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DE102018209900A1 - Electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for operating an electrical energy storage system - Google Patents

Electrical energy storage system, device and / or vehicle and method for operating an electrical energy storage system Download PDF

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Publication number
DE102018209900A1
DE102018209900A1 DE102018209900.6A DE102018209900A DE102018209900A1 DE 102018209900 A1 DE102018209900 A1 DE 102018209900A1 DE 102018209900 A DE102018209900 A DE 102018209900A DE 102018209900 A1 DE102018209900 A1 DE 102018209900A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy storage
electrical energy
storage system
cell
method step
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018209900.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Jochen Wieland
Christoph Woll
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102018209900.6A priority Critical patent/DE102018209900A1/en
Publication of DE102018209900A1 publication Critical patent/DE102018209900A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Elektrisches Energiespeichersystem (1), Vorrichtung und/oder Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1), wobei das elektrische Energiespeichersystem (1) aufweist:
- einen elektrischen Energiespeicher (10) aufweisend zumindest zwei elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder zumindest zwei elektrische Energiespeicherzellen (4),
- eine Steuerungseinheit (2),
- zumindest ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul (3) und/oder zumindest eine weitere elektrische Energiespeicherzelle und
- eine Schalteinheit (20).

Figure DE102018209900A1_0000
Electrical energy storage system (1), device and / or vehicle and method for operating an electrical energy storage system (1), the electrical energy storage system (1) comprising:
- an electrical energy storage device (10) comprising at least two electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or at least two electrical energy storage cells (4),
- a control unit (2),
- At least one further electrical energy storage module (3) and / or at least one further electrical energy storage cell and
- A switching unit (20).
Figure DE102018209900A1_0000

Description

Feld der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Energiespeichersystem, eine Vorrichtung und/oder ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to an electrical energy storage system, a device and / or a vehicle and a method for operating an electrical energy storage system according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Die DE 10 2009 037 641 A1 zeigt ein Bremsensteuergerät zur Ansteuerung und/oder Regelung von Aktuatoren mit Verpolschutz.The DE 10 2009 037 641 A1 shows a brake control device for controlling and / or regulating actuators with reverse polarity protection.

Die DE 10 2015 202 567 A1 zeigt ein Batteriesystem mit einer Batterie und mehreren Messeinheiten zum Messen einer mittels mindestens einer Batteriezelle der Batterie bereitgestellte Spannung und ein Verfahren zum Messen einer mittels mindestens einer Batteriezelle einer Batterie bereitgestellte Spannung.The DE 10 2015 202 567 A1 shows a battery system with a battery and several measuring units for measuring a voltage provided by means of at least one battery cell of the battery and a method for measuring a voltage provided by means of at least one battery cell in a battery.

Die DE 10 2005 031 145 A1 zeigt eine Kraftwagen-Energiequellenvorrichtung.The DE 10 2005 031 145 A1 shows a motor vehicle power source device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeichersystem besteht darin, dass das elektrische Energiespeichersystem aufweist:

  • - einen elektrischen Energiespeicher aufweisend zumindest zwei elektrische Energiespeichermodule und/oder zumindest zwei elektrische Energiespeicherzellen,
  • - eine Steuerungseinheit,
  • - zumindest ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul und/oder zumindest eine weitere elektrische Energiespeicherzelle und
  • - eine Schalteinheit.
The essence of the invention in the electrical energy storage system is that the electrical energy storage system has:
  • an electrical energy storage device having at least two electrical energy storage modules and / or at least two electrical energy storage cells,
  • - a control unit,
  • - At least one further electrical energy storage module and / or at least one further electrical energy storage cell and
  • - a switching unit.

Hintergrund der Erfindung ist, ein defektes elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine defekte elektrische Energiespeicherzelle in einfacher Art und Weise schnell und sicher durch ein redundantes weiteres elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine redundante weitere elektrische Energiespeicherzelle ersetzen zu können. Dabei ist das weitere elektrische Energiespeichermodul und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle Bestandteil des elektrischen Energiespeichersystems und ist mittels der Schalteinheit mit dem elektrischen Energiespeicher verbindbar.The background of the invention is to be able to replace a defective electrical energy storage module and / or a defective electrical energy storage cell in a simple manner quickly and safely by a redundant further electrical energy storage module and / or a redundant further electrical energy storage cell. The further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell is part of the electrical energy storage system and can be connected to the electrical energy storage device by means of the switching unit.

Dadurch bleibt die Betriebsspannung des elektrischen Energiespeichers auch bei einem Defekt eines elektrischen Energiespeichermoduls und/oder einer elektrischen Energiespeicherzelle konstant, so dass das elektrische Energiespeichersystem weiterhin verwendet werden kann, ohne geöffnet werden zu müssen.As a result, the operating voltage of the electrical energy storage device remains constant even in the event of a defect in an electrical energy storage module and / or an electrical energy storage cell, so that the electrical energy storage system can continue to be used without having to be opened.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schalteinheit signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden mit

  • - jedem der elektrischen Energiespeichermodule und/oder jeder der elektrischen Energiespeicherzellen,
  • - dem weiteren elektrischen Energiespeichermodul und/oder der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle und
  • - der Steuerungseinheit.
According to an advantageous embodiment, the switching unit is connected in a signal-conducting and / or electrically conducting manner
  • each of the electrical energy storage modules and / or each of the electrical energy storage cells,
  • - The further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell and
  • - the control unit.

Dadurch sind alle elektrischen Energiespeichermodule und/oder elektrischen Energiespeicherzellen jeweils einzeln ansteuerbar.As a result, all electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells can be controlled individually.

Von Vorteil ist es dabei, wenn die Schalteinheit eingerichtet ist, die elektrischen Energiespeichermodule des elektrischen Energiespeichers und/oder die elektrischen Energiespeicherzellen des elektrischen Energiespeichers zu verbinden oder zu überbrücken. Somit sind alle elektrischen Energiespeichermodule und/oder elektrischen Energiespeicherzellen jeweils einzeln miteinander verbindbar oder jeweils einzeln überbrückbar.It is advantageous if the switching unit is set up to connect or bridge the electrical energy storage modules of the electrical energy storage and / or the electrical energy storage cells of the electrical energy storage. Thus, all electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells can each be individually connected to one another or individually bridged.

Vorteilhafterweise ist die Schalteinheit eingerichtet, das weitere elektrische Energiespeichermodul und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch leitend zu verbinden. Von Vorteil ist dabei, dass das weitere elektrische Energiespeichermodul und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle anstelle eines defekten elektrischen Energiespeichermoduls beziehungsweise einer defekten elektrischen Energiespeicherzelle mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch leitend verbindbar ist.The switching unit is advantageously set up to conductively connect the further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell to the electrical energy storage. It is advantageous that the further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell can be electrically conductively connected to the electrical energy storage instead of a defective electrical energy storage module or a defective electrical energy storage cell.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Steuerungseinheit eine Überwachungseinrichtung aufweist, die mittels der Schalteinheit mit den elektrischen Energiespeichermodulen und/oder den elektrischen Energiespeicherzellen verbindbar ist. Dadurch sind alle elektrischen Energiespeichermodule und/oder elektrischen Energiespeicherzellen jeweils einzeln überwachbar mittels der Überwachungseinrichtung. Vorteilhafterweise ist die Überwachungseinrichtung mit Sensoren der elektrischen Energiespeichermodule und/oder elektrischen Energiespeicherzellen verbindbar, insbesondere mit Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren und/oder Drucksensoren.It is also advantageous if the control unit has a monitoring device which can be connected to the electrical energy storage modules and / or the electrical energy storage cells by means of the switching unit. As a result, all electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells can be individually monitored by means of the monitoring device. The monitoring device can advantageously be connected to sensors of the electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells, in particular to current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors and / or pressure sensors.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Schalteinheit als Multiplex-Schaltung ausgeführt ist.It is also advantageous if the switching unit is designed as a multiplex circuit.

Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung und/oder dem Fahrzeug besteht darin, dass die Vorrichtung und/oder das Fahrzeug zumindest ein elektrisches Energiespeichersystem wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Energiespeichersystem bezogenen Ansprüche aufweist.The essence of the invention in the device and / or the vehicle is that the device and / or the vehicle has at least one electrical energy storage system as described above or according to one of the claims relating to the electrical energy storage system.

Hintergrund der Erfindung ist, dass Ausfallzeiten der Vorrichtung, beispielsweise eines stationären elektrischen Energiespeichersystems, beziehungsweise des Fahrzeugs reduziert werden können. Sobald eine defekte elektrische Energiespeicherzelle und/oder ein defektes elektrisches Energiespeichermodul erkannt wurde, kann dieses durch die weitere elektrische Energiespeicherzelle und/oder das weitere elektrische Energiespeichermodul ersetzt werden. Dabei ist es nicht notwendig, das Fahrzeug in eine Werkstatt zu fahren. Stattdessen ist das Fahrzeug oder die Vorrichtung weiterhin in einem Normalmodus verwendbar solange kein weiterer Defekt auftritt für den es keinen Ersatz mehr gibt.The background of the invention is that downtimes of the device, for example of a stationary electrical energy storage system, or of the vehicle can be reduced. As soon as a defective electrical energy storage cell and / or a defective electrical energy storage module has been recognized, this can be replaced by the further electrical energy storage cell and / or the further electrical energy storage module. It is not necessary to drive the vehicle to a workshop. Instead, the vehicle or the device can continue to be used in a normal mode as long as there is no further defect for which there is no longer a replacement.

Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems, insbesondere wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das elektrische Energiespeichersystem bezogenen Ansprüche, besteht darin, dass das Verfahren die zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte aufweist:

  • wobei in einem ersten Verfahrensschritt elektrische Energiespeichermodule und/oder elektrische Energiespeicherzellen des elektrischen Energiespeichersystems überwacht werden,
  • wobei in einem zweiten Verfahrensschritt sobald ein defektes elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine defekte elektrische Energiespeicherzelle erkannt wurde, dieses elektrische Energiespeichermodul und/oder diese elektrische Energiespeicherzelle überbrückt wird und stattdessen ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine weitere elektrische Energiespeicherzelle des elektrischen Energiespeichersystems elektrisch leitend mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden wird.
The essence of the invention in the method for operating an electrical energy storage system, in particular as described above or according to one of the claims relating to the electrical energy storage system, is that the method has the chronologically successive method steps:
  • electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells of the electrical energy storage system being monitored in a first method step,
  • in a second method step, as soon as a defective electrical energy storage module and / or a defective electrical energy storage cell has been detected, this electrical energy storage module and / or this electrical energy storage cell is bridged and instead another electrical energy storage module and / or another electrical energy storage cell of the electrical energy storage system is electrically conductive with the electrical energy storage is connected.

Hintergrund der Erfindung ist, ein defektes elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine defekte elektrische Energiespeicherzelle in einfacher Art und Weise schnell und sicher durch ein redundantes weiteres elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine redundante weitere elektrische Energiespeicherzelle ersetzen zu können. Dabei ist das weitere elektrische Energiespeichermodul und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle Bestandteil des elektrischen Energiespeichersystems und ist mittels der Schalteinheit mit dem elektrischen Energiespeicher verbindbar. The background of the invention is to be able to replace a defective electrical energy storage module and / or a defective electrical energy storage cell in a simple manner quickly and safely by a redundant further electrical energy storage module and / or a redundant further electrical energy storage cell. The further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell is part of the electrical energy storage system and can be connected to the electrical energy storage device by means of the switching unit.

Von Vorteil ist es dabei, wenn in einem dritten Verfahrensschritt ein Gesamtladezustand und/oder eine Gesamtleistungsfähigkeit und/oder ein Gesamtalterungszustand des das weitere elektrische Energiespeichermodul und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle aufweisenden elektrischen Energiespeichers ermittelt wird. Dadurch ist die Reichweite eines Fahrzeugs bestimmbar.It is advantageous if, in a third method step, an overall state of charge and / or an overall performance and / or an overall aging state of the electrical energy storage device comprising the further electrical energy storage module and / or the further electrical energy storage cell is determined. The range of a vehicle can thus be determined.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der zweite Verfahrensschritt und der dritte Verfahrensschritt im Stillstand eines das elektrische Energiespeichersystem aufweisenden Fahrzeugs durchgeführt werden. Dabei fließt kein Strom in dem elektrischen Energiespeichersystem, wodurch die Schalteinheit entlastet wird.Furthermore, it is advantageous if the second method step and the third method step are carried out while a vehicle having the electrical energy storage system is stationary. No current flows in the electrical energy storage system, which relieves the switching unit.

Vorteilhafterweise wird in einem vierten Verfahrensschritt ein Anzeigemittel aktiviert, das anzeigt, dass ein elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine elektrische Energiespeicherzelle durch das weitere Energiespeichermodul und/oder die weitere Energiespeicherzelle ersetzt wurde. Somit ist für den Benutzer des elektrischen Energiespeichersystems erkennbar, dass ein defektes elektrisches Energiespeichermodul und/oder eine defekte elektrische Energiespeicherzelle vorhanden ist. Vorteilhafterweise kann dabei auch angezeigt werden, wie viele elektrische Energiespeichermodule und/oder elektrische Energiespeicherzellen bereits durch weitere elektrische Energiespeichermodule und/oder weitere elektrische Energiespeicherzellen ersetzt wurden und/oder wie viele inaktive weitere elektrische Energiespeichermodule und/oder inaktive weitere elektrische Energiespeicherzellen noch vorhanden sind.Advantageously, a display means is activated in a fourth method step, which indicates that an electrical energy storage module and / or an electrical energy storage cell has been replaced by the further energy storage module and / or the further energy storage cell. The user of the electrical energy storage system can thus recognize that a defective electrical energy storage module and / or a defective electrical energy storage cell is present. Advantageously, it can also be displayed how many electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells have already been replaced by further electrical energy storage modules and / or further electrical energy storage cells and / or how many inactive further electrical energy storage modules and / or inactive further electrical energy storage cells are still present.

Unter einem inaktiven weiteren elektrischen Energiespeichermodul wird dabei ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul verstanden, das noch nicht mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch leitend verbunden ist. Unter einer inaktiven weiteren elektrischen Energiespeicherzelle wird dabei eine weitere elektrische Energiespeicherzelle verstanden, die noch nicht mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch leitend verbunden ist.An inactive further electrical energy storage module is understood to mean a further electrical energy storage module that is not yet electrically conductively connected to the electrical energy storage. An inactive further electrical energy storage cell is understood to mean a further electrical energy storage cell which is not yet electrically conductively connected to the electrical energy storage.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn nach dem dritten Verfahrensschritt oder dem vierten Verfahrensschritt das Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt fortgesetzt wird, solange noch zumindest ein inaktives weiteres elektrisches Energiespeichermodul und/oder zumindest eine inaktive weitere elektrische Energiespeicherzelle verfügbar ist. Dadurch wird der elektrische Energiespeicher weiterhin überwacht nachdem er mit der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle und/oder dem weiteren elektrischen Energiespeichermodul verbunden wurde.Furthermore, it is advantageous if, after the third method step or the fourth method step, the method is continued with the first method step, as long as at least one inactive further electrical energy storage module and / or at least one inactive further electrical energy storage cell is available. As a result, the electrical energy storage continues monitors after it has been connected to the further electrical energy storage cell and / or the further electrical energy storage module.

Vorteilhafterweise wird in einem fünften Verfahrensschritt, nachdem ein letztes weiteres elektrisches Energiespeichermodul von mehreren weiteren elektrischen Energiespeichermodulen und/oder eine letzte weitere elektrische Energiespeicherzelle von mehreren weiteren elektrischen Energiespeicherzellen mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch leitend verbunden wurde, ein Warnsignal ausgegeben, das anzeigt, dass die defekten elektrischen Energiespeichermodule und/oder defekten elektrischen Energiespeicherzellen ausgetauscht werden müssen. Somit kann ein Benutzer des elektrischen Energiespeichersystems einen Austausch der defekten elektrischen Energiespeichermodule und/oder der defekten Energiespeicherzellen durchführen, bevor mehr elektrische Energiespeichermodule und/oder elektrische Energiespeicherzellen defekt sind als weitere elektrische Energiespeichermodule und/oder weitere elektrische Energiespeicherzellen im elektrischen Energiespeichersystem verfügbar sind.In a fifth method step, after a last further electrical energy storage module of several further electrical energy storage modules and / or a last further electrical energy storage cell of several further electrical energy storage cells has been electrically conductively connected to the electrical energy storage device, a warning signal is issued which indicates that the defective ones electrical energy storage modules and / or defective electrical energy storage cells must be replaced. A user of the electrical energy storage system can thus carry out an exchange of the defective electrical energy storage modules and / or the defective energy storage cells before more electrical energy storage modules and / or electrical energy storage cells are defective than further electrical energy storage modules and / or further electrical energy storage cells are available in the electrical energy storage system.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with reference to the exemplary embodiments, which are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.In the following section, the invention is explained on the basis of exemplary embodiments, from which further inventive features can result, but to which the invention is not restricted in its scope. The exemplary embodiments are shown in the drawings.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems 1;
  • 2 einen zeitlichen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems 1.
Show it:
  • 1 is a schematic representation of an electrical energy storage system according to the invention 1 ;
  • 2 a timing of a method according to the invention for operating an electrical energy storage system 1 ,

Das elektrische Energiespeichersystem weist auf:

  • - einen elektrischen Energiespeicher 10 aufweisend zumindest zwei in Reihe geschaltet angeordnete elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18),
  • - eine Steuerungseinheit 2,
  • - zumindest ein redundantes weiteres elektrisches Energiespeichermodul 3 und
  • - eine Schalteinheit 20.
The electrical energy storage system has:
  • - an electrical energy storage 10 comprising at least two electrical energy storage modules arranged in series ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 )
  • - a control unit 2 .
  • - At least one redundant further electrical energy storage module 3 and
  • - a switching unit 20 ,

Jedes elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) beziehungsweise jedes weitere elektrische Energiespeichermodul 3 weist jeweils zumindest eine elektrische Energiespeicherzelle 4 auf.Every electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) or any other electrical energy storage module 3 each has at least one electrical energy storage cell 4 on.

Die Schalteinheit 20 ist mit jedem der elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18), dem weiteren elektrischen Energiespeichermodul 3 und der Steuerungseinheit 2 verbunden. Dazu weist die Schalteinheit 20 für jedes elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) einen jeweiligen Anschluss (21, 22, 28) auf.The switching unit 20 is with each of the electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ), the further electrical energy storage module 3 and the control unit 2 connected. The switching unit indicates this 20 for each electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) a respective connection ( 21 . 22 . 28 ) on.

Die Schalteinheit 20 ist eingerichtet, elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des elektrischen Energiespeichers 10 zu verbinden oder zu überbrücken. Weiterhin ist die Schalteinheit 20 eingerichtet, das weitere elektrische Energiespeichermodul 3 mit dem elektrischen Energiespeicher 10 zu verbinden.The switching unit 20 is set up, electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) of the electrical energy storage 10 to connect or bridge. Furthermore, the switching unit 20 set up the further electrical energy storage module 3 with the electrical energy storage 10 connect to.

Die Schalteinheit 20 ist ansteuerbar mittels der Steuerungseinheit 2.The switching unit 20 can be controlled by means of the control unit 2 ,

Vorzugsweise weist die Schalteinheit 20 eine Multiplex-Schaltung auf. Die Multiplex-Schaltung ist als integrierte Halbleiterschaltung und/oder Logikgatter und/oder mittels optischer Schalter und/oder Analogschalter ausführbar.The switching unit preferably has 20 a multiplex circuit. The multiplex circuit can be implemented as an integrated semiconductor circuit and / or logic gate and / or by means of optical switches and / or analog switches.

Die Steuerungseinheit 2 ist mittels der Schalteinheit 20 mit den elektrischen Energiespeichermodulen und/oder dem weiteren elektrischen Energiespeichermodul 3 verbindbar. Die Steuerungseinheit 2 weist eine Überwachungseinrichtung auf. Die Überwachungseinrichtung ist mittels der Schalteinheit 20 mit zumindest einem Sensor der elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder des weiteren elektrischen Energiespeichermoduls 3 verbindbar, um einen Zustand des jeweiligen elektrischen Energiespeichermoduls (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) beziehungsweise des weiteren elektrischen Energiespeichermoduls zu überwachen. Der Sensor ist als Temperatursensor und/oder Stromsensor und/oder Spannungssensor und/oder Drucksensor ausführbar.The control unit 2 is by means of the switching unit 20 with the electrical energy storage modules and / or the further electrical energy storage module 3 connectable. The control unit 2 has a monitoring device. The monitoring device is by means of the switching unit 20 with at least one sensor of the electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) and / or the further electrical energy storage module 3 connectable to a state of the respective electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) or to monitor the further electrical energy storage module. The sensor can be designed as a temperature sensor and / or current sensor and / or voltage sensor and / or pressure sensor.

Gemäß einem weiteren in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schalteinheit mit jeder einzelnen elektrischen Energiespeicherzelle eines elektrischen Energiespeichers und mit zumindest einer redundanten weiteren elektrischen Energiespeicherzelle verbunden. Die Schalteinheit ist eingerichtet, elektrische Energiespeicherzellen des elektrischen Energiespeichers zu verbinden oder zu überbrücken. Weiterhin ist die Schalteinheit eingerichtet, die weitere elektrische Energiespeicherzelle mit dem elektrischen Energiespeicher zu verbinden.According to a further embodiment, not shown in the figures, there is a difference to the in 1 In the exemplary embodiment shown, a switching unit is connected to each individual electrical energy storage cell of an electrical energy storage and to at least one redundant further electrical energy storage cell. The switching unit is set up to connect or bridge electrical energy storage cells of the electrical energy store. Furthermore, the switching unit is set up to connect the further electrical energy storage cell to the electrical energy storage.

Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.An electrical energy store is understood to mean a rechargeable energy store, in particular an electrochemical energy storage cell and / or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and / or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, the energy storage cell is designed as a lithium-polymer battery cell or nickel-metal hydride battery cell or lead-acid battery cell or lithium-air battery cell or lithium-sulfur battery cell.

In 2 ist ein zeitlicher Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems 1 dargestellt. Das Verfahren 100 weist die folgenden zeitlich aufeinander folgenden Verfahrensschritte auf:In 2 is a timing of a method according to the invention 100 for operating an electrical energy storage system 1 shown. The procedure 100 has the following temporal successive process steps:

In einem ersten Verfahrensschritt 101 werden die elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) von einer Steuerungseinheit 2 überwacht, um ein defektes elektrisches Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) zu erkennen.In a first step 101 the electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) from a control unit 2 monitors a defective electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) to recognize.

Unter einem defekten elektrischen Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) wird dabei ein elektrisches Energiespeichermodul verstanden, dessen Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den anderen elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des elektrischen Energiespeichers 10 verschlechtert ist und/oder dessen Funktion gestört ist und/oder das stärker gealtert ist als die anderen elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder das in einem sicherheitskritischen Zustand ist.Under a defective electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) is understood to mean an electrical energy storage module, the performance of which compared to the other electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) of the electrical energy storage 10 is deteriorated and / or its function is disturbed and / or it has aged more than the other electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) and / or that is in a safety-critical state.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird, sobald ein defektes elektrisches Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) erkannt wurde, dieses elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) von der Schalteinheit 20 überbrückt und stattdessen ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul 3 von der Schalteinheit 20 elektrisch leitend mit dem elektrischen Energiespeicher 10 verbunden.In a second step 102 as soon as a defective electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) was recognized, this electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) from the switching unit 20 bridged and instead another electrical energy storage module 3 from the switching unit 20 electrically conductive with the electrical energy storage 10 connected.

Vorzugsweise wird dabei das weitere elektrische Energiespeichermodul 3 in Reihe geschaltet mit den Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des elektrischen Energiespeichers verbunden.The further electrical energy storage module is preferred 3 connected in series with the energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) of the electrical energy store connected.

In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird ein Gesamtladezustand und/oder eine Gesamtleistungsfähigkeit und/oder ein Gesamtalterungszustand des das weitere elektrische Energiespeichermodul 3 aufweisenden elektrischen Energiespeichers 10 von der Steuerungseinheit 2 ermittelt.In a third step 103 an overall state of charge and / or an overall performance and / or an overall aging state of the further electrical energy storage module 3 having electrical energy storage 10 from the control unit 2 determined.

In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird ein Anzeigemittel aktiviert, das einem Benutzer des elektrischen Energiespeichersystems 1 anzeigt, dass ein elektrisches Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) durch das weitere Energiespeichermodul 3 ersetzt wurde. Das Anzeigemittel ist beispielsweise eine Fehlerlampe oder ein akustisches Signal.In a fourth step 104 a display means is activated, which a user of the electrical energy storage system 1 indicates that an electrical energy storage module ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) by the further energy storage module 3 was replaced. The display means is, for example, an error lamp or an acoustic signal.

Nach dem dritten Verfahrensschritt 103 oder dem vierten Verfahrensschritt 104 wird der elektrische Energiespeicher 10 weiterverwendet, solange noch zumindest ein inaktives weiteres elektrisches Energiespeichermodul 3 verfügbar ist. Das Verfahren wird mit dem ersten Verfahrensschritt 101 fortgesetzt.After the third step 103 or the fourth step 104 becomes the electrical energy storage 10 continue to be used as long as at least one inactive further electrical energy storage module 3 is available. The process begins with the first step 101 continued.

In einem fünften Verfahrensschritt wird, nachdem ein letztes von mehreren weiteren elektrischen Energiespeichermodulen 3 mit dem elektrischen Energiespeicher 10 elektrisch leitend verbunden wurde, ein Warnsignal ausgegeben, das anzeigt, dass die defekten elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) ausgetauscht werden müssen.In a fifth method step, after a last one of several further electrical energy storage modules 3 with the electrical energy storage 10 has been connected in an electrically conductive manner, a warning signal is issued, which indicates that the defective electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) must be replaced.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems für ein Fahrzeug werden der zweite und dritte Verfahrensschritt im Stillstand des Fahrzeugs ausgeführt, beispielsweise an einer Ampel oder im Parkzustand.When using the method according to the invention for operating an electrical energy storage system for a vehicle, the second and third method steps are carried out when the vehicle is at a standstill, for example at a traffic light or in the parked state.

In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems mittels eines Austauschs von elektrischen Energiespeicherzellen 4 statt mittels eines Austauschs von elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) ausführbar. Dafür wird zumindest eine weitere elektrische Energiespeicherzelle mittels der Schalteinheit 20 verschaltet.In a further embodiment, not shown, the method according to the invention for operating an electrical energy storage system by means of an exchange of electrical energy storage cells 4 instead of exchanging electrical energy storage modules ( 11 . 12 . 13 . 14 . 15 . 16 . 17 . 18 ) executable. For this purpose, at least one further electrical energy storage cell by means of the switching unit 20 connected.

Unter einer defekten elektrischen Energiespeicherzelle 4 wird dabei eine elektrische Energiespeicherzelle verstanden, deren Leistungsfähigkeit im Vergleich zu den anderen elektrischen Energiespeicherzellen 4 des elektrischen Energiespeichers 10 verschlechtert ist und/oder deren Funktion gestört ist und/oder die stärker gealtert ist als die anderen elektrischen Energiespeicherzellen 4 und/oder die in einem sicherheitskritischen Zustand ist.Under a broken electrical energy storage cell 4 it becomes an electrical one Energy storage cell understood, its performance in comparison to the other electrical energy storage cells 4 of the electrical energy storage 10 is deteriorated and / or whose function is disturbed and / or which has aged more than the other electrical energy storage cells 4 and / or which is in a safety-critical state.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102009037641 A1 [0002]DE 102009037641 A1 [0002]
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Claims (13)

Elektrisches Energiespeichersystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Energiespeichersystem (1) aufweist: - einen elektrischen Energiespeicher (10) aufweisend zumindest zwei elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder zumindest zwei elektrische Energiespeicherzellen (4), - eine Steuerungseinheit (2), - zumindest ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul (3) und/oder zumindest eine weitere elektrische Energiespeicherzelle und - eine Schalteinheit (20).Electrical energy storage system (1), characterized in that the electrical energy storage system (1) comprises: - an electrical energy storage (10) comprising at least two electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or at least two electrical energy storage cells (4), - a control unit (2), - at least one further electrical energy storage module (3) and / or at least one further electrical energy storage cell and - a switching unit (20). Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20) signalleitend und/oder elektrisch leitend verbunden ist mit: - jedem der elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder jeder der elektrischen Energiespeicherzellen (4), - dem weiteren elektrischen Energiespeichermodul (3) und/oder der weiteren elektrischen Energiespeicherzelle und - der Steuerungseinheit (2).Electrical energy storage system (1) after Claim 1 , characterized in that the switching unit (20) is connected in a signal-conducting and / or electrically conducting manner to: - each of the electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or each of the electrical energy storage cells ( 4), - the further electrical energy storage module (3) and / or the further electrical energy storage cell and - the control unit (2). Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20) eingerichtet ist, elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) des elektrischen Energiespeichers und/oder elektrische Energiespeicherzellen (4) des elektrischen Energiespeichers (10) zu verbinden oder zu überbrücken.Electrical energy storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (20) is set up, electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) of the electrical energy store and / or electrical energy storage cells (4) to connect or bridge the electrical energy store (10). Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20) eingerichtet ist, das weitere elektrische Energiespeichermodul (3) und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle mit dem elektrischen Energiespeicher (10) elektrisch leitend zu verbinden.Electrical energy storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (20) is set up to electrically conductively connect the further electrical energy storage module (3) and / or the further electrical energy storage cell to the electrical energy storage (10). Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (2) eine Überwachungseinrichtung aufweist, die mittels der Schalteinheit (20) mit den elektrischen Energiespeichermodulen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder den elektrischen Energiespeicherzellen (4) verbindbar ist.Electrical energy storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit (2) has a monitoring device which by means of the switching unit (20) with the electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or the electrical energy storage cells (4) can be connected. Elektrisches Energiespeichersystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (20) als eine Multiplex-Schaltung ausgeführt ist.Electrical energy storage system (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (20) is designed as a multiplex circuit. Vorrichtung und/oder Fahrzeug aufweisend zumindest ein elektrisches Energiespeichersystem (1) nach einem Ansprüche 1 bis 6.Device and / or vehicle comprising at least one electrical energy storage system (1) according to one Claims 1 to 6 , Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend zeitlich aufeinander folgende Verfahrensschritte: wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) elektrische Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder elektrische Energiespeicherzellen (4) des elektrischen Energiespeichersystems (1) überwacht werden, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (102) sobald ein defektes elektrisches Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder eine defekte elektrische Energiespeicherzelle (4) erkannt wurde, dieses elektrische Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder diese elektrische Energiespeicherzelle überbrückt wird und stattdessen ein weiteres elektrisches Energiespeichermodul (3) und/oder eine weitere elektrische Energiespeicherzelle des elektrischen Energiespeichersystems (1) elektrisch leitend mit dem elektrischen Energiespeicher (10) verbunden wird.Method for operating an electrical energy storage system (1), in particular according to one of the Claims 1 to 6 Having temporally successive method steps: in a first method step (101) electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or electrical energy storage cells (4) of the electrical energy storage system (1) are monitored , In a second method step (102) as soon as a defective electrical energy storage module (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or a defective electrical energy storage cell (4) has been detected, this electrical energy storage module (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or this electrical energy storage cell is bridged and instead another electrical energy storage module (3) and / or another electrical energy storage cell of the electrical energy storage system (1) is electrically conductive with the electrical energy storage (10) is connected. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Verfahrensschritt (103) ein Gesamtladezustand und/oder eine Gesamtleistungsfähigkeit und/oder ein Gesamtalterungszustand des das weitere elektrische Energiespeichermodul (3) und/oder die weitere elektrische Energiespeicherzelle aufweisenden elektrischen Energiespeichers (10) ermittelt wird.Method for operating an electrical energy storage system (1) Claim 8 , characterized in that in a third method step (103) an overall state of charge and / or an overall performance and / or an overall aging state of the further electrical energy storage module (3) and / or the further electrical energy storage cell having electrical energy storage (10) is determined. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verfahrensschritt (102) und der dritte Verfahrensschritt (103) im Stillstand eines das elektrische Energiespeichersystem (1) aufweisenden Fahrzeugs durchgeführt werden.Method for operating an electrical energy storage system (1) Claim 9 , characterized in that the second method step (102) and the third method step (103) are carried out while a vehicle having the electrical energy storage system (1) is stationary. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt (104) ein Anzeigemittel aktiviert wird, das anzeigt, dass ein elektrisches Energiespeichermodul (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder eine elektrische Energiespeicherzelle (4) durch das weitere Energiespeichermodul (3) und/oder die weitere Energiespeicherzelle ersetzt wurde.Method for operating an electrical energy storage system (1) according to one of the Claims 8 to 10 , characterized in that in a fourth method step (104) a display means is activated which indicates that an electrical energy storage module (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or an electrical energy storage cell (4) was replaced by the further energy storage module (3) and / or the further energy storage cell. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem dritten Verfahrensschritt (103) oder dem vierten Verfahrensschritt (104) das Verfahren mit dem ersten Verfahrensschritt (101) fortgesetzt wird, solange noch zumindest ein inaktives weiteres elektrisches Energiespeichermodul (3) und/oder zumindest eine inaktive weitere elektrische Energiespeicherzelle verfügbar ist.Method for operating an electrical energy storage system (1) according to one of the Claims 9 to 11 , characterized in that after the third method step (103) or the fourth method step (104) the method continues with the first method step (101) as long as at least one inactive further electrical energy storage module (3) and / or at least one inactive further electrical energy storage cell is available. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt (105), nachdem ein letztes weiteres elektrisches Energiespeichermodul (3) von mehreren weiteren elektrischen Energiespeichermodulen (3) und/oder eine letzte weitere elektrische Energiespeicherzelle von mehreren weiteren elektrischen Energiespeicherzellen mit dem elektrischen Energiespeicher (10) elektrisch leitend verbunden wurde, ein Warnsignal ausgegeben wird, das anzeigt, dass die defekten elektrischen Energiespeichermodule (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) und/oder defekten elektrischen Energiespeicherzellen ausgetauscht werden müssen.Method for operating an electrical energy storage system (1) according to one of the Claims 8 to 12 , characterized in that in a fifth method step (105) after a last further electrical energy storage module (3) from a plurality of further electrical energy storage modules (3) and / or a last further electrical energy storage cell from a plurality of further electrical energy storage cells with the electrical energy storage (10) was connected in an electrically conductive manner, a warning signal is output which indicates that the defective electrical energy storage modules (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18) and / or defective electrical energy storage cells must be replaced.
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