DE102009020178A1 - System for storing energy - Google Patents

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Abstract

Es wird ein System (100) zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. Das beschriebene Energiespeichersystem (100) weist auf einen ersten Energiespeicher (110) mit einer ersten Steuereinheit (115) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers (110), einen zweiten Energiespeicher (120) mit einer zweiten Steuereinheit (125) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers (120), und übergeordnete Steuereinheit (150) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern (110, 120), welche den ersten Energiespeicher (110) und den zweiten Energiespeicher (120) umfasst. Es wird ferner ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen System (100) zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. Außerdem wird ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Energiespeichersystems (100) beschrieben.A system (100) for storing electrical energy is described. The energy storage system (100) described has a first energy store (110) with a first control unit (115) for controlling the operation and monitoring of the state of the first energy store (110), a second energy store (120) with a second control unit (125) Controlling the operation and monitoring of the state of the second energy storage device (120), and higher-level control unit (150) for controlling the operation and monitoring of the state of a totality of energy storage devices (110, 120) comprising the first energy storage device (110) and the second energy storage device (110). 120). A motor vehicle having such a system (100) for storing electrical energy is also described. In addition, a method of manufacturing such an energy storage system (100) will be described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Speicherung von elektrischer Energie. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein System zum Speichern von elektrischer Energie, welches zumindest zwei Energiespeicher aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen System zum Speichern von elektrischer Energie. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Energiespeichersystems.The The present invention relates to the technical field of storage of electrical energy. The present invention particularly relates to System for storing electrical energy, which at least has two energy storage. The present invention relates Furthermore, a motor vehicle with such a system for storing electrical energy. Furthermore The present invention relates to a method of manufacturing such an energy storage system.

Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge bezeichnet man Fahrzeuge, die ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden. Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahrzeuge genannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen bestehen allgemein aus einer Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einem Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einem elektrochemischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine für den Antrieb.When Hybrid or electric vehicles are called vehicles, the whole or partially powered by electrical energy. motor vehicles with hybrid drive, also called hybrid vehicles, have, for example an internal combustion engine, an electric machine and one or more electrochemical energy storage on. Electric vehicles with fuel cells generally consist of a fuel cell for energy conversion, a tank for liquid or gaseous Energy, an electrochemical energy storage and an electrical machine for the Drive.

Die elektrische Maschine eines Hybridfahrzeuges ist in der Regel als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator er möglicht sie beispielsweise beim Bremsen eine Rekuperation (Energie-Rückgewinnung) von Bewegungsenergie in elektrische Energie, die später wieder für den Antrieb genutzt werden kann.The electric machine of a hybrid vehicle is usually called Starter / generator and / or electric drive executed. When Starter / Generator replaces the normally available starter and the alternator. In an embodiment as an electric drive can be an extra Torque, d. H. an acceleration torque, to propel the vehicle be contributed by the electric machine. As a generator he allows them For example, when braking a recuperation (energy recovery) of kinetic energy into electrical energy, later again for the Drive can be used.

Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt. Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen.at a pure electric vehicle, the drive power alone an electric machine provided. Both vehicle types, Hybrid and electric vehicle is common that large amounts of electrical energy provided and transferred.

Die Steuerung des Energieflusses bei einem Hybridfahrzeug erfolgt typischerweise mittels einer Elektronik, welche allgemein auch kurz als Hybrid-Controller bezeichnet wird. Der Hybrid-Controller entscheidet unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll.The Control of the energy flow in a hybrid vehicle is typically by means of electronics, which generally also short as a hybrid controller referred to as. Among other things, the hybrid controller decides whether and in what quantity energy is taken from the energy store or supplied shall be.

Die Energieentnahme aus einer Brennstoffzelle oder einem Energiespeicher dient allgemein zur Darstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Speichers bzw. zur Wandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie d. h. dem regenerativen Bremsen.The Energy extraction from a fuel cell or an energy storage is generally used to represent drive power and to supply the Vehicle electrical system. The energy supply serves to charge the Memory or for the conversion of kinetic energy into electrical Energy d. H. regenerative braking.

Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann auch während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie stellt typischerweise der Verbrennungsmotor bereit.Of the Energy storage for Hybrid applications can also be during of the driving operation are recharged. The energy required for this typically provides the internal combustion engine.

Je nach Anwendung eines elektrischen Energiespeichers beispielsweise für (a) Hybridfahrzeuge, (b) sog. Plug-in Hybride, die über eine stationäre Steckdose aufgeladen werden können, oder (c) Elektrofahrzeuge werden derzeit von elektrischen Energiespeichern Spitzenleistungen im Bereich zwischen 10 kW und 200 kW gefordert. Die höheren Spitzenleistungen müssen dabei für den Betrieb von elektrifizierten Nutzfahrzeugen bereitgestellt werden.ever after application of an electrical energy storage, for example for a) Hybrid vehicles, (b) so-called plug-in Hybrids that over a stationary outlet can be charged or (c) Electric vehicles are currently receiving electrical energy storage Peak performance in the range between 10 kW and 200 kW required. The higher ones Excellence must for the operation of electrified commercial vehicles are provided.

Eine wichtige Anforderung, die von elektrischen Energiespeichern erfüllt werden sollte, besteht daher darin, ein Optimum des Produktes aus Spannung und Strom für eine geforderte Leistung zu finden. In diese Optimierungsbetrachtung gehen Material- und Kostenaspekte mit ein. So hat sich beispielsweise herausgestellt, dass für ein vorgesehenes Anwendungsgebiet eine Systemauslegung sowohl auf sehr hohe Spannungen als auch sehr hohe Ströme bezogen auf eine einzelne Baugruppe kontraproduktiv wirkt.A important requirement that are met by electrical energy storage should, therefore, is an optimum of the product of tension and electricity for to find a required service. In this optimization consideration Material and cost aspects are taken into account. So, for example that proved for an intended area of application is a system design both on very high voltages as well as very high currents relative to a single one Assembly counterproductive acts.

Typische Maximalspannungen für einen elektrischen Energiespeicher, der im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt werden soll, liegen zwischen 100 V und 450 V. Die resultierenden Ströme können im Pulsbetrieb bis zu 400 A erreichen. Spannungen und Ströme über den genannten Werten führen üblicher Weise zu einem deutlich gesteigerten Aufwand beim Design von elektrischen Energiespeichersystemen in Hinblick auf (a) die Verfügbarkeit von einzelnen Systemkomponenten, (b) das mechanische Design und (c) die elektrische Sicherheit.typical Maximum voltages for an electrical energy storage, in the field of automotive technology used are between 100 V and 450 V. The resulting streams can reach up to 400 A in pulse mode. Voltages and currents over the these values are more common Way to a significantly increased effort in the design of electrical Energy storage systems in terms of (a) availability of individual system components, (b) the mechanical design and (c) the electrical safety.

Der vorliegenden Erfindung liegt die vorrichtungsbezogene Aufgabe zugrunde, ein System zum Speichern von elektrischer Energie zu schaffen, welches auf einfache Weise an die jeweiligen elektrischen Anforderungen angepasst werden kann. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die verfahrensbezogene Aufgabe zugrunde, ein sicheres Herstellungsverfahren für das System zum Speichern von elektrischer Energie anzugeben.Of the The present invention is based on the device-related object, to provide a system for storing electrical energy which in a simple way to the respective electrical requirements can be adjusted. The present invention is also the procedural task underlying a safe manufacturing process for the Specify system for storing electrical energy.

Diese Aufgaben werden gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.These Tasks are solved through the objects the independent one Claims. Advantageous embodiments The present invention is described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Speichern von elektrischer Energie beschrieben. Das beschriebene Energiespeichersystem weist auf (a) einen ersten Energiespeicher mit einer ersten Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers, (b) einen zweiten Energiespeicher mit einer zweiten Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers, und (c) eine übergeordnete Steuereinheit zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern, welche den ersten Energiespeicher und den zweiten Energiespeicher umfasst.According to a first aspect of the invention a system for storing electrical energy is described. The energy storage system described has (a) a first energy store with a first control unit for controlling the operation and monitoring of the state of the first energy store, (b) a second energy store with a second control unit for controlling the operation and monitoring the state of the second energy store, and (C) a higher-level control unit for controlling the operation and monitoring the state of a total of energy stores, which comprises the first energy storage and the second energy storage.

Dem beschriebenen Energiespeichersystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mehrere Energiespeicher, welche mit ihrer Steuereinheit jeweils eine eigene ”Intelligenz” aufweisen, mittels der übergeordneten Steuereinheit zu einem Gesamtsystem zusammengeschaltet werden können. Die durch die jeweilige Steuereinheit bereitgestellte individuelle ”Intelligenz” der einzelnen Energiespeicher kann auch dafür ausgenutzt werden, dass der jeweilige Energiespeicher auch alleine zum Speichern und/oder zum Abgeben von elektrischer Energie betrieben werden könnte. Erfindungsgemäß sind jedoch die zumindest zwei Energiespeicher derart zusammengeschaltet, dass das Energiespeichersystem nach außen hin als ein Energiespeichersystem mit einer entsprechend hohen Leistung erscheint. Dabei können bevorzugt alle Funktionalitäten, welche die individuellen Steuereinheiten für die einzelnen Energiespeicher bereitstellen, von der übergeordneten Steuereinheit in entsprechender Weise für das Gesamtsystem bereitgestellt werden.the The energy storage system described is based on the knowledge that several energy storage, which with their control unit respectively have their own "intelligence", by means of the parent Control unit can be interconnected to form an overall system. The provided by the respective control unit individual "intelligence" of the individual Energy storage can also do that be exploited that the respective energy storage alone operated for storing and / or outputting electrical energy could be. However, according to the invention the at least two energy storage connected in such a way that the energy storage system to the outside as an energy storage system with a correspondingly high performance appears. In this case, preferably all functionalities which the individual control units for each energy storage deploy, from the parent Control unit provided in a corresponding manner for the entire system become.

Bei dem beschriebenen Energiespeichersystem können die einzelnen Energiespeicher, welche jeweils eine individuelle Steuereinheit aufweisen, als Module bzw. modulare Komponenten aufgefasst werden. Die Aufgaben zum Management des gesamten Energiespeichersystems können dabei auf die übergeordnete Steuereinheit und auf die erste und die zweite Steuereinheit verteilt werden.at the described energy storage system, the individual energy storage, which each have an individual control unit, as modules or modular components. The tasks of management of the entire energy storage system can on the parent Control unit and distributed to the first and the second control unit become.

Abhängig von der gewünschten Gesamtleistung kann im Prinzip eine beliebige Anzahl derartiger Energiespeichermodule zu dem beschriebenen Energiespeichersystem zusammen geschaltet werden. Durch den beschrieben modularen Aufbau kann das Energiespeichersystem für eine Vielzahl von verschiedenen Leistungsklassen optimal ausgelegt werden. Durch den modularen Aufbau kann das beschriebene Energiespeichersystem besonders leistungsstark ausgelegt werden und zudem in der Handhabung sehr sicher sein.Depending on the desired Overall performance can in principle be any number of such energy storage modules be switched together to the energy storage system described. By the described modular design, the energy storage system for one Variety of different performance classes are optimally designed. Due to the modular design, the described energy storage system be designed particularly powerful and also in the handling be very sure.

Der modulare Aufbau des Gesamtspeichersystems ermöglicht große Freiheitsgrade in der Gesamtgestaltung eines Kraftfahrzeugs, welches zumindest teilweise von einem elektrischen Antrieb angetrieben wird. Das Gesamtspeichersystem kann nämlich auf mehrere elektrisch miteinander verbundene Teilsystems verteilt werden, welche häufig einfacher im Fahrzeug platziert werden können. Wie bereits angedeutet, kann des Weiteren durch die Verschaltung von mehreren vergleichsweise kleinen Energiespeichern das Handling im Vergleich zu einem einzelnen deutlich größeren Energiespeicher erleichtert werden.Of the modular design of the total storage system allows great freedom in the overall design a motor vehicle, which at least partially of an electric Drive is driven. Namely, the total memory system can be up several electrically interconnected subsystems are distributed, which often easier to place in the vehicle. As already indicated, Furthermore, by the interconnection of several comparatively small energy stores handling compared to a single one significantly larger energy storage be relieved.

Auch in der Herstellung des Gesamtspeichersystems lassen sich Vorteile erzielen. So ist es aufgrund des modularen Aufbaus möglich, verschiedene Leistungsklassen von Energiespeichern auf einer Fertigungslinie zu produzieren.Also In the production of the total storage system can be advantages achieve. So it is possible due to the modular design, different Performance classes of energy storage devices on a production line to produce.

Es wird darauf hingewiesen, dass in diesem Dokument der Begriff ”Steuern” sehr weit auszulegen ist. Der Begriff Steuern kann dabei insbesondere ein rückkopplungsfreies Steuern oder ein rückkopplungsbehaftetes Regeln umfassen. Im Falle einer rückkopplungsbehafteten Regelung ist selbstverständlich noch zumindest ein geeigneter Sensor erforderlich, welcher den aktuellen Betriebszustand der Energiespeichermodule und/oder des beschriebenen gesamten Energiespeichersystems erfasst. Dabei kann der Sensor ein beliebiger Sensor sein, welche eine physikalische und/oder eine chemische Messgröße erfasst. Die physikalische Messgröße kann beispielsweise die/der von den einzelnen Energiespeichermodulen oder dem gesamten Energiespeichersystem bereit gestellte elektrische Spannung bzw. Strom sein. Ferner kann beispielsweise die Temperatur der Umgebung und/oder der einzelnen Energiespeicher eine wichtige Messgröße sein, welche bei einer Regelung der Energiespeichermodule und/oder des gesamten Energiespeichersystems berücksichtigt wird. Eine chemische Messgröße kann beispielsweise der aktuelle chemische Zustand zumindest einer elektrochemischen Energiespeicherzelle sein, welche zur Speicherung von elektrischer Energie in dem ersten Energiespeicher und/oder dem zweiten Energiespeicher verwendet wird.It It should be noted that in this document the term "taxes" is very far is to be interpreted. The term taxes can in particular be a feedback-free Taxes or a feedback Rules include. In the case of a feedback-based scheme is self-evident still at least one suitable sensor required, which the current Operating state of the energy storage modules and / or the described entire Energy storage system recorded. The sensor can be any Be sensor that detects a physical and / or a chemical measure. The physical measurand can be, for example the one from the individual energy storage modules or the whole Energy storage system provided electrical voltage or Be electricity. Further, for example, the temperature of the environment and / or the individual energy storage be an important measure, which in a regulation of the energy storage modules and / or the entire energy storage system is taken into account. A chemical Measure can, for example the current chemical state of at least one electrochemical Energy storage cell, which for the storage of electrical energy in the first energy store and / or the second energy store is used.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eine in Bezug auf die beiden Energiespeicher externe Steuereinheit, welche mit der ersten Steuereinheit und mit der zweiten Steuereinheit gekoppelt ist. Dies bedeutet dass das beschriebene Energiespeichersystem hierarchisch aufgebaut ist. Die übergeordnete Steuereinheit kann demzufolge auch als zentrale Steuereinheit bezeichnet werden.According to one embodiment The invention is the parent Control unit external with respect to the two energy storage Control unit, which with the first control unit and with the second Control unit is coupled. This means that the described Energy storage system is hierarchically structured. The parent Control unit can therefore also be referred to as a central control unit become.

Es wird darauf hingewiesen, dass von der zentralen Steuereinheit auch mehr als zwei Energiespeicher gesteuert werden können. Die einzelnen Energiespeicher können zueinander in Serie und/oder parallel geschaltet sein.It It is noted that from the central control unit too more than two energy stores can be controlled. The individual energy storage can be connected to each other in series and / or in parallel.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die erste Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit mittels einer Master-Steuereinheit realisiert, wobei die Master-Steuereinheit dem ersten Energiespeicher zugeordnet ist. Dies bedeutet, dass das beschriebene Energiespeichersystem nach dem Prinzip eines Master-Slave Systems aufgebaut ist, wobei der zweite Energiespeicher und ggf. weitere Energiespeicher dem ersten Energiespeicher untergeordnet ist.According to one another embodiment of the Invention are the first control unit and the higher-level control unit realized by means of a master control unit, wherein the master control unit associated with the first energy store. This means that described energy storage system according to the principle of a master-slave system is constructed, wherein the second energy storage and possibly further Energy storage is subordinate to the first energy storage.

Im Vergleich zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einer zentralen Steuereinheit, welche zwar mit beiden Energiespeichern gekoppelt jedoch keinem Energiespeicher explizit zugeordnet ist, kann mit einem Master-Slave System eine Steuereinheit eingespart werden. Dies bedeutet, dass ein Energiespeichersystem mit n Teilsystemen genau eine Master-Steuereinheit bzw. einen MasterController und n – 1 Slave Steuereinheiten benötigt.in the Comparison to the embodiment described above with a central Control unit, which coupled with both energy storage However, no energy storage is explicitly assigned, can with a master-slave system a control unit can be saved. This means that an energy storage system with n subsystems exactly a master control unit or a master controller and n - 1 slave control units required.

Das hier vorgestellte Prinzip erfordert somit auf vorteilhafte Weise für jedes Teilsystem bzw. jeden Energiespeicher lediglich nur eine Steuereinheit bzw. Controller. Weitere Steuereinheiten bzw. Controller sind nicht notwendig. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand für Hardware und Software sowie die Kosten für die Hardware. Bei der Realisierung eines Master-Slave Energiespeichersystems kann es vorteilhaft sein, wenn möglichst viele Funktionen auf dem Master-Controller realisiert sind. Hierdurch kann der Slave-Controller vereinfacht werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Energiespeichersystem mehrere zweite Energiespeicher mit jeweils einem einfachen und damit auch preiswerten Slave-Controller aufweist. Ferner können sich weitere Kostenvorteile durch die Einsparung eines Gehäuses für eine externe bzw. zentrale Steuereinheit und dem daraus resultierenden geringeren Aufwand für eine Verdrahtung bzw. eine Verschaltung ergeben.The The principle presented here thus advantageously requires for each Subsystem or each energy storage only only one control unit or controller. Further control units or controllers are not necessary. This reduces the development effort for hardware and software as well as the cost of the hardware. In the realization of a master-slave energy storage system It may be advantageous if possible many functions are implemented on the master controller. hereby the slave controller can be simplified. This is special then advantageous if the energy storage system several second Energy storage, each with a simple and therefore inexpensive slave controller has. Furthermore, can Further cost advantages by saving a housing for an external or central control unit and the resulting lower Effort for one Wiring or an interconnection result.

Im Vergleich zu der oben beschriebenen Ausführungsform mit einer zentralen Steuereinheit ist der apparative Aufwand bei dem an dieser Stelle beschriebenen Master-Slave Energiespeichersystem reduziert. Dies gilt sowohl für den Aufwand für Hardware als auch für den Aufwand für eine geeignete Software. Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass weniger potentielle Fehlerquellen innerhalb des Gesamtsystems vorhanden sind. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des gesamten Energiespeichersystems.in the Comparison with the embodiment described above with a central one Control unit is the apparatus required at this point described master-slave energy storage system reduced. This applies to both the effort for Hardware as well for the effort for a suitable software. Another advantage may be that There are fewer potential sources of error within the overall system are. This increases the reliability of the entire energy storage system.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher parallel und/oder in Serie zueinander angeordnet. Im Falle einer Serienschaltung kann dabei vorwiegend eine hohe Ausgangsspannung des beschriebenen Energiespeichersystems realisiert werden. Im Falle einer Parallelschaltung kann vorwiegend eine hohe Stromstärke von dem Energiespeichersystem bereitgestellt werden.According to one another embodiment of the Invention are the first energy storage and the second energy storage arranged parallel and / or in series with each other. In case of a Series connection can be predominantly a high output voltage the described energy storage system can be realized. In the event of a parallel connection can mainly a high current of be provided to the energy storage system.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste und/oder der zweite Energiespeicher (a) ein elektrochemischer Energiespeicher, (b) ein elektrostatischer Energiespeicher und/oder (c) eine Brennstoffzelle. Der elektrochemische Energiespeicher kann ein beliebiger Akku wie beispielsweise eine Nickel-Metallhydrid-Zelle oder ein Lithium- Ionen-Energiespeicher sein. Der elektrostatische Energiespeicher kann beispielsweise ein Doppelschichtkondensator sein.According to one another embodiment of the Invention is the first and / or the second energy store (a) an electrochemical energy store; (b) an electrostatic energy store Energy storage and / or (c) a fuel cell. The electrochemical Energy storage can be any battery such as a Nickel-metal hydride cell or a lithium-ion energy storage. The electrostatic Energy storage, for example, a double-layer capacitor be.

Ein Lithium-Ionen-Energiespeicher kann mehrere Einzelzellen aufweisen, die seriell und/oder parallel verschaltet werden. Die Anzahl und die Verschaltung der Einzelzellen kann abhängig von der Spannung und/oder von dem Strom gewählt werden, wobei die Spannung und/oder der Strom von dem Lithium-Ionen-Energiespeicher bereitgestellt werden soll. So fordern unterschiedliche Applikationen wie beispielsweise Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder Anwendungen im Nutzfahrzeugbereich Spitzenleistungen zwischen 10 und 200 kW. Typische Spannungen liegen im Bereich zwischen 100 und 500 V. Im Nutzfahrzeugbereich sind Spannungen von bis zu 900 V zu erwarten. Die Stromstärke kann in einem Pulsbetrieb Spitzenwerte bis zu 400 A erreichen.One Lithium-ion energy storage can have several single cells, which are connected in series and / or in parallel. The number and the interconnection of the individual cells may depend on the voltage and / or chosen from the stream be provided, wherein the voltage and / or the current provided by the lithium-ion energy storage shall be. So demand different applications such as Hybrid vehicles, electric vehicles or applications in the commercial vehicle sector Peak power between 10 and 200 kW. Typical voltages are in the range between 100 and 500 V. In the commercial vehicle sector are voltages of up to 900V to be expected. The current can be in a pulsed mode Peak values up to 400 A can be achieved.

Im Vergleich zu anderen Kondensatoren weisen Doppelschicht-Kondensatoren, welche den beteiligten Fachkreisen auch unter den Begriffen bzw. Markennamen Goldcaps, Supercaps, Boostcaps oder Ultracaps geläufig sind, eine deutlich größere Kapazität auf. Die hohe Kapazität dieser Kondensatoren und damit die Möglichkeit der effektiven elektrostatischen Energiespeicherung beruht auf (a) einer großen Elektrodenfläche und (b) der Dissoziation von Ionen in einem flüssigen Elektrolyt, welches typischerweise ein Dielektrikum mit einer Dicke von nur wenigen Atomlagen bildet.in the Compared to other capacitors have double-layer capacitors, which the experts involved also under the terms or brand names Goldcaps, Supercaps, Boostcaps or Ultracaps are common, a much larger capacity. The high capacity of these capacitors and thus the possibility of effective electrostatic Energy storage relies on (a) a large electrode area and (b) the dissociation of ions in a liquid electrolyte, which typically a dielectric with a thickness of only a few Atomic layers forms.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist zumindest einer der beiden Energiespeicher ein Schaltelement zum Zuschalten und/oder zum Abschalten des einen der beiden Energiespeicher zu dem System auf. Die Verwendung von zumindest einem Schaltelement für den betreffenden Energiespeicher hat den Vorteil, dass dieser dynamisch zu dem Gesamtenergie speichersystem zugeschaltet und von dem restlichen Gesamtenergiespeichersystem herausgenommen werden kann. Der Schaltzustand des Schalelements kann dabei von der betreffenden individuellen Steuereinheit und/oder von der übergeordneten Steuereinheit gesteuert werden. Selbstverständlich muss im Falle einer Serienschaltung die Stelle, an der ein Energiespeicher herausgenommen wird, durch eine geeignete elektrische Verbindung überbrückt werde.According to one another embodiment of the Invention, at least one of the two energy storage, a switching element for switching on and / or switching off the one of the two energy storage to the system. The use of at least one switching element for the Energy storage concerned has the advantage that this dynamic switched to the total energy storage system and from the rest Total energy storage system can be taken out. The switching state of the formwork element can thereby of the individual concerned Control unit and / or from the parent Controlled control unit. Of course, in the case of a Series connection the point at which an energy storage device removed is bridged by a suitable electrical connection.

Das Zuschalten und/oder das Abtrennen von Energiespeicher(n) kann nicht nur im laufenden Betrieb des Energiespeichersystems durchgeführt werden. Das Zuschalten und/oder das Abtrennen kann auch erfolgen um für eine betreffende Bedienperson gefahrlos eine oder mehrere Energiespeicher gegen einen oder gegen mehrere neue Energiespeicher auszutauschen, um einen oder mehrere Energiespeicher dauerhaft von dem System zu entfernen und so die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu reduzieren oder um einen oder mehrere Energiespeicher dauerhaft dem System hinzuzufügen und somit die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems zu erhöhen.The It is not possible to switch on and / or disconnect the energy store (s) only be carried out during operation of the energy storage system. The connection and / or the disconnection can also be done in order for a relevant Operator safely one or more energy storage against a or to exchange for several new energy stores to one or permanently remove multiple energy stores from the system and so the performance to reduce the overall system or to one or more energy storage permanently add to the system and thus the performance of the overall system.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, eine von dem System bereitgestellte Spannung und/oder einen von dem System bereitgestellten Strom zu messen. Die übergeordnete Steuereinheit kann somit durch eine einfach durchzuführende Messung den Betriebszustand des zumindest zwei Energiespeichermodule aufweisenden gesamten Energiespeichersystems erfassen.According to one another embodiment of the Invention is the parent Control unit configured, a voltage provided by the system and / or to measure a current provided by the system. The parent Control unit can thus by a simple measurement to be performed the operating state of the at least two energy storage modules having capture entire energy storage system.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass möglicher Weise auch eine der beiden individuellen Steuereinheiten jeweils die Spannung und/oder den Strom erfassen kann, welche bzw. welcher von dem jeweiligen Energiespeicher bereit gestellt wird. Die erfasste individuelle Spannung bzw. der er fasste individuelle Strom kann dann bei der Steuerung des jeweiligen einzelnen Energiespeichers berücksichtigt werden.In In this context it is pointed out that possible Also, one of the two individual control units respectively can detect the voltage and / or the current, which or which is provided by the respective energy storage. The captured individual voltage or he summed up individual power can then in the control of each individual energy storage considered become.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, eine Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten durchzuführen, welche unterschiedlichen Spannungsnetzen zugeordnet sind.According to one another embodiment of the Invention is the parent Control unit is set up, an insulation monitoring between different Perform components, which different voltage networks are assigned.

Die Komponenten können dabei dem beschriebenen System bzw. Energiespeichersystem oder einer technischen Vorrichtung zugeordnet sein, welche mit dem Energiespeichersystem gekoppelt ist. Die technische Vorrichtung kann beispielsweise ein Fahrzeug sein, welches zumindest teilweise von dem Energiespeichersystem mit elektrischer Energie versorgt wird.The Components can doing the described system or energy storage system or a be associated with technical device, which with the energy storage system is coupled. The technical device can, for example, a Vehicle, which is at least partially from the energy storage system is supplied with electrical energy.

Die Isolationsüberwachung kann beispielsweise zwischen dem Netz des Energiespeichersystems, welches typischerweise ein Hochspannungsnetz mit einer Spannung von beispielsweise bis zu 1000 V ist, und dem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges sein, welches beispielsweise ein Spannungsniveau von 12 V oder 24 V aufweist. Ferner kann die Isolationsüberwachung auch zwischen beliebigen Spannungsnetzen und einem Massepotential durchgeführt werden, welches typischerweise an einem Chassis des Kraftfahrzeugs anliegt.The insulation monitoring For example, between the network of the energy storage system, which is typically a high voltage network with a voltage from, for example, up to 1000 V, and be the electrical system of a motor vehicle, which has a voltage level of 12 V or 24 V, for example. Furthermore, the insulation monitoring also between any voltage networks and a ground potential carried out which is typically on a chassis of the motor vehicle is applied.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zentrale Steuereinheit eingerichtet, einen Ladungszustand und/oder die Leistungsfähigkeit der Gesamtheit von Energiespeichern zu bestimmen.According to one another embodiment of the Invention, the central control unit is set up, a state of charge and / or the performance to determine the totality of energy storage.

Anhand des Ladungszustandes, welcher auch als ”State of Charge” (SOC) bezeichnet wird, kann beispielsweise entschieden werden, ob es sinnvoll ist, die einzelnen Energiespeicher weiter aufzuladen. Die Leistungsfähigkeit, welche auch als ”State of Function” (SOF) bezeichnet wird, kann dabei ein Maß dafür sein, welche elektrische Energie unter den gegebenen Bedingungen, beispielsweise der Temperatur, von dem Energiespeichersystem bereit gestellt werden kann bzw. bereitgestellt werden könnte.Based the state of charge, which is also known as "state of charge" (SOC) For example, it can be decided whether it makes sense is to continue to charge the individual energy storage. The efficiency, which also as "State of Function "(SOF) may be a measure of which electrical Energy under the given conditions, such as temperature, provided by the energy storage system could be.

Der SOC und/oder die SOF können basierend auf Informationen ermittelt werden, welche von den einzelnen individuellen Steuereinheiten der übergeordneten Steuereinheit zur Verfügung gestellt werden. In diesem Sinn kann durch die übergeordnete Steuereinheit eine Aufbereitung der individuellen Werte für den SOC und/oder die SOF vorgenommen werden, welche von den individuellen Steuereinheiten zur Verfügung gestellt werden.Of the SOC and / or the SOF can based on information to be determined, which of the individual individual control units of the higher-level control unit to disposal be put. In this sense, through the parent control unit a preparation of the individual values for the SOC and / or the SOF which are made by the individual control units to disposal be put.

Die Ermittlung des SOC- und/oder des SOF Wertes kann beispielsweise auf einfache Weise dadurch erfolgen, das jeweils der schlechtere bzw. der kritischere der beiden Werte als Gesamtwert verwendet wird, welche beiden Werte für den SOC oder für die SOF von den beiden individuellen Steuereinheiten an die übergeordnete Steuereinheit gemeldet werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass es ebenso möglich ist, dass die übergeordnete Steuereinheit den SOC und/oder die SOF anhand von eigenen Messungen ermittelt.The Determining the SOC and / or the SOF value, for example done in a simple way, the worse each or the more critical of the two values is used as the total value, which two values for the SOC or for the SOF from the two individual control units to the parent Control unit to be reported. It is noted, however, that it is possible as well is that the parent Control unit the SOC and / or the SOF based on their own measurements determined.

Die übergeordnete Steuereinheit kann auch einen sog. zyklischen Wake-Up der zumindest zwei Einzelenergiespeicher initiieren, bei dem die jeweilige individuelle Steuereinheit zu vorbestimmten Zeiten die individuellen Werte für den SOC und/oder die SOF ermitteln und dann an die zentrale Steuereinheit melden. Die für den zyklischen Wake-Up erforderliche Stromversorgung kann dabei von der übergeordneten Steuereinheit bereitgestellt werden.The parent Control unit may also have a so-called. Cyclic wake-up of at least initiate two single energy storage in which the respective individual Control unit at predetermined times the individual values for the SOC and / or determine the SOF and then report to the central control unit. The for The cyclic wake-up required power supply can thereby from the parent Be provided control unit.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eingerichtet, einen Ausgleich zwischen beiden Energiespeichern zu steuern. Der Ausgleich kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass innerhalb eines Energiespeichers durch gezielte Ladung und/oder Entladung bestimmter Einzelzellen eine homogene bzw. gleichmäßige Ladungsverteilung zwischen den Einzelzellen erreicht wird. In einem nachfolgenden Schritt können dann die beiden Energiespeicher hinsichtlich ihres Ladungszustandes aneinander angeglichen werden.According to a further exemplary embodiment of the invention, the superordinate control unit is set up to control a balance between the two energy stores. The compensation can be realized, for example, by achieving a homogeneous or uniform charge distribution between the individual cells within an energy store by targeted charging and / or discharging of specific individual cells. In one after Following step then the two energy storage can be adjusted in terms of their state of charge to each other.

Der Ausgleich kann ferner ein Ausgleich des Ladungszustandes sein. Ein ungleicher Ladungszustand kann beispielsweise durch eine gezielte Teilentladung eines Energiespeichers realisiert werden.Of the Compensation can also be a compensation of the state of charge. One Unequal charge state, for example, by a targeted Partial discharge of an energy storage can be realized.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die übergeordnete Steuereinheit einen Spannungswandler auf. Der Spannungswandler kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass eine Bordnetzspannung eines Fahrzeugs, welches mit dem beschriebenen Energiespeichersystem ausgestattet ist, in eine Spannung umgewandelt wird, welche einer Versorgung der individuellen Steuereinheiten dient. So kann beispielsweise eine Versorgungsspannung in Höhe von 12 V für die individuellen Steuereinheiten erzeugt werden, indem eine Bordnetzspannung in Höhe von 24 V, wie sie beispielsweise für Lastkraftfahrzeuge verwendet wird, in bekannter Weise reduziert wird.According to one another embodiment of the Invention has the parent Control unit on a voltage converter. The voltage converter can For example, be used to that a vehicle electrical system voltage a vehicle equipped with the described energy storage system is transformed into a voltage which is a supply the individual control units serves. So, for example a supply voltage in height from 12V for The individual control units are generated by a vehicle electrical system voltage in height of 24 V, as used for example for trucks is reduced in a known manner.

Es wird darauf hingewiesen, dass eine Spannungswandlung auch eine Spannungserhöhung umfassen kann. Dies kann dann erforderlich sein, wenn die Bordnetzspannung eines Fahrzeugs kleiner ist als die Versorgungsspannung, welche für den Betrieb der individuellen Steuereinheiten verwendet wird.It It should be noted that a voltage conversion also include a voltage increase can. This may be necessary if the vehicle electrical system voltage of a vehicle is less than the supply voltage, which for the Operation of the individual control units is used.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass eine Spannungswandlung auch zum Zwecke einer geeigneten Versorgung für andere Komponenten des beschriebenen Energiespeichersystems vorgenommen werden kann. Außerdem ist auch möglich, dass von der übergeordneten Steuereinheit durch geeignete Spannungswandlungen mehrere Spannungspegel zum Versorgen von unterschiedlichen Komponenten des beschriebenen Energiespeichersystems bereit gestellt werden.It It should also be noted that a voltage conversion also for the purpose of a suitable supply for other components of the described Energy storage system can be made. Besides that is also possible, that from the parent Control unit by suitable voltage transformations several voltage levels to Supplying different components of the described energy storage system to be provided.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die übergeordnete Steuereinheit eine Schnittstelle zu einem Kraftfahrzeug.According to one another embodiment of the Invention is the parent Control unit an interface to a motor vehicle.

Die übergeordnete Steuereinheit kann als übergeordnete Einheit die Schnittstelle von dem Fahrzeug zu den Subkomponenten des Energiespeichersystems bilden. Dadurch erscheinen die verschalteten Subkomponenten in dem Fahrzeug als ein großer Energiespeicher. Durch diese Modularität können besonders leistungsstarke und in der Handhabung bzw. dem Handling sichere Energiespeichersysteme gebaut werden.The parent Control unit can act as a parent Unit is the interface from the vehicle to the subcomponents form the energy storage system. This will cause the interconnected ones to appear Subcomponents in the vehicle as a large energy storage. By This modularity can be special powerful and safe in handling and handling Energy storage systems are built.

Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. Die Schnittstelle kann beispielsweise ein Kommunikations-Gateway sein, über welches das beschriebene Energiespeichersystem an ein Bussystem des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist. Das Bussystem des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise ein Controller Area Network(CAN)-Bus, ein Local Interconnect Network(LIN)-Bus, ein Media Oriented Systems Transport(MOST)-Bus und/oder eine FlexRay Bus sein. Dies hat den Vorteil, dass die Schnittstelle eingerichtet ist mit üblichen in der Automobiltechnik verwendeten Bussystemen zu kommunizieren.The Motor vehicle, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle be. The interface may be, for example, a communications gateway be over which the described energy storage system to a bus system of the motor vehicle is connected. The bus system of the motor vehicle For example, a Controller Area Network (CAN) bus, a Local Interconnect Network (LIN) bus, a Media Oriented Systems Transport (MOST) bus and / or a FlexRay bus. This has the advantage that the interface is furnished with usual to communicate in the automotive industry used bus systems.

Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Energiespeichersystem auch außerhalb der Automobiltechnik eingesetzt werden kann. Auch eine Anwendung zum Zwecke einer dezentralen Energieversorgung im stationären Bereich, beispielsweise in der Gebäudetechnik ist denkbar. Ebenso kann das beschriebene Energiespeichersystem auch zur Pufferung von Lastspitzen verwendet werden. Dies gilt insbesondere bei einer dezentralen Stromversorgung wie beispielsweise bei sog. Windkraftparks mit einer Mehrzahl von Windturbinen, die zur Vermeidung einer Windabschattung in ausreichendem Abstand zueinander angeordnet sind.It It should be noted that the described energy storage system also outside the Automotive technology can be used. Also an application for Purposes of a decentralized energy supply in the stationary area, for example in building technology is conceivable. Likewise, the described energy storage system also be used for buffering load peaks. This is especially true in a decentralized power supply such as so-called. Wind farms with a plurality of wind turbines to avoid a Windabschattung arranged at a sufficient distance from each other are.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, welches ein Energiespeichersystem des oben genannten Typs aufweist.According to one Another aspect of the invention describes a motor vehicle. which has an energy storage system of the above type.

Dem beschriebenen Kraftfahrzeug liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das oben genannte System zu Speichen von elektrischer Energie zur Energieversorgung im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik verwendet werden kann. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Im Falle eines reinen Elektrofahrzeugs weist das Kraftfahrzeug lediglich einen Elektromotor auf, welcher von dem Energiespeichersystem mit Energie versorgt wird. Das Energiespeichersystem kann optional auch während des Betriebs des Elektrofahrzeugs aufgeladen werden, in dem beispielsweise die bei einem Bremsvorgang freiwerdende Bewegungsenergie mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt und in das Energiespeichersystem eingespeist wird.the described motor vehicle is based on the finding that the above system for spokes of electric power to Energy supply used in the field of automotive technology can be. The motor vehicle can for example be an electric vehicle or a hybrid vehicle. In the case of a pure electric vehicle points the motor vehicle only an electric motor, which of the energy storage system is powered. The energy storage system can optional also during the operation of the electric vehicle are charged in the example the kinetic energy released during a braking process by means of of a generator converted into electrical energy and into the energy storage system is fed.

Sollte es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug handeln, dann weist das Kraftfahrzeug neben einen Elektromotor auch noch einen Verbrennungsmotor auf. Auch hier kann während des Betriebs ggf. elektrische Energie in den Energiespeicher eingespeist werden.Should if the motor vehicle is a hybrid vehicle, then The motor vehicle also has an electric motor Internal combustion engine. Here too, during operation, if necessary, electrical Energy can be fed into the energy storage.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher derart in dem Kraftfahrzeug verteilt, dass das Kraftfahrzeug eine zumindest annähernd gleichmäßige Gewichtsverteilung aufweist. Dies hat den Vorteil, dass die Fahreigenschaften und/oder das Bremsverhalten auch dann nicht nachteilig beeinflusst wird/werden, wenn die einzelnen Energiespeicher ein großes Gewicht aufweisen.According to one exemplary embodiment of the invention, the first energy store and the second energy store are distributed in the motor vehicle such that the motor vehicle has an at least approximately uniform weight distribution. This has the advantage that the driving characteristics and / or the braking behavior is not adversely affected even if the individual energy storage devices have a large weight.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Systems des oben beschriebenen Typs beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) ein Platzieren des ersten Energiespeichers an einer vorbestimmten ersten Stelle, (b) ein Platzieren des zweiten Energiespeichers an einer vorbestimmten zweiten Stelle, und (c) ein Verbinden des ersten Energiespeichers mit dem zweiten Energiespeicher.According to one Another aspect of the invention is a method for manufacturing a system of the type described above. The procedure indicates (a) placing the first energy store on a predetermined first location, (b) placing the second energy store at a predetermined second location, and (c) connecting the first energy storage with the second energy storage.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Montage des Energiespeichersystems, welches ein Hochspannungssystem darstellen kann, zunächst die einzelnen Subkomponenten des Systems platziert und an einer jeweils geeigneten Stelle befestigt werden können. Erst nachdem Vollenden der Subkomponentenmontage werden diese dann untereinander verbunden und zu dem beschriebenen Gesamtsystem verschalten. Dadurch kann auch bei einem vergleichsweise geringen Sicherheitsaufwand eine Gefährdung einer Person bei der Montage zumindest erheblich reduziert werden.the described method is based on the finding that at the assembly of the energy storage system, which is a high voltage system can represent, first placed the individual subcomponents of the system and at one each suitable location can be attached. Only after finishing the Subkomponentenmontage these are then interconnected and interconnect to the described overall system. This can also be done at a comparatively low security effort a risk to a person be at least considerably reduced during assembly.

Es wird darauf hingewiesen, dass durch die Trennung von mechanischer und elektrischer Montage auch Wartungs- und/oder Reparaturaufgaben einfach und zugleich sicher durchgeführt werden können. Dabei können beispielsweise nach einem Abschalten des Hochspannungssystems einzelne Subkomponenten ohne größeren Aufwand gegen andere Subkomponenten ausgetauscht werden. Nach einem Koppeln der neuen Subkomponenten mit der zentralen Steuereinheit können diese dann von der übergeordneten Steuereinheit erkannt und registriert werden. Somit ist das Energiespeichersystem schnell und kostengünstig wieder einsetzbar. Dadurch können auf vorteilhafte Weise Standzeiten des Energiespeichersystems und ggf. eines mit dem Energiespeichersystem betriebenen Fahrzeugs reduziert werden. Es ist auch vorstellbar, dass die entladenen Energiespeicher in entsprechenden Austauchstationen durch geladene und gewartete Energiespeicher ersetzt werden.It it is noted that by the separation of mechanical and electrical installation also maintenance and / or repair tasks simple and at the same time can be carried out safely. there can for example, after switching off the high voltage system individual Subcomponents without much effort be exchanged for other subcomponents. After a pairing the new subcomponents with the central control unit can do this then from the parent Control unit detected and registered. Thus, the energy storage system fast and inexpensive reusable. Thereby can Advantageously, service lives of the energy storage system and if necessary, a vehicle operated with the energy storage system can be reduced. It is also conceivable that the discharged energy storage in replacement stations replaced by charged and maintained energy storage become.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It It should be noted that embodiments of the invention with reference to different subjects of the invention have been described. Especially are some embodiments of the invention with apparatus claims and other embodiments the invention described with method claims. The expert However, when reading This application immediately becomes clear that, unless explicitly stated otherwise stated, in addition to a combination of features that become a type of subject matter belong, also any combination of features is possible, the different Types of invention belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform. Die Figur der Zeichnung dieser Anmeldung ist lediglich als schematisch und als nicht zwingend maßstabsgetreu anzusehen.Further Advantages and features of the present invention will become apparent the following exemplary description of a presently preferred Embodiment. The figure of the drawing of this application is merely schematic and as not necessarily true to scale to watch.

1 zeigt ein Energiespeichersystem mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern und einer zentralen Steuereinheit, die jeweils einer individuellen Steuereinheit der beiden Energiespeicher gekoppelt ist. 1 shows an energy storage system with two series-connected energy storage and a central control unit, which is each coupled to an individual control unit of the two energy storage.

2 zeigt ein Energiespeichersystem mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern, wobei einem Energiespeicher ein Master-Controller und dem anderen Energiespeicher ein Slave-Controller zugeordnet ist. 2 shows an energy storage system with two series-connected energy storage devices, one energy storage, a master controller and the other energy storage is associated with a slave controller.

Rein vorsorglich wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen.Purely As a precaution, it should be noted that the following embodiments only a limited Choice of possible variants represent the invention.

In der Zeichnung sind einander entsprechende Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen mit Bezugszeichen versehen, welche gleich sind oder sich lediglich durch die erste Ziffer unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht noch einmal im Detail erläutert.In the drawing are mutually corresponding features or components of different embodiments provided with reference numerals which are the same or only differ by the first digit. To avoid unnecessary repetitions are already using a previously described embodiment explained Features or components to later Do not explain again in detail.

1 zeigt ein Energiespeichersystem 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Energiespeichersystem 100 weist einen ersten Energiespeicher 110, einen zweiten Energiespeicher 120 und ein zentrale Steuereinheit 150 auf. Jeder der beiden Energiespeicher 110 und 120 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 111 bzw. 121 auf. In diesem Dokument wird die zentrale Steuereinheit 150 auch als übergeordnete Steuereinheit und/oder als Master Controller bezeichnet. 1 shows an energy storage system 100 according to a preferred embodiment of the invention. The energy storage system 100 has a first energy storage 110 , a second energy storage 120 and a central control unit 150 on. Each of the two energy storage 110 and 120 has a plurality of energy storage cells 111 respectively. 121 on. This document is the central control unit 150 Also referred to as a higher-level control unit and / or as a master controller.

Der erste Energiespeicher 110 weist eine erste Steuereinheit 115 zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers 110 auf. Die erste Steuereinheit wird auch als erster Batterie Modul Controller (BMC) 115 bezeichnet. Zur Überwachung des Zustands des ersten Energiespeichers 110 ist der BMC 115 über jeweils eine nicht mit einem Bezugszeichen versehene Messleitung mit verschiedenen Knotenpunkten innerhalb des ersten Energiespeichers 110 verbunden. Zur Steuerung des Energiespeichers 110 ist der BMC 115 ferner über nicht dargestellte Steuerleitungen mit zwei Schaltelementen 118a und 118b verbunden. Durch ein Öffnen der Schaltelemente 118a und 118b kann der erste Energiespeicher 110 von dem Energiespeichersystem 100 abgetrennt werden.The first energy storage 110 has a first control unit 115 for controlling the operation and monitoring the state of the first energy storage 110 on. The first control unit will also be the first battery module controller (BMC) 115 designated. For monitoring the state of the first energy storage 110 is the BMC 115 in each case via a measuring line not provided with a reference number with different nodes within the first energy store 110 connected. For controlling the energy storage 110 is the BMC 115 further not shown control lines with two switching elements 118a and 118b connected. By opening the switching elements 118a and 118b can the first energy storage 110 from the energy storage system 100 be separated.

In entsprechender Weise weist der zweite Energiespeicher 120 eine zweite Steuereinheit 125 zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers 120 auf. Die zweite Steuereinheit wird auch als zweiter BMC 125 bezeichnet. Zur Überwachung des Zustands des zweiten Energiespeichers 120 ist der zweite BMC 125 über jeweils eine Messleitung mit verschiedenen Knotenpunkten innerhalb des zweiten Energiespeichers 120 verbunden. Zur Steuerung des zweiten Energiespeichers 120 ist der BMC 125 ferner über nicht dargestellte Steuerleitungen mit zwei Schaltelementen 128a und 128b verbunden. Durch ein Öffnen der Schaltelemente 128a und 128b kann der zweite Energiespeicher 120 von dem Energiespeichersystem 100 abgetrennt werden.In a corresponding manner, the second energy store 120 a second control unit 125 for controlling the operation and monitoring the state of the second energy storage 120 on. The second control unit is also called second BMC 125 designated. To monitor the state of the second energy storage 120 is the second BMC 125 in each case via a measuring line with different nodes within the second energy store 120 connected. To control the second energy storage 120 is the BMC 125 further not shown control lines with two switching elements 128a and 128b connected. By opening the switching elements 128a and 128b can the second energy storage 120 from the energy storage system 100 be separated.

Die jeweils in Serie geschalteten Energiespeicherzellen 111, 121 sind in der Figur schematisch als Kondensatoren dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Energiespeicherzellen 111, 121 auch beliebige elektrochemische Speicher wie beispielsweise Lithium Ionen Batteriezellen sein können. Ebenso können die Energiespeicherzellen 111, 121 innerhalb eines Energiespeichers 110, 120 auch parallel oder teilweise in Serie und teilweise parallel zueinander angeordnet sein.Each energy storage cell connected in series 111 . 121 are shown schematically in the figure as capacitors. It is noted, however, that the energy storage cells 111 . 121 can also be any electrochemical storage such as lithium ion battery cells. Likewise, the energy storage cells 111 . 121 within an energy store 110 . 120 also be arranged in parallel or partially in series and partially parallel to each other.

Zwischen den beiden Energiespeichern 110 und 120 befindet sich noch eine Sicherung 142, welche bei einem Überschreiten einer kritischen Stromstärke durchbrennt und somit beispielsweise bei einem Kurzschluss eine irreversible Beschädigung der Energiespeicher 110, 120 verhindert.Between the two energy stores 110 and 120 there is still a backup 142 which burns when a critical current is exceeded, and thus irreversible damage to the energy store, for example in the event of a short circuit 110 . 120 prevented.

Wie aus der Figur ersichtlich, ist der übergeordnete Controller 150 über eine Spannungsversorgungsleitung 115b mit dem ersten Energiespeicher 110 und über eine Spannungsversorgungsleitung 125b mit dem zweiten Energiespeicher 120 verbunden. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird über die beiden Spannungsversorgungsleitungen 115b und 125b jeweils eine Spannung von 12 V dem jeweiligen Energiespeicher bereitgestellt.As can be seen from the figure, is the parent controller 150 via a power supply line 115b with the first energy storage 110 and via a power supply line 125b with the second energy storage 120 connected. According to the embodiment illustrated here is via the two voltage supply lines 115b and 125b each provided a voltage of 12 V the respective energy storage.

Ferner ist der übergeordnete Controller 150 über eine Verbindungsleitung 115a mit dem ersten BMC 115 und über eine Verbindungsleitung 125a mit dem zweiten BMC 125 verbunden. Die beiden BMC 115 und 125 können daher Daten bezüglich der Betriebszustandes der beiden Energiespeicher 110, 120 an den übergeordneten Controller 150 schicken. Dieser kann diese Daten dann aufbereiten und auf optimale Weise das ganze Energiespeichersystem 100 steuern und überwachen. Bei der beschriebenen Datenaufbereitung kann der übergeordnete Controller 150 auch noch Messwerte von Messungen berücksichtigen, welche er selber vornimmt. So können beispielsweise über eine Messleitung 152 Informationen über den aktuellen Gesamt-Spannungszustand der beiden in Serie geschalteten Energiespeicher 110 und 120 gewonnen werden. Ebenso kann natürlich auch die Stärke des aktuell aus dem Gesamtsystem 100 entnommenen oder in das Gesamtsystem eingespeisten Stroms bestimmt und bei der Datenaufbereitung berücksichtigt werden.Further, the parent controller 150 over a connecting line 115a with the first BMC 115 and via a connection line 125a with the second BMC 125 connected. The two BMC 115 and 125 Therefore, data regarding the operating state of the two energy storage 110 . 120 to the parent controller 150 Send. This can then process this data and optimally the whole energy storage system 100 control and monitor. In the described data preparation, the higher-level controller 150 also take into account measured values of measurements which he himself makes. For example, via a measuring line 152 Information about the current overall voltage state of the two energy storage devices connected in series 110 and 120 be won. Likewise, of course, the strength of currently out of the overall system 100 taken or injected into the overall system current and taken into account in the data processing.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die zentrale bzw. die übergeordnete Steuereinheit 150 noch einen Spannungswandler 154 auf. Der Spannungswandler 154 wird hier dazu verwendet, eine 24 V Bordnetzspannung eines Fahrzeugs, welches mit dem beschriebenen Energiespeichersystem 100 ausgestattet ist, in eine Versorgungsspannung von 12 V umzuwandeln. Die Versorgungsspannung von 12 V kann zum Betrieb der zentralen Steuereinheit 150 verwendet werden. Ferner wird gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung von 12 V über die Spannungsversorgungsleitungen 115b und 125b den beiden BMC 115 und 125 zugeführt.According to the embodiment shown here, the central or the higher-level control unit 150 another voltage transformer 154 on. The voltage converter 154 is used here to a 24 V electrical system voltage of a vehicle, which with the described energy storage system 100 is equipped to convert to a supply voltage of 12V. The supply voltage of 12 V can be used to operate the central control unit 150 be used. Further, according to the embodiment shown here, the supply voltage of 12 V via the power supply lines 115b and 125b the two BMCs 115 and 125 fed.

Die Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem 100 und die Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem 100 erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse 180a und 180b. Diese Leistungsanschlüsse 180a, 180b können beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie Spannungen von bis zu 1000 V und Stromstärken von bis zu 400 Atragen. Im Falle der Verwendung des Energiespeichersystems 100 für ein Kraftfahrzeug kann den beiden Leistungsanschlüssen 180a, 180b ein DC/AC Konverter nachgeschaltet sein. Der DC/AC Konverter kann auch bestimmen, ob gerade Strom aus dem Energiespeichersystem 100 entnommen wird oder Strom in das Energiespeichersystem 100 eingespeist wird. Dem DC/AC Konverter ist dann typischerweise eine ebenfalls nicht dargestellte Elektromaschine nachgeschaltet. Ja nach Stromrichtung kann die Elektromaschine ein Motor oder ein Generator sein.The energy supply from the energy storage system 100 and the energy input into the energy storage system 100 via two power connections 180a and 180b , These power connections 180a . 180b For example, they can be designed to withstand voltages up to 1000 V and currents up to 400A. In case of using the energy storage system 100 for a motor vehicle can the two power connections 180a . 180b a DC / AC converter downstream. The DC / AC converter can also determine if just electricity from the energy storage system 100 is taken or electricity in the energy storage system 100 is fed. The DC / AC converter is then typically followed by an electric machine, also not shown. Depending on the current direction, the electric machine can be a motor or a generator.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zentrale Steuereinheit 150 mit einem Fahrzeug-Bussystem 190 gekoppelt. Das Fahrzeug-Bussystem 190 kann beispielsweise ein CAN-Bus, ein LIN-Bus, ein MOST-Bus und/oder eine FlexRay Bus sein.According to the embodiment shown here, the central control unit 150 with a vehicle bus system 190 coupled. The vehicle bus system 190 may be, for example, a CAN bus, a LIN bus, a MOST bus and / or a FlexRay bus.

Die in Summe für das Management des gesamten Energiespeichersystems 100 zu lösenden Aufgaben können wie folgt auf die einzelnen Subsysteme verteilt werden:

  • A) Der übergeordnete Controller 150 kann insbesondere folgende Aufgaben übernehmen: – Messung der Gesamtspannung – Messung des Gesamtstroms – Temperaturmessung bei den einzelnen Energiespeichern – Steuerung einer Kühlung für den oder die einzelnen Energiespeicher (ggf. spezifisch für einzelne Zeller eines Energiespeichers) – Batteriemanagement beispielsweise durch Steuerung der Zustände der einzelnen Energiespeicher (Vorladung einer evtl. an den Leistungsanschlüssen 180a bzw. 180b angeschlossen Zwischenkreiskapazität auf Basis von Relais mit denen die Schalter 118a, 118b, 128a, 128b realisiert sein können) – Aufbereitung von Messwerten bzgl. des Ladungszustandes (SOC) und/oder des Betriebszustandes (SOF), welche von den individuellen Steuereinheiten 115 bzw. 125 übermittelt wurden – Vorhersage der Leistungsfähigkeit des gesamten Energiespeichersystems 100 und/oder der einzelnen Energiespeicher 110, 120 – Steuerung eines Einzelspannungsausgleichs innerhalb der beiden Energiespeichern 110, 120 insbesondere in Hinblick auf eine Symmetrie der Einzelspannungen – Steuerung eines Ladungsausgleichs zwischen den beiden Energiespeichern 110, 120 – Kommunikation mit dem Fahrzeug-Bussystem 190 (der übergeordnete Controller 150 ist ein Kommunikations-Gateway) und – Kommunikation mit den Steuereinheiten der – Wandlung einer Fahrzeug-Bordnetzspannung in eine Spannung zur Versorgung der einzelnen Subkomponenten/Energiespeicher des Energiespeichersystems 100 – Stromversorgung für ein zyklisches Wake-Up der einzelnen Subkomponenten/Energiespeicher – Durchleitung eines Überwachungsstromes durch mehrere Komponenten, welcher das Vorhandensein aller für einen effektiven Personenschutz erforderlichen Schutzeinrichtungen anzeigt (bei einem Abnehmen oder Entfernen einer Schutzeinrichtung wird der Überwachungsstrom unterbrochen/Interlock/Pilotline)(Sicherheitsmanagement) – Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten des Energiespeichersystems 100 und/oder des angeschlossenen Fahrzeugs (ISO-Messung) – Überwachung von Grenzwerten für den Betrieb der einzelnen Energiespeicher und/oder für das Gesamtsystem und ggf. Abschaltung einzelner oder aller Hardwarekomponenten – Erkennung der Zustände von elektrischen Schaltelementen und/oder Schützen in dem übergeordneten Controller und/oder in den Energiespeichern – Steuerung von elektrischen Schaltelementen und/oder Schützen
  • B) Die Steuereinheiten 115, 125 können insbesondere folgende Aufgaben übernehmen: – Kommunikation zum übergeordneten Controller – Messung von Teilspannungen an oder innerhalb der einzelnen Energiespeicher – Strommessung – Berechnen von Werten für SOC und SOF – Angleichen z. b. der Ladung der verschiedenen Energiespeicherzellen 111, 121 – Messung der Temperatur des jeweiligen Energiespeichers und/oder einzelner Zellen des jeweiligen Energiespeichers – Steuerung einer Kühlung für den jeweiligen Energiespeicher (ggf. spezifisch für einzelne Zeller des Energiespeichers) – Personenschutzüberwachung mittels Interlock/Pilotline – Sicherheitsmanagement durch ggf. erforderliche Abschaltung von Hardwarekomponenten des jeweiligen Energiespeichers – Sicherheitsmanagement basierend auf der Erkennung des Status von Schützen wie beispielsweise die Schaltelemente 118a, 118b, 128a, 128b; ggf. Ansteuerung der Schütze bzw. der Schaltelemente 118a, 118b, 128a, 128b
The sum for the management of the entire energy storage system 100 The tasks to be solved can be distributed to the individual subsystems as follows:
  • A) The parent controller 150 can in particular take over the following tasks: - Measurement of the total voltage - Measurement of the total current - Temperature measurement in the individual energy storage - Control of cooling for or individual energy storage (possibly specific to individual cells of an energy storage) - Battery management, for example, by controlling the states of the individual energy storage (summons a possibly the power connections 180a respectively. 180b Connected DC link capacitance based on relays with which the switches 118a . 118b . 128a . 128b be realized) - Preparation of measured values with respect to the state of charge (SOC) and / or the operating state (SOF), which of the individual control units 115 respectively. 125 - Predicting the performance of the entire energy storage system 100 and / or the individual energy storage 110 . 120 - Control of a single voltage compensation within the two energy storage 110 . 120 in particular with regard to a symmetry of the individual voltages - control of a charge balance between the two energy storage 110 . 120 - Communication with the vehicle bus system 190 (the parent controller 150 is a communication gateway) and communication with the control units of the conversion of a vehicle electrical system voltage into a voltage for supplying the individual subcomponents / energy stores of the energy storage system 100 - Power supply for a cyclical wake-up of the individual subcomponents / energy storage - Transit of a monitoring current through several components, which indicates the presence of all protection devices required for effective personal protection (if a guard is removed or removed, the monitoring current is interrupted / Interlock / Pilotline) ( Safety management) - Insulation monitoring between different components of the energy storage system 100 and / or the connected vehicle (ISO measurement) - Monitoring limit values for the operation of the individual energy storage and / or for the entire system and possibly switching off individual or all hardware components - Detection of the states of electrical switching elements and / or shooters in the parent controller and / or in the energy storage - control of electrical switching elements and / or contactors
  • B) The control units 115 . 125 In particular, the following tasks can be performed: - Communication to the higher-level controller - Measurement of partial voltages at or within the individual energy storage - Current measurement - Calculation of values for SOC and SOF - Adjustment eg of the charge of the different energy storage cells 111 . 121 - Measurement of the temperature of the respective energy storage and / or individual cells of the respective energy storage - Control of cooling for the respective energy storage (possibly specific to individual cells of the energy storage) - Personal security monitoring by means of Interlock / Pilotline - Security management by possibly required shutdown of hardware components of the respective Energy storage - security management based on detection of the status of shooters, such as the switching elements 118a . 118b . 128a . 128b ; if necessary control of the contactors or the switching elements 118a . 118b . 128a . 128b

Es wäre wünschenswert, möglichst viele Funktionen auf dem übergeordneten Controller 150 zu konzentrieren, um so möglichst einfache und somit kostengünstige Steuereinheit der einzelnen Energiespeicher realisieren zu können. Damit jedoch zu jedem Zeitpunkt die Sicherheit des Gesamtsystems gewährleistet ist, sollte jedes System eigensicher sein. Dies bedeutet, dass die Betriebsgrenzen von jedem Teilsystem überwacht werden sollen, damit ggf. erforderliche und geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.It would be desirable to have as many features as possible on the parent controller 150 concentrate in order to realize the simplest possible and thus cost-effective control unit of the individual energy storage. However, to ensure the safety of the entire system at all times, every system should be intrinsically safe. This means that the operating limits of each subsystem should be monitored so that any necessary and appropriate countermeasures can be initiated.

2 zeigt ein Energiespeichersystem 200 mit zwei in Serie geschalteten Energiespeichern, einem ersten Energiespeicher 210 und einem zweiten Energiespeicher 220. Das komplette Energiespeichersystem 200 ist in ein Master System und ein Slave System unterteilt. Der erste Energiespeicher 210 ist dem Master System zugeordnet, der zweite Energiespeicher 220 ist dem Slave System zugeordnet. Die beiden Systeme bzw. die beiden Energiespeicher 210, 220 sind über eine Hochspannungsleitung 282 und eine Verbindungsleitung 215 miteinander gekoppelt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsleitung 215 sowohl für eine Kommunikation zwischen beiden Systemen als auch zum Übertragen einer (Niedervolt) Versorgungsspannung vorgesehen. 2 shows an energy storage system 200 with two energy storage units connected in series, a first energy storage 210 and a second energy storage 220 , The complete energy storage system 200 is divided into a master system and a slave system. The first energy storage 210 is assigned to the master system, the second energy storage 220 is assigned to the slave system. The two systems or the two energy storage 210 . 220 are over a high voltage line 282 and a connection line 215 coupled together. According to the embodiment shown here, the connecting line 215 intended both for communication between the two systems as well as for transmitting a (low-voltage) supply voltage.

Der erste Energiespeicher 210 weist einen Master Controller 250 auf. Der Master Controller 250 dient sowohl zur Steuerung des ersten Energiespeichers 210 als auch zur Steuerung des zweiten Energiespeichers 220, wobei die Steuerung des zweiten Energiespeichers 220 indirekt über einen Slave Controller 225 erfolgt.The first energy storage 210 has a master controller 250 on. The master controller 250 serves both to control the first energy storage 210 as well as to control the second energy storage 220 wherein the control of the second energy store 220 indirectly via a slave con troller 225 he follows.

Jeder der beiden Energiespeicher 210, 220 weist eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Energiespeicherzellen 211 bzw. 221 auf. Die einzelnen Energiespeicherzellen 211 bzw. 221 können von der jeweiligen Steuereinheit, d. h. dem Master Controller 250 oder dem Slave Controller 225, durch Messleitungen und/oder Steuerleitungen individuell kontaktiert werden. Diese Messleitungen und/oder Steuerleitungen sind in 2 durch teilweise gestrichelte Linien angedeutet. Das gleiche gilt für Schaltelemente 218a, 218b und 218c im Master System und für Schaltelemente 228a, 228b im Slave System. Durch eine Öffnung einzelner Schaltelemente können einzelne Komponenten des Energiespeichersystems beispielsweise in einem Fehlerfall oder bei der Gefahr des Überschreitens eines Höchststroms gezielt von dem restlichen Gesamtsystem abgetrennt werden.Each of the two energy storage 210 . 220 has a plurality of series-connected energy storage cells 211 respectively. 221 on. The individual energy storage cells 211 respectively. 221 can from the respective control unit, ie the master controller 250 or the slave controller 225 , be contacted individually by measuring lines and / or control lines. These measuring lines and / or control lines are in 2 indicated by partially dashed lines. The same applies to switching elements 218a . 218b and 218c in the master system and for switching elements 228a . 228b in the slave system. By opening individual switching elements, individual components of the energy storage system, for example, in an error case or at the risk of exceeding a maximum current can be selectively separated from the rest of the entire system.

Das Slave System wird vom Master System überwacht und gesteuert. Daher ist zwischen dem Master System und dem Slave Sys tem eine Kommunikationsschnittstelle vorgesehen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dient diese Schnittstelle auch der Übertragung einer Niedervolt Versorgungsspannung zwischen beiden Teilsystemen 210 und 220.The slave system is monitored and controlled by the master system. Therefore, a communication interface is provided between the master system and the slave system. According to the exemplary embodiment illustrated here, this interface also serves to transmit a low-voltage supply voltage between the two subsystems 210 and 220 ,

Die Kommunikation und die Spannungsversorgung zwischen beiden Systemen erfolgt jeweils über Schnittstellen 216 und 226. Der Master Controller 250 ist über eine Kommunikationsleitung 216a und eine Spannungsversorgungsleitung 216b mit der Schnittstelle 216 verbunden. Der Slave Controller 225 ist über eine Kommunikationsleitung 226a und eine Spannungsversorgungsleitung 226b mit der Schnittstelle 216 verbunden. Die Kommunikationsleitungen 226a und 226b können zur Übertragung von Steuersignalen und/oder Messsignalen dienen. Die Spannungsversorgungsleitung 216b und 226b werden dazu verwendet, eine Niedervoltspannung von beispielsweise 12 V zu Übertragen, welche beispielsweise zum Betrieb des Master Controllers 250 und/oder zum Betrieb des Slave Controllers 225 erforderlich sein kann.The communication and the voltage supply between both systems takes place via interfaces 216 and 226 , The master controller 250 is via a communication line 216a and a power supply line 216b with the interface 216 connected. The slave controller 225 is via a communication line 226a and a power supply line 226b with the interface 216 connected. The communication lines 226a and 226b can be used to transmit control signals and / or measurement signals. The power supply line 216b and 226b are used to transmit a low voltage of, for example, 12V, for example, to operate the master controller 250 and / or to operate the slave controller 225 may be required.

Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Master System ferner eine Sicherung 242 vorgesehen, die bei einem gefährlichen Betriebszustand ausgelöst werden und somit unter Umständen eine dauerhafte Beschädigung des Master Systems bzw. von einzelnen Komponenten des Master Systems verhindern kann. Ein gefährlicher Betriebszustand kann beispielsweise mittels einer Strommesseinrichtung 243b, welche ebenfalls des Master System zugeordnet ist, erkannt werden.According to the embodiment shown here, a fuse is also in the master system 242 are provided, which are triggered in a dangerous operating condition and thus may prevent permanent damage to the master system or of individual components of the master system under certain circumstances. A dangerous operating state, for example, by means of a current measuring device 243b , which is also assigned to the master system, can be detected.

Ferner weist das Master System noch einen Vorladewiderstand 243a auf. Der Vorladewiderstand 243a kann durch eine geeignete Stellung der Schaltelemente 218b und 218c mit den Energiespeicherzellen 211 in Serie geschaltet sein.Furthermore, the master system still has a precharge resistor 243a on. The precharge resistor 243a can by a suitable position of the switching elements 218b and 218c with the energy storage cells 211 be connected in series.

Das Master System bzw. der erste Energiespeicher 210 weist ferner eine Fahrzeug-Schnittstelle 260 auf, über die das gesamte Energiespeichersystem 200 mit einem Fahrzeug-Bordnetz 295 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Diese Schnittstelle 260 ist über eine Kommunikationsleitung 296a und eine Spannungsversorgungsleitung 296b (ebenfalls für einen Niederspannungspegel von 12 V) mit dem Master Controller 250 gekoppelt.The master system or the first energy storage 210 also has a vehicle interface 260 on, over which the entire energy storage system 200 with a vehicle electrical system 295 a motor vehicle, not shown, can be connected. This interface 260 is via a communication line 296a and a power supply line 296b (also for a low voltage level of 12V) with the master controller 250 coupled.

Eine Energiebereitstellung von dem Energiespeichersystem 200 und eine Energieeinspeisung in das Energiespeichersystem 200 erfolgen über zwei Leistungsanschlüsse 280a und 280b.An energy supply from the energy storage system 200 and an energy feed into the energy storage system 200 via two power connections 280a and 280b ,

Es wird darauf hingewiesen, dass es hinsichtlich der Anzahl an Slave Systemen, welche von dem Master System überwacht und/oder gesteuert werden, keine prinzipielle Obergrenze gibt. In der Praxis wird jedoch die maximale Anzahl an Slave Systemen durch den Master Controller 250 begrenzt.It should be noted that there is no principal limit on the number of slave systems monitored and / or controlled by the master system. In practice, however, the maximum number of slave systems will be through the master controller 250 limited.

Hinsichtlich der in Summe für das Management des gesamten Energiespeichersystems 200 zu lösenden Aufgaben und einer möglichen Aufgabenverteilung für den Master Controller 250 und den Slave Controller 225 wird auf die obigen Abschnitte verwiesen, in denen entsprechendes für den übergeordneten Controller 150 (entspricht dem Master Controller) und den beiden Steuereinheiten 115, 125 (entsprechen den Slave Controller).In terms of total for the management of the entire energy storage system 200 tasks to be solved and a possible task distribution for the master controller 250 and the slave controller 225 Reference is made to the above sections where corresponding to the parent controller 150 (corresponds to the master controller) and the two control units 115 . 125 (correspond to the slave controller).

Die in diesem Dokument beschriebenen Energiespeichersysteme 100 und 200 weisen eine Reihe von technischen Vorteilen auf, die nachfolgend kurz erläutert werden:
In Folge der möglichen Zerlegung des gesamten Energiespeichersystems in einzelne Teil-Energiespeicher entstehen Vorteile im Handling des Gesamtsystems bezüglich Volumen und Gewicht sowie bei den zu treffenden Maßnahmen zum Schutz von Personen vor elektrischem Schlag.The energy storage systems described in this document 100 and 200 have a number of technical advantages, which are briefly explained below:
As a result of the possible decomposition of the entire energy storage system into individual partial energy storage advantages arise in the handling of the overall system in terms of volume and weight as well as in the measures to be taken to protect people from electric shock.

Des Weiteren ergeben sich neue Freiheitsgrade zur Integration in ein Zielfahrzeug bezüglich Bauräumen und optimaler Verteilung des Fahrzeuggewichts.Of Furthermore, there are new degrees of freedom for integration into one Target vehicle with regard to installation spaces and optimal distribution of vehicle weight.

Ein Austausch von einzelnen Energiespeichern in dem Gesamtsystem kann auf einfache und sichere Weise durchgeführt werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf aktuell diskutierte Konzepte zum Batterieleasing oder dem Aufbau eines Netzes von Batterieaustauschstellen für Elektrofahrzeuge ein besonderer Vorteil. Ferner ergeben sich deutliche Kostenvorteile gerade bei leistungsstarken Energiespeichersystemen bezüglich einer im Fehlerfall erforderlichen Reparatur.An exchange of individual energy stores in the overall system can be carried out in a simple and secure manner. This is in particular in view of currently discussed concepts for battery leasing or the construction of a network of battery exchange points for electric vehicles a special advantage. Furthermore, there are significant cost advantages, especially in high-performance energy storage systems with respect to a required repair in the event of a fault.

Unter Verwendung von lediglich einem Typ von Basis-Energiespeicher lassen sich, je nach Kombination, beliebige Klassen bezüglich Strom, Spannungslage und Energieinhalt für das gesamte Energiespeichersystem darstellen. Dazu kann im Prinzip eine beliebige Anzahl von Energiespeichern in geeigneter Weise miteinander verschaltet und von der zentralen Steuereinheit des Gesamtsystems bzw. von dem Master Controller des ersten Energiespeichers überwacht und gesteuert werden.Under Use of only one type of basic energy storage can be, depending on Combination, any class regarding current, voltage and energy content for represent the entire energy storage system. This can in principle a any number of energy stores in a suitable manner with each other interconnected and from the central control unit of the overall system or monitored by the master controller of the first energy storage and controlled.

Claims (15)

System zum Speichern von elektrischer Energie, das System (100, 200) aufweisend • einen ersten Energiespeicher (110, 210) mit einer ersten Steuereinheit (115, 250) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des ersten Energiespeichers (110, 210), • einen zweiten Energiespeicher (120, 220) mit einer zweiten Steuereinheit (125, 225) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands des zweiten Energiespeichers (120, 220), und • eine übergeordnete Steuereinheit (150, 250) zum Steuern des Betriebs und Überwachen des Zustands einer Gesamtheit von Energiespeichern (110, 210, 120, 220), welche den ersten Energiespeicher (110, 210) und den zweiten Energiespeicher (120, 220) umfasst.System for storing electrical energy, the system ( 100 . 200 ) comprising • a first energy store ( 110 . 210 ) with a first control unit ( 115 . 250 ) for controlling the operation and monitoring the state of the first energy store ( 110 . 210 ), • a second energy store ( 120 . 220 ) with a second control unit ( 125 . 225 ) for controlling the operation and monitoring of the state of the second energy store ( 120 . 220 ), and • a higher-level control unit ( 150 . 250 ) for controlling the operation and monitoring of the state of a totality of energy stores ( 110 . 210 . 120 . 220 ), which the first energy storage ( 110 . 210 ) and the second energy store ( 120 . 220 ). System nach dem vorangehenden Anspruch, wobei die übergeordnete Steuereinheit eine in Bezug auf die beiden Energiespeicher (110, 120) externe Steuereinheit (150) ist, welche mit der ersten Steuereinheit (115) und mit der zweiten Steuereinheit (125) gekoppelt ist.System according to the preceding claim, wherein the higher-level control unit has a relative to the two energy storage ( 110 . 120 ) external control unit ( 150 ), which with the first control unit ( 115 ) and with the second control unit ( 125 ) is coupled. System nach Anspruch 1, wobei die erste Steuereinheit und die übergeordnete Steuereinheit mittels einer Master-Steuereinheit (250) realisiert sind, welche dem ersten Energiespeicher (210) zugeordnet ist.The system according to claim 1, wherein the first control unit and the higher-level control unit are controlled by means of a master control unit ( 250 ) are realized, which the first energy storage ( 210 ) assigned. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (110, 210) und der zweite Energiespeicher (120, 220) parallel und/oder in Serie zueinander angeordnet sind.System according to one of the preceding claims, wherein the first energy store ( 110 . 210 ) and the second energy store ( 120 . 220 ) are arranged parallel and / or in series with each other. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Energiespeicher (110, 210) und/oder der zweite Energiespeicher (120, 220) – ein elektrochemischer Energiespeicher, – ein elektrostatischer Energiespeicher und/oder – eine Brennstoffzelle ist.System according to one of the preceding claims, wherein the first energy store ( 110 . 210 ) and / or the second energy store ( 120 . 220 ) - is an electrochemical energy storage, - an electrostatic energy storage and / or - a fuel cell. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der beiden Energiespeicher (110, 120, 210, 220) ein Schaltelement (118a, 118b, 128a, 128b, 218a, 218b, 218c, 228a, 228b) zum Zuschalten und/oder zum Abschalten des einen der beiden Energiespeicher (110, 120, 210, 220) zu dem System (100, 200) aufweist.System according to one of the preceding claims, wherein at least one of the two energy stores ( 110 . 120 . 210 . 220 ) a switching element ( 118a . 118b . 128a . 128b . 218a . 218b . 218c . 228a . 228b ) for switching on and / or switching off one of the two energy stores ( 110 . 120 . 210 . 220 ) to the system ( 100 . 200 ) having. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (150, 250) eingerichtet ist, eine von dem System (100, 200) bereitgestellte Spannung und/oder einen von dem System (100, 200) bereitgestellten Strom zu messen.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 150 . 250 ), one of the system ( 100 . 200 ) and / or one of the system ( 100 . 200 ) to measure the electricity supplied. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (150, 250) eingerichtet ist, eine Isolationsüberwachung zwischen verschiedenen Komponenten (110, 120, 190, 210, 220, 295) durchzuführen, welche unterschiedlichen Spannungsnetzen zugeordnet sind.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 150 . 250 ), isolation monitoring between different components ( 110 . 120 . 190 . 210 . 220 . 295 ), which are assigned to different voltage networks. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (150, 250) eingerichtet ist, einen Ladungszustand und/oder die Leistungsfähigkeit der Gesamtheit von Energiespeichern (110, 120, 210, 220) zu bestimmen.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 150 . 250 ), a state of charge and / or the efficiency of the totality of energy stores ( 110 . 120 . 210 . 220 ). System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (150, 250) eingerichtet ist, einen Ausgleich zwischen beiden Energiespeichern (110, 120, 210, 220) steuern.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 150 . 250 ) is set up a balance between the two energy stores ( 110 . 120 . 210 . 220 ) Taxes. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (150) einen Spannungswandler (154) aufweist.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 150 ) a voltage converter ( 154 ) having. System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die übergeordnete Steuereinheit (250) eine Schnittstelle (260) zu einem Kraftfahrzeug aufweist.System according to one of the preceding claims, wherein the higher-level control unit ( 250 ) an interface ( 260 ) to a motor vehicle. Kraftfahrzeug mit • einem System (100, 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Speichern von elektrischer Energie.Motor vehicle with • a system ( 100 . 200 ) according to one of the preceding claims for storing electrical energy. Kraftfahrzeug nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der erste Energiespeicher (110, 210) und der zweite Energiespeicher (120, 220) derart in dem Kraftfahrzeug verteilt sind, dass das Kraftfahrzeug eine zumindest annähernd gleichmäßige Gewichtsverteilung aufweist.Motor vehicle according to the preceding claim, wherein the first energy store ( 110 . 210 ) and the second energy store ( 120 . 220 ) are distributed in the motor vehicle such that the motor vehicle has an at least approximately uniform weight distribution. Verfahren zum Herstellen eines Systems (100,200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, das Verfahren aufweisend • Platzieren des ersten Energiespeichers (110, 210) an einer vorbestimmten ersten Stelle, • Platzieren des zweiten Energiespeichers (120, 220) an einer vorbestimmten zweiten Stelle, und danach • Verbinden des ersten Energiespeichers (110, 210) mit dem zweiten Energiespeicher (120, 220).Method for producing a system ( 100 . 200 ) according to one of claims 1 to 12, comprising the method • placing the first energy store ( 110 . 210 ) at a predetermined first location, • placing the second energy store ( 120 . 220 ) at a predetermined second location, and thereafter • connecting the first energy store ( 110 . 210 ) with the second energy store ( 120 . 220 ).
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