balancing / discharging circuit N13, a decoupling / separating circuit N14. A semiconductor switch T must be able to block only a low-voltage, for example 2x single voltage V of the utility unit 12. The load balancing can also be active in a known manner (so-called active load balancing). In addition to the switch for the separation circuit N14, a further switch can also be provided for the second, opposite pole (all-pole switching). The diagnostic unit N12 can be designed in a known manner for a cell analysis, for example an impedance measurement by means of, for example, impedance spectroscopy. For this purpose, the diagnostic unit N12 can determine, per use unit 12 for an impedance spectral analysis (0 Hz to eg 3 kHz), a measuring current Γ and a single voltage V at several frequencies f, which results in the impedance curve over the frequency f. This represents an impedance spectrum. The diagnostic unit N12 can signal a current state value 29 of a measuring current Γ and / or the individual voltage V and / or the measured impedance via the communication device 27 to the control device 19. By the term "impedance" is meant in the context of the invention an impedance value at a predetermined frequency, eg 0Hz, or an impedance curve over the frequency f., Several frequencies can be checked in a frequency sweep with a stepwise increase or decrease A multi-frequency excitation can be provided at several frequencies at the same time.The multi-frequency excitation can be designed, for example, as a multisinus excitation or as a rectangular signal or as a jump signal. Each utilization unit 12 can thus be monitored individually, for example with regard to its SoH (state of health) and / or SoC (state of charge) and / or SoF (state of function). The parameters SoH and SoC and SoF are known per se from the prior art.
Unabhänig von der Impedanzmessung kann auch die Einzelspannung V der Nutzeinheit 12 ohne die Wechselspannung der Impedanzmessung gemessen werden. Auch eine Nutzeinheit 12, die überbrückt ist (mittels der Über- brückungschaltung N1 1 ) kann in Bezug auf ihre Einzelspannung V überwacht werden. Vor dem Zuschalten (N14 schließen oder elektrisch leitend schalten) kann die Einzelspannung V der Nutzeinheit 12 mittels des Loadba- lancing N13 individuell angepasst werden. Es kann optional auch eine elektrische Ladeeinheit pro Nutzeinheit 12 vorgesehen sein, die individuell die Nutzeneinheit 12 auch bei offenem Halleiterschalter der Trennschaltung N14 aufladen kann (jede Nutzeinheit 12 kann somit individuell geladen werden). Die Energieversorgung der Ladeeinheit kann z.B. über die Kommunikationseinrichtung 27 erfolgen (z.B. mittels Power-over-Ethernet-Technologie) oder mittels einer galvanisch getrennten Stromversorgungseinheit. Irrespective of the impedance measurement, the individual voltage V of the utilization unit 12 can also be measured without the alternating voltage of the impedance measurement. A utilization unit 12 which is bridged (by means of the bypass circuit N1 1) can also be monitored with respect to its individual voltage V. Before connecting (closing N14 or switching electrically), the individual voltage V of the use unit 12 can be individually adjusted by means of the loadbalancing N13. Optionally, an electrical charging unit per use unit 12 can also be provided, which can individually charge the utility unit 12 even when the semiconductor switch of the disconnecting circuit N14 is open (each use unit 12 can thus be charged individually). The power supply of the charging unit may e.g. via the communication device 27 (for example by means of Power-over-Ethernet technology) or by means of a galvanically isolated power supply unit.
Es kann eine gegenseitige Verriegelung von N1 1 und N14 vorgesehen werden (z.B. software-technisch oder mittels einer Logikschaltung), damit kein Kurzschluss erzeugt wird. Zusätzlich kann eine Temperaturmessung durch die Diagnoseeinheit N12 oder z.B. durch die Steuereinrichtung 19 ein Rückschluss auf die Temperatur aus der Impedanz vorgesehen sein. Mutual interlocking of N1 1 and N14 may be provided (e.g., software-related or by means of a logic circuit) so as not to create a short circuit. In addition, a temperature measurement by the diagnostic unit N12 or e.g. be provided by the controller 19, a conclusion on the temperature of the impedance.
Es besteht somit für die Steuereinrichtung 19 Zugriff auf jede einzelne Nutz- einheit 12 über die Kommunikationseinrichtung 27. Der Zustand jeder Nutzeinheit 12 kann ausgelesen und die Schalteinrichtung N10 jeder Nutzeinheit 12 kann gesteuert werden, insbesondere die Überbrückungsschaltung N1 1 in Kombination mit der Trennschaltung N14. Durch kombiniertes Schalten der Überbrückungsschaltung N1 1 und der Trennschaltung N14 kann eine Nutzeinheit 12 in der Reihenschaltung abwechselnd zugeschaltet und weggeschaltet werden. The status of each use unit 12 can be read out and the switching unit N10 of each use unit 12 can be controlled, in particular the bridging circuit N1 1 in combination with the separation circuit N14. By combining switching of the bypass circuit N1 1 and the isolation circuit N14, a utilization unit 12 in the series circuit can be alternately connected and disconnected.
Auf dieser Grundlage kann der Verschleiß / Zustand jeder Nutzeinheit 12 zentral in der Steuereinrichtung 19 ermittelt werden (z.B. in Form der Impe- danz als Verschleißwert) und der Schaltzustand jeder Nutzeinheit 12 in Abhängigkeit von vom ermittelten Zustand eingestellt werden. Einzelne Nutzeinheiten 12 lassen sich aus dem String 1 1 elektrisch herausnehmen (Überbrücken N1 1 ), hereinnehmen (in Reihe schalten), einzeln entladen (Entlade- widerstand R, Balancingschaltung N13), zeitweise elektrisch trennen (N14 öffnen/elektrisch sperrend schalten) z.B. für die Diagnoseeinheit N12. On this basis, the wear / state of each use unit 12 can be determined centrally in the control device 19 (for example in the form of the simulation). danz as wear value) and the switching state of each use unit 12 are set in dependence on the determined state. Individual power units 12 can be electrically removed from the string 1 1 (bridging N1 1), ingested (connected in series), individually discharged (discharge resistor R, balancing circuit N13), temporarily disconnected electrically (N14 open / electrically blocking) eg for the diagnostic unit N12.
Somit kann auf unterschiedlichen Verschleiß / individuelle Parameterstreuung der Nutzeinheiten 12 im Strang 1 1 reagiert werden: Es werden bevor- zugt nur Nutzeinheiten 12 mit ähnlichen Parameterwerten aktiv betrieben. Die Ähnlichkeit kann durch ein Ähnlichkeitskriterium definiert sein, das z.B. einen maximalen Unterschied zumindest einer Kenngröße vorgibt, wobei der Unterschied in einem Bereich von 10% bis 100% (das Doppelte/die Hälfte) liegen kann. Eine alte/schwache Nutzeinheit 12 werden zunächst überbrückt / herausgeschaltet. Diese kann durch ein Leistungsfähigkeitskriterium erkannt werden, das sich z.B. auf die Impedanz bezieht oder dadurch definiert ist, dass das Ähnlichkeitskriterium verletzt ist. Das Leistungsfähigkeitskriterium schließt also zu schwache Nutzeinheiten 12 aus. Das Zuschalten alter Nutzeinheiten 12 / schwacher Nutzereinheit 12 wird später wieder möglich, sobald die Strangbedingungen passen, das heißt die übrigen Nutzeinheiten 12 ebenfalls soweit verschlissen sind, dass wieder das Ähnlichkeitskriterium erfüllt ist. Thus, it is possible to react to different wear / individual parameter dispersion of the utilization units 12 in the strand 11: Only use units 12 with similar parameter values are preferably actively operated. The similarity may be defined by a similarity criterion, e.g. specifies a maximum difference of at least one parameter, the difference in a range of 10% to 100% (twice / half) may be. An old / weak use unit 12 are first bypassed / switched out. This can be recognized by a performance criterion, e.g. refers to the impedance or is defined by the fact that the similarity criterion is violated. The performance criterion thus excludes weak usage units 12. The connection of old use units 12 / weak user unit 12 becomes possible again later, as soon as the conditions of the strand fit, that is to say the remaining use units 12 have likewise worn so far that the similarity criterion is fulfilled again.
Durch das Ähnlichkeitskriterium kann die Notwendigkeit für ein Loadbalan- cing reduziert werden. Die Leistung pro Nutzeinheit (Strom I im Strang ist gleich, aber bei unterschiedlicher Spannung ergibt sich eine unterschiedliche Leistung, was eine lokale Erhitzung und damit Alterung/Verschleiß zur Folge hat) kann im Voraus angeglichen werden. Denn das Loadbalancing erfordert einen Angleich auf die „schwächste" Nutzeinheit, die also die niedrigste Spannung erzeugt, d.h. es muss auf die niedrigste Spannung reduziert werden. Indem im Voraus gleiche oder ähnliche Betriebsbedingungen mittels des Ähnlichkeitskriteriums geschaffen werden, ist weniger Balancing nötig. Sind also z.B. die Einzelspannungen V=4,1Volt und V=3,9Volt in einem Strang vorhanden, müsste ein Balancing auf die schwächste Nutzeinheit einstellen, d.h. auf 3,9Volt. Durch die Innenwiderstand-Messung (Impedanzspektroskopie) kann die schwächste Nutzeinheit (größter Innenwiderstand) erkannt werden (Leistungsfähigkeitskriterium) und aus dem Strang 1 1 geschaltet werden (Bridging N1 1 ). Die Impedanz ist aber nur ein Beispiel für die Erkennung einer schwachen Nutzeinheit. Allgemein kann das Erkennen der schwächsten Nutzeinheit in Abhängigkeit von einem Zustand der Nutzeinheit erfolgen. The similarity criterion can reduce the need for load balancing. The power per unit of use (current I in the string is the same, but with different voltage results in a different performance, which results in a local heating and thus aging / wear) can be adjusted in advance. Because load balancing requires matching to the "weakest" unit of use, which produces the lowest voltage, ie it has to be reduced to the lowest voltage, by creating equal or similar operating conditions in advance using the similarity criterion, less balancing is required For example, if the individual voltages V = 4.1 volts and V = 3.9 volts are present in one string, balancing would have to be set to the weakest operating unit, ie 3.9 volts. are detected (performance criterion) and switched from the line 1 1 (Bridging N1 1) .The impedance is only one example of the detection of a weak use unit weakest use unit depending on a state of the use unit.
Durch elektrisches Entkoppeln / Trennen N14 aller Nutzeinheiten 12 eines Strangs 1 1 kann der Strang 1 1 auch HV-frei geschaltet werden. Alle Nutzeinheiten 12 werden voneinander entkoppelt. In diesem Sicherungsmodus kann der Strang 1 1 z.B. für eine Montage, eine Unfallsicherung, einen Notfall, einen Transport gesichert werden. Die Schaltreihenfolge ist wichtig: Erst werden die mechanischen Schalteinheiten 15 (Schütze) geöffnet, dann er- folgt der Reihe nach Entkoppeln N14 der Nutzeinheiten 12. By electrical decoupling / separating N14 all use units 12 of a strand 1 1, the strand 1 1 can also be switched HV-free. All use units 12 are decoupled from each other. In this security mode, the strand 1 1 can be e.g. be secured for an assembly, an accident prevention, an emergency, a transport. The switching order is important: First, the mechanical switching units 15 (contactors) are opened, then the decoupling N14 of the utilization units 12 takes place in succession.
Durch die Steuereinrichtung 19 kann auch ein Verschleißangleich / Wear- Leveling der einzelnen Nutzeinheiten 12 vorgesehen werden. Das Wear- Leveling sieht die homogene Nutzung des Felds/der Anordnung aus Nutz- einheiten 12 vor. Man erzielt hierdurch einen Verschleißangleich beim Betrieb der Nutzeinheiten 12. Vorbild kann das Wear-Leveling aus der FLASH- Speichertechnologie (https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling) sein. By the control device 19, a wear adjustment / wear leveling of the individual use units 12 can be provided. The wear leveling provides for the homogeneous use of the field / the arrangement of useful units 12. This results in a wear adjustment in the operation of the benefit units 12. Prototype can be the wear leveling from the FLASH memory technology (https://en.wikipedia.org/wiki/Wear_leveling).
Vorteil der Vergleichmäßigung des Verschleißes ist die Verlängerung der Gesamtlebensdauer der Energieliefervorrichtung 10, da eine Ausfallwahrscheinlichkeit einzelner Nutzeinheiten 12, wie er durch überdurchschnittliche Abnutzung einer einzelnen Nutzeinheit 12 verursacht werden kann, verringert wird. Die Zufuhr/Entnahme von Energie, d.h. der Energieaustausch E mit einem angeschlossenen Gerät 100, erfolgt mittels der nächsten Nutzeinheiten 12, die gemäß Wear-Leveling dran sind. Es wird hierzu für jede Nutzeinheit 12 ein aktueller Verschleißzustand als Verschleißwert angegeben. Ziel dieser Maßnahmen ist also ein gleichmäßiger Verschleiß. Der Verschleißwert kann z.B. durch die Impedanz der Nutzeinheit 12 repräsentiert sein. Der Verschleißwert gibt eine Abnutzung der Nutzeinheit 12 an. The advantage of equalizing the wear is the extension of the overall life of the energy delivery device 10, since a probability of failure of individual use units 12, as can be caused by above-average wear of a single use unit 12, is reduced. The supply / removal of energy, i. the energy exchange E with a connected device 100, takes place by means of the next use units 12, which are according to wear leveling. For this purpose, a current state of wear is indicated as a wear value for each use unit 12. The aim of these measures is therefore a uniform wear. The wear value may e.g. be represented by the impedance of the use unit 12. The wear value indicates wear of the use unit 12.
Für jede Nutzeinheit 12 kann in Abhängigkeit von dem Verschleißwert ein jeweiliger Sollwert zumindest eine Betriebsgröße, z.B. des Stromes I beim Entladen und/oder der Einzelspannung V beim Aufladen, auf der Grundlage eines Angleichkriteriums ermittelt werden, wobei das Angleichkriterium vorsieht, dass durch Einstellen jedes Sollwerts eine oder einige oder alle der Nutzeinheiten 12 insgesamt den Energieaustausch E zwar vollständig vollziehen, hierbei aber ein aus allen Verschleißwerten berechneter Unterschied der Abnutzung der Nutzeinheiten 12 minimal gehalten wird. Die Abnutzung der Nutzeinheiten 12 wird also während des Energieaustauschs E angeglichen, indem stärker abgenutzte Nutzeinheiten 12 weniger belastet werden als weniger abgenutzte Nutzeinheiten 12. Letztere nutzen dabei weiter ab, wodurch sich ihr Abnutzungszustand dem der weniger belasteten Nutzeinheiten 12 angleicht. For each use unit 12, depending on the wear value, a respective desired value at least one operating variable, for example the current I during discharging and / or the individual voltage V during charging, can be determined on the basis of a matching criterion, wherein the matching criterion provides that by setting each reference value one or some or all of the use units 12 in total complete the energy exchange E, but in this case a difference calculated from all the wear values the wear of the use units 12 is minimized. The wear of the use units 12 is thus adjusted during the energy exchange E by more heavily worn use units 12 are less burdened than less worn Nutzzeinheiten 12. The latter continue to use, thereby equalizing their wear state of the less burdened Nutzzeinheiten 12.
Der Verschleißwert ändert sich im Betrieb, und zwar umso schneller, falls die Nutzeinheit 12 in einem Betriebspunkt betrieben wird, der von einem Ideal- zustand abweicht (die Nutzeinheit verschleißt weiter). Daher sind auch Schonmaßnahmen sinnvoll. The wear value changes during operation, and more quickly if the utilization unit 12 is operated at an operating point which deviates from an ideal state (the utilization unit continues to wear out). Therefore, even measures are useful.
Bevorzugt werden hierzu die Nutzeinheiten 12 nur innerhalb eines Toleranzintervalls um einen Idealladezustand herum betrieben, der z.B. bei einem Ladezustand von 50% liegen kann, und/oder ein Stromprofil eines während des Energieaustauschs fließenden elektrischen Stromes der Nutzeinheit 12 vorgeben kann. For this purpose, the utilization units 12 are preferably operated only within a tolerance interval around an ideal charging state, which is e.g. may be at a state of charge of 50%, and / or may specify a current profile of an electric current flowing during the energy exchange of the use unit 12.
Allgemein ist der Idealzustand von der verwendeten Technologie der Nutz- einheit abhängig und im Stand der Technik bekannt. Der Idealzustand kann bei Batteriemodulen definiert sein durch die folgenden Parameter: In general, the ideal state depends on the used technology of the user unit and is known in the prior art. The ideal state for battery modules can be defined by the following parameters:
SoC - State of Charge (Energieinhalt) - ideal sind z.B. 50%; SoC - State of charge (energy content) - ideal are e.g. 50%;
DoD - Depth of Discharge - Entladungsgrad (Stromprofil) z.B. idealer Ladezustand 50% minus maximal 20% (Toleranzintervall). DoD - Depth of Discharge - Degree of discharge (current profile) e.g. ideal state of charge 50% minus maximum 20% (tolerance interval).
Die angegebenen Idealwerte sind abhängig von der Elektrochemie und/oder der vorgesehenen Anwendung und jeweils für die konkrete Energieliefervorrichtung vom Fachmann zu bestimmen. The specified ideal values depend on the electrochemistry and / or the intended application and must be determined by a person skilled in the art in each case for the specific energy delivery device.
Allgemein sollte die DoD„klein" bleiben, d.h. nicht zu weit nach unten sinken. Je weiter der aktuelle Betriebspunkt vom Idealzustand entfernt ist, desto schneller steigt der Verschleißwert. Der aktuelle Betriebspunkt kann eingestellt werden, indem der Ladestrom / Entladestrom I für die Nutzeinheiten 12 entsprechend eingestellt wird. Die AC/DC-Wandleranordnung 24 kann für das Einstellen des Ladestroms, der Gleichspannungswandler 14 für das Einstellen des Entladestroms genutzt werden. Die Verschleißzustände / Verschleißwerte aller Nutzeinheiten sollen dabei angeglichen werden. In general, the DoD should remain "small", ie not sink too far down The further the current operating point is away from the ideal state, the faster the wear value increases The current operating point can be adjusted by the charging current / discharge current I for the utilization units 12 The AC / DC converter arrangement 24 can be used for adjusting the charging current, the DC-DC converter 14 for setting the discharge current, while the wear conditions / wear values of all the utilization units are to be adjusted.
Eine weitere Schonmaßnahme ist die folgende: Es kann eine Überkapazität an Nutzeinheiten 12 vorgehalten werden. Ohne zusätzlichen Schalter kann mittels einer Überkapazität an Nutzeinheiten 12 die Belastung verteilt werden. Es ergibt sich eine geringere Belastung pro Nutzeinheit 12, indem alle Nutzeinheiten immer mitverwenden werden, um gleichmäßig abzunutzen. Es verlängert sich aber zudem die Lebensdauer auch schon wegen der geringe- ren Belastung; denn wenn z.B. pro Strang bei 1 10% Kapazität (Summe der Einzelkapazitäten der Nutzeinheiten 12 im Strang) mit Drosselung durch die Steuereinrichtung 19 nur 100% (nomineller Nennwert) abgerufen werden, ergibt sich eine geringere Spitzenbelastung pro Nutzeinheit 12. Der Strang 1 1 liefert z.B. eine größere Spannung als benötigt, es muss also weniger Strom I für dieselbe Leistung als bei einer Besetzung von nur 100% Nennwert (Nennkapazität) fließen. Ein Beispiel: 12 Nutzeinheiten sind bereitgestellt, aber einen Nennwert von nur 10 Nutzeinheiten wird nominell Verfügbar gemacht. Ohne Schalter müssen 12 Nutzeinheiten zugeschaltet sein, aber elektronisch erfolgt nur das Abrufen der Kapazität für nur 10 Nutzeinheiten (kein Schalten nötig!). Hierdurch sind auch schwächere Nutzeinheiten möglich, da deren Peak-Ströme geringer sind, und zwar wegen der sich ergebenden höheren Strangspannung U, da mehr Nutzeinheiten in Reihe geschaltet als nominell vorhanden. Die Nutzung billigerer Nutzeinheiten möglich. Another precautionary measure is the following: An overcapacity of use units 12 can be maintained. Without additional switch can be distributed by means of an overcapacity of Nutzzeinheiten 12 the burden. This results in a lower load per use unit 12, in that all use units will always be used in order to wear evenly. In addition, the service life is prolonged because of the lower load; because if, for example, per strand at 1 10% capacity (sum of the individual capacities of the use units 12 in the strand) with throttling by the control device 19 only 100% (nominal nominal value) are retrieved, results in a lower peak load per use unit 12. The strand 1 1 delivers For example, a larger voltage than needed, so less current I must flow for the same power as with a population of only 100% nominal value (rated capacity). For example: 12 user units are provided, but a nominal of only 10 user units is nominally made available. Without a switch, 12 user units must be switched on, but only the capacity can be retrieved electronically for only 10 user units (no switching required!). As a result, even weaker use units are possible, since their peak currents are lower, and because of the resulting higher strand voltage U, as more Nutzzeinheiten connected in series than nominally available. The use of cheaper units possible.
Falls Schalter verfügbar sind, z.B. die Halbleiterschalter T, kann ein Durchwechseln zwischen den Nutzeinheiten 12 eines Strangs 1 1 vorgesehen sein, z.B. sind immer 10 Nutzeinheiten bereitgestellt (ergibt die Nennkapazität) und 2 Nutzeinheiten überbrückt. If switches are available, e.g. the semiconductor switches T, a switching between the use of units 12 of a strand 1 1 may be provided, e.g. There are always 10 usage units provided (gives the nominal capacity) and 2 usage units bridged.
Das Bereitstellen einer Überkapazität an Nutzeinheiten 12 bedeutet, dass die Summe der Einzelnennkapazitäten der Nutzeinheiten 12 (d.h. deren kombinierte Bruttokapazität) größer ist als die nach außen hin verfügbar gemachte Nennkapazität. Hierdurch kann auch ein Ausfall einer Nutzeinheit kompensiert werden. So kann die Energieliefereinrichtung 10 z.B. als ein Energiespeicher (z.B. Batteriespeicher) mit einer ausgewiesenen oder nominellen Nennkapazität (z.B. 100 kWh) bereitgestellt werden. Tatsächlich wird intern eine Bruttokapazität vorgesehen, die größer als die von außen verfügbar gemachte Nennkapazität ist (tatsächliche Bruttokapazität von z.B. 1 10kWh, größer als die Nettokapazität von z.B. 100kWh). Mit anderen Worten sind mehr Nutzeinheiten (z.B. Batteriezellenmodule) vorhanden, als für die Bereitstellung der Nennkapazität nötig sind. Es werden z.B. nach außen immer nur so viele Nutzeinheiten für das Entladen verfügbar gemacht, wie es der Nennkapazität entspricht. Diese Nutzeinheiten sind dann aktive Einheiten oder„Aktiveinheiten". Die übrigen (nicht aktiv genutzten) Speichereinheiten sind„Reserveeinheiten". The provision of an overcapacity of utilization units 12 means that the sum of the individual nominal capacities of the utilization units 12 (ie their combined gross capacity) is greater than the nominal capacity made available to the outside. As a result, a failure of a use unit can be compensated. For example, the energy delivery device 10 may be provided as an energy storage (eg, battery storage) having a designated or nominal rated capacity (eg, 100 kWh). In fact, internally a gross capacity is provided which is greater than the nominal capacity made available from the outside (actual gross capacity of eg 1 10kWh, greater than the net capacity of eg 100kWh). In other words, more use units (eg, battery cell modules) are available than are needed to provide the nominal capacity. For example, only so many use units are made available for unloading to the outside, as corresponds to the nominal capacity. These payload units are then active units or "active units." The remaining (non-actively used) storage units are "reserve units".
Gemäß einem Bad-Block-Management (BBM - Bad Block Management) werden defekte oder verbrauchte Aktiveinheiten erkannt und außer Betrieb genommen. D.h. bei Ausfall / Defekt einer Aktiveinheit (defekte Nutzeinheit), kann diese ausgefallene Aktiveinheit außer Betrieb und eine Reserveeinheit (bisher inaktive Nutzeinheit) als neue Aktiveinheit in Betrieb genommen werden. So bleibt trotz Ausfall einer Nutzeinheit / mehrerer Nutzeinheiten die nominelle Nennkapazität erhalten. Der Begriff Bad-Block-Management (BBM) kommt aus der Flash-Speicher-Technologie (https://en.wikipedia.Org/wiki/Flash_memory#Memory_wear). Bad block management (BBM - Bad Block Management) detects or decommissioned defective units. That in case of failure / failure of an active unit (defective use unit), this failed active unit out of service and a reserve unit (previously inactive use unit) can be put into operation as a new active unit. Thus, despite the failure of one or more units, the nominal nominal capacity remains. The term bad block management (BBM) comes from the flash memory technology (https://en.wikipedia.Org/wiki/Flash_memory#Memory_wear).
Im Normalbetrieb kann aber auch ein Rotieren oder Durchwechseln (z.B. gemäß dem Round-Robin-Algorithmus oder allgemein einer vorbestimmten Austauschvorschrift) zwischen den Nutzeinheiten erfolgen, um alle Nutzeinheiten gleichmäßig abzunutzen. Wird dann eine Reservereinheit als Ersatz für eine ausgefallene Aktiveinheit aktiviert, so weist die Reserveeinheit bereits ähnliche elektrische Eigenschaften wie die übrigen Aktiveinheiten auf, weil sie bereits einen ähnlichen Abnutzungsgrad (im Sinne des genannten Ähnlichkeitskriteriums) aufweist. Dies kann den Grad des notwendigen Loadbalancing in der beschriebenen Weise reduzieren. However, in normal operation, rotating or switching (for example according to the round-robin algorithm or generally a predetermined replacement rule) between the utilization units can also be carried out in order to uniformly wear all the utilization units. If a spare unit is then activated as a replacement for a failed active unit, then the reserve unit already has similar electrical properties to the other active units because it already has a similar degree of wear (in the sense of the mentioned similarity criterion). This can reduce the degree of load balancing required in the manner described.
Aufgrund der Einteilung von Nutzeinheiten in Aktiveinheiten und Reserveeinheiten können auch während des Betriebs des Energiespeichers Nutzeinheiten bei einer Wartung ausgewechselt werden, ohne dass die Nennkapazität beeinträchtigt wird. Auszuwechselnde Nutzeinheiten können hierbei als Re- serveeinheit separiert / aus dem Betrieb genommen werden und dann ausgebaut / ersetzt werden (dynamischer Wechsel der Nutzeinheiten). Due to the division of user units into active units and reserve units, servicing units can also be replaced during operation of the energy store without impairing the rated capacity. Replacement units can be separated / taken out of service and then removed / replaced (dynamic change of the units) as a reserve unit.
Das Bad-Block-Management und/oder das Auswechseln kann auch gruppenweise oder Strang-weise erfolgen, d.h. es wird dann eine Gruppe aus Nutzeinheiten 12 oder die gesamte Reihenschaltung 13 eines Strangs geschaltet und/oder ausgewechselt. Auch innerhalb einer Nutzeinheit 12 kann ein Bad-Block-Management erfolgen. So können z.B. eine bei einer als Batteriemodul ausgestalteten Nutzeinheit 12 mehrere Batteriezellen vorgesehen sein, z.B. 12 Batteriezellen als 3-fache Reihenschaltung von je 4 Batteriezel- len im Parallelverbund. Es kann dann jeweils ein Parallelverbund rausgeschaltet werden, z.B. durch Überbrücken. The bath block management and / or the replacement can also be done groupwise or strand-wise, ie it is then switched a group of benefit units 12 or the entire series circuit 13 of a strand and / or replaced. Even within a use unit 12, a bath block management can take place. Thus, for example, a battery unit configured as a use unit 12 may be provided a plurality of battery cells, eg 12 battery cells as a 3-fold series connection of 4 battery cell len in parallel connection. It can then be switched out in each case a parallel connection, eg by bridging.
In Bezug auf ein Lade-Management für die Stränge kann folgendes vorgese- hen sein. The following can be provided for a load management for the strands.
Über die Stromschienen 18 können mittels der Gleichspannungswandler 14 zusammengeschaltet werden, um Energie umzuladen. Ein Strang 1 1 kann somit über mehrere Quellen aufgeladen werden, z.B. 40kW aus anderem Strang 1 1 und 10kW aus einem Netz-AC/DC-Wandler 24', um 50kW Ladeleistung bereitzustellen. Via the busbars 18 can be interconnected by means of the DC-DC converter 14 to transfer energy. A strand 11 can thus be charged via several sources, e.g. 40kW from other string 1 1 and 10kW from a grid AC / DC converter 24 'to provide 50kW charging power.
Bei der Leistungsabgabe kann ein Lastprofil geglättet / vergleichmäßigt werden, indem z.B. einige Stränge 1 1 den Verbraucher versorgen, während sich andere Stränge 1 1 schon aufladen, um dann für den weiteren Ladevorgang bereitzustehen. Z.B. kann gleichzeitig Laden mit z.B. 10A und Entladen mit z.B. 20A erfolgen (zumindest ein Strang 1 1 lädt das Gerät 100, zumindest ein anderer Strang 1 1 wird aus dem Versorgungsnetz 22 aufgeladen). Es kann auch ein Boost-Strom (kurzzeitiges Peak, z.B. mehr als Faktor 1 ,5) durch Zuschalten eines Strangs 1 1 erzeugt werden. In the power output, a load profile can be smoothed / smoothed by e.g. some strands 1 1 provide the consumer, while other strands 1 1 already charging, and then stand by for further charging. For example, can simultaneously charge with e.g. 10A and unloading with e.g. 20A take place (at least one strand 1 1 loads the device 100, at least one other strand 1 1 is charged from the supply network 22). It is also possible to generate a boost current (short-term peak, for example more than a factor of 1.5) by connecting a string 1 1.
Die (thermische / elektrische) Belastung der einzelnen Stränge 1 1 kann begrenzt werden, indem abwechselnd unterschiedliche Stränge 1 1 ein angeschlossenes Gerät 100 versorgen (z.B. ein E-Fahrzeug aufladen). So kann auch die besagte DoD (Depth of Discharge) begrenzt werden, z.B. auf 20%. The (thermal / electrical) loading of the individual strands 11 can be limited by alternately supplying different strands 11 to a connected device 100 (e.g., charging an electric vehicle). Thus, the said DoD (Depth of Discharge) can also be limited, e.g. to 20%.
Mittels der mechanischen Schalteinheiten 15 an jedem Strang 1 1 kann auch eine vollständige galvanische Trennung zwischen den Strängen erfolgen, falls diese an unterschiedliche Stromschienen geschaltet werden. Dies ist die Voraussetzung, um mehrere Geräte 100 (z.B. E-Fahrzeuge) gleichzeitig aufladen zu können. Jedes E-Fahrzeug wird an eine andere Stromschiene 18' angeschlossen, die von den übrigen Stromschienen galvanisch getrennt ist. Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Bad-Block- Management in einer elektrischen Energieliefervorrichtung bereitgestellt werden kann By means of the mechanical switching units 15 on each strand 1 1 can also be a complete galvanic isolation between the strands, if they are connected to different busbars. This is the prerequisite for being able to charge multiple devices 100 (e.g., e-vehicles) at the same time. Each e-vehicle is connected to another busbar 18 'which is galvanically isolated from the remaining busbars. Overall, the example shows how the invention can provide bath block management in an electrical power delivery device

Claims

PATENTANSPRÜCHE:  CLAIMS:
Elektrische Energieliefervorrichtung (10) mit einer jeweiligen nominellen Nennkapazität zumindest einer vorbestimmten elektrischen Kenngröße, wobei die jeweilige Nennkapazität mittels einer Vielzahl von Nutzeinheiten (12) bereitgestellt ist, von denen jede eine jeweilige Einzelnennkapazität betreffend die jeweilige Kenngröße aufweist und wobei eine Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, einen Energieaustausch (E) zwischen der Energieliefervorrichtung (10) und zumindest einem vorrichtungsexternen Gerät (100) zu steuern, An electrical energy delivery device (10) having a respective nominal nominal capacitance of at least one predetermined electrical characteristic, the respective rated capacitance being provided by a plurality of utilization units (12) each having a respective single nominal capacitance with respect to the respective characteristic, and wherein a control means (19) thereto is arranged to control an energy exchange (E) between the energy delivery device (10) and at least one device external device (100),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
jeweils die Summe der jeweiligen Einzelnennkapazitäten der Nutzeinheiten (12) größer ist als die jeweilige nominelle Nennkapazität der zumindest einen Kenngröße ist und die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, bei dem Energieaustausch (E) die jeweilige Kenngröße auf die jeweilige nominelle Nennkapazität zu begrenzen. in each case the sum of the respective individual nominal capacities of the utilization units (12) is greater than the respective nominal nominal capacity of the at least one characteristic variable and the control device (19) is adapted to limit the respective characteristic variable to the respective nominal nominal capacity in the energy exchange (E).
Energieliefervorrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die zumindest eine Kenngröße die elektrische Speicherkapazität und/oder die maximale elektrische Leistung und/oder den maximalen elektrischen Strom umfasst. The energy delivery device (10) of claim 1, wherein the at least one characteristic comprises the electrical storage capacity and / or the maximum electrical power and / or the maximum electrical current.
Energieliefervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Nutzeinheit (12) jeweils zumindest eine Batteriezelle, insbesondere ein Batteriezellenmodul oder einen Verbund mehrerer Batteriezellenmodule, und/oder zumindest eine Brennstoffzelle und/oder zumindest ein Solarpanel und/oder zumindest einen Kondensator und/oder einen Generator umfasst. Energy delivery device (10) according to any one of the preceding claims, wherein each use unit (12) each at least one battery cell, in particular a battery cell module or a composite of several battery cell modules, and / or at least one fuel cell and / or at least one solar panel and / or at least one capacitor and / / or includes a generator.
Energieliefervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, für den Energieaustausch (E) mehr Nutzeinheiten (12) mit dem zumindest einen Gerät (100) elektrisch zu verbinden, als zum Bereitstellen der jeweiligen Nennkapazität der zumindest einen Kenngröße notwendig ist, und/oder wobei Energy delivery device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the control device (19) is adapted for the energy exchange (E) more use units (12) to electrically connect to the at least one device (100), as to provide the respective nominal capacity of at least one characteristic is necessary, and / or wherein
die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, die Energieliefervorrichtung (10) für eine vorbestimmte Zeitdauer mit ihrer die Summe der Einzelnennkapazitäten darstellenden Bruttokapazität zu betreiben. Energieliefervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, bei mehreren, nacheinander durchgeführten Energieaustauschvorgängen jeweils nur einige der Nutzeinheiten (12) mit dem jeweils an die Energieaustauschvorrichtung (10) angeschlossenen zumindest einen Gerät (100) elektrisch zu verbinden und für jeden der Energieaustauschvorgänge die jeweils zu verbindenden Nutzeinheiten (12) gemäß eine vorbestimmten Austauschvorschrift auszuwählen. Energieliefervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, von jeder Nutzeinheit (12) einen jeweiligen Verschleißwert zu ermitteln und eine solche der Nutzeinheiten (12), deren Verschleißwert ein vorbestimmtes Verschleißkriterium erfüllt, durch elektrisches Abtrennen außer Betrieb zu nehmen. the control device (19) is adapted to operate the energy delivery device (10) for a predetermined period of time with its gross capacity representing the sum of the individual nominal capacities. Energy delivery device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the control device (19) is adapted, in each case only a few of the use units (12) with the at least one device (100) connected to the energy exchange device (10) in the case of several energy exchange processes carried out one after the other. electrically connect and for each of the energy exchange operations to select the respective use units (12) to be connected in accordance with a predetermined replacement rule. Energy delivery device (10) according to any one of the preceding claims, wherein the control device (19) is adapted to determine a respective wear value of each use unit (12) and one of the use units (12) whose wear value meets a predetermined wear criterion, by electrical disconnection to take out of service.
Energieliefervorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, zumindest eine außer Betrieb genommene Nutzeinheit (12) durch elektrisches Ankoppeln wieder in Betrieb zu nehmen, falls ihr Verschleißwert im Vergleich mit dem jeweiligen Verschleißwert der bereits in Betrieb befindlichen Nutzeinheiten (12) ein vorbestimmtes Ähnlichkeitskriterium erfüllt. Energy delivery device (10) according to claim 6, wherein the control device (19) is adapted to at least put a decommissioned use unit (12) back into operation by electrical coupling, if their wear value in comparison with the respective wear value of the already in operation Use units (12) fulfills a predetermined similarity criterion.
Energieliefervorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, eine defekte Nutzeinheit (12) zu erkennen und elektrisch von den übrigen Nutzeinheiten zu trennen und im Betrieb der Energieliefervorrichtung (12) nach einem Austausch der defekten Nutzeinheit (12) durch eine neue Nutzeinheit die neue Nutzeinheit elektrisch mit den übrigen Nutzeinheiten zu koppeln. An energy delivery device (12) according to any one of the preceding claims, wherein the control means (19) is adapted to detect a defective utility unit (12) and electrically disconnect it from the remaining utility units and during operation of the energy delivery device (12) after replacement of the defective utility unit (12) by a new utility unit to electrically couple the new utility unit with the other Nutzzeinheiten.
Energieliefervorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils einige der Nutzeinheiten (12) zu einem jeweiligen Strang (1 1 ) zu einer Reihenschaltung (13) verschaltet sind und jeder Strang (1 1 ) über einen Gleichspannungswandler (14) und zumindest eine galvanisch trennfähige Schalteinheit (15) mit einer Stromschienenanordnung (18) der Energieliefervorrichtung (10) verbunden ist und innerhalb jedes Strangs (1 1 ) für jede Nutzeinheit (1 1 ) eine Überbrü- ckungsschaltung (N1 1 ) vorgesehen ist und die Energieliefervorrichtung (10) den Energieaustausch (E) über die Stromschienenanordnung (18) durchführt und die Steuereinrichtung (19) dazu eingerichtet ist, zum Begrenzen der zumindest einen Kenngröße die Gleichspannungswandler (14) und die zumindest eine Schalteinheit (15) und die Überbrü- ckungsschaltungen (N1 1 ) jedes Strangs (1 1 ) zu steuern. Energy delivery device (10) according to any one of the preceding claims, wherein each of the Nutzzeinheiten (12) to a respective strand (1 1) are connected to a series circuit (13) and each strand (1 1) via a DC-DC converter (14) and at least one galvanically separable switching unit (15) with a busbar assembly (18) of the energy delivery device (10) is connected and within each strand (1 1) for each use unit (1 1) a bypass circuit (N1 1) is provided and the energy delivery device (10) carries out the energy exchange (E) via the busbar arrangement (18) and the control device (19) is arranged to limit the at least one characteristic, the DC-DC converter (14) and the at least one switching unit (15) and the bypass circuits ( N1 1) of each strand (1 1).
Verfahren zum Bereitstellen einer jeweiligen nominellen Nennkapazität zumindest einer vorbestimmten elektrischen Kenngröße in einer elektrischen Energieliefervorrichtung (10), wobei die jeweilige Nennkapazität mittels einer Vielzahl von Nutzeinheiten bereitgestellt wird, von denen jede eine jeweilige Einzelnennkapazität betreffend die jeweilige Kenngröße aufweist, und wobei eine Steuereinrichtung (19) einen Energieaustausch (E) zwischen der Energieliefervorrichtung (10) und zumindest einem vorrichtungsexternen Gerät (100) steuert, A method of providing a respective nominal rated capacity of at least one predetermined electrical characteristic in an electrical power delivery device (10), the respective nominal capacity being provided by a plurality of payload units, each having a respective single nominal capacity relating to the respective characteristic, and wherein a control means (19 ) controls an energy exchange (E) between the energy delivery device (10) and at least one device external device (100),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
jeweils die Summe der jeweiligen Einzelnennkapazitäten der Nutzeinheiten (12) größer ist als die jeweilige nominelle Nennkapazität der zumindest einen Kenngröße ist und die Steuereinrichtung (19) beim Energieaustausch (E) die jeweilige Kenngröße auf die jeweilige nominelle Nennkapazität begrenzt. in each case the sum of the respective individual nominal capacities of the utilization units (12) is greater than the respective nominal nominal capacity of the at least one characteristic variable and the control device (19) limits the respective characteristic variable to the respective nominal nominal capacity during the energy exchange (E).
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019209468A1 (en) 2019-06-28 2020-12-31 Audi Ag Electrical energy delivery system with at least one cell element and motor vehicle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060092583A1 (en) 2004-10-01 2006-05-04 Alahmad Mahmoud A Switch array and power management system for batteries and other energy storage elements
DE102011054145A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Gm Global Technology Operations, Llc Fault-tolerant battery architecture for cell failure modes of a serial bypass circuit
DE102012203585A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Configurable accumulator unit and method for operating an accumulator unit
DE102012214024A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Method for operating lithium ion battery of battery system to drive e.g. electromotive drivable motor car, involves operating battery cell modules only below energy output threshold level during energy request from battery cell modules
DE102013106265A1 (en) * 2013-06-17 2014-12-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for operating an energy storage device and corresponding energy storage device
DE102015011284A1 (en) * 2015-08-27 2016-03-03 Daimler Ag Circuit arrangement for a motor vehicle
DE102015216097A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Thyssenkrupp Ag Propulsion system for a submarine

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10010985A1 (en) * 2000-03-07 2001-09-20 Daimler Chrysler Ag Fuel cell system operating method has individual fuel cells or fuel cell stacks switched into and out of operation for matching required power output
TW200913433A (en) * 2007-09-10 2009-03-16 J Tek Inc Scattered energy storage control system
ITTO20110762A1 (en) * 2011-08-11 2013-02-12 Sisvel Technology Srl SYSTEM OF GENERATION AND USE (FOR ACCUMULATION AND DELIVERY) OF ELECTRICITY PRODUCED BY POWER SOURCES OF POWER CURRENT CONTINUES, AND ITS RELATED SYSTEM MANAGEMENT METHOD
DE102013013673A1 (en) * 2013-08-16 2014-07-24 Daimler Ag Switching arrangement i.e. control system, for controlling charge state of single-cell switch battery of vehicle, has function block with fuzzy logic in feedback, where functional block influences switching state of switching elements
DE202014004749U1 (en) * 2014-06-13 2015-09-15 Aehling, Dr. Jaensch & Dr. Goetz GbR (vertretungsberechtigter Gesellschafter Dr. Malte Jaensch, 74321 Bietigheim-Bissingen) Electronic circuit for simplified operation of multipoint converters
US9979196B2 (en) * 2014-09-25 2018-05-22 Borgwarner Inc. System of parallel-connected generators and method for load share balancing therein using a serial communication network
DE102014220062A1 (en) * 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh A method for switching a plurality of battery cells of a battery and battery system with a battery having a plurality of battery cell units each having a battery cell and a battery cell associated with the battery cell monitoring module
JP2016126894A (en) * 2014-12-26 2016-07-11 株式会社東芝 Power storage battery, power storage battery estimation device and power storage battery estimation method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060092583A1 (en) 2004-10-01 2006-05-04 Alahmad Mahmoud A Switch array and power management system for batteries and other energy storage elements
DE102011054145A1 (en) * 2010-10-14 2012-04-19 Gm Global Technology Operations, Llc Fault-tolerant battery architecture for cell failure modes of a serial bypass circuit
DE102012203585A1 (en) * 2012-03-07 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Configurable accumulator unit and method for operating an accumulator unit
DE102012214024A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh Method for operating lithium ion battery of battery system to drive e.g. electromotive drivable motor car, involves operating battery cell modules only below energy output threshold level during energy request from battery cell modules
DE102013106265A1 (en) * 2013-06-17 2014-12-18 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Method for operating an energy storage device and corresponding energy storage device
DE102015216097A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 Thyssenkrupp Ag Propulsion system for a submarine
DE102015011284A1 (en) * 2015-08-27 2016-03-03 Daimler Ag Circuit arrangement for a motor vehicle

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