DE102010036002A1

DE102010036002A1 - System zur Speicherung elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102010036002A1
Application number: DE201010036002
Authority: DE
Inventors: Conrad Rössel
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-01
Also published as: US20130141052A1; KR20130100276A; EP2612394A1; WO2012028256A1; CN103053064A; RU2013108761A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend mehrere eine Betriebsspannung aufweisende Speicherzellen, wobei parallel zu einer Speicherzelle ein elektrischer Verbraucher sowie ein Schaltglied in Reihe mit dem Verbraucher angeordnet sind und wobei das Schaltglied bei Erreichen oder Überschreiten einer Schwellenspannung geschlossen wird, wobei das System zumindest ein mehrere Speicherzellen umfassendes Modul umfasst. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Steuereinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist, einzelnen Speicherzellen eine Temperatur und dem Modul eine Modulspannung zuzuordnen und in Abhängigkeit von der zugeordneten Temperatur die Schwellenspannung einzelner Speicherzellen unter Beibehaltung der Modulspannung zu beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Speicherung elektrischer Energie nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Speicherung elektrischer Energie.
Systeme zur Speicherung von elektrischer Energie, und hier insbesondere zur Speicherung von elektrischer Traktionsenergie in Elektrofahrzeugen oder insbesondere in Hybridfahrzeugen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Typischerweise sind solche Systeme zur Speicherung von elektrischer Energie mittels einzelner Speicherzellen ausgebildet, welche beispielsweise in Reihe und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet sind.
Grundsätzlich sind als Speicherzellen dabei verschiedenartige Akkumulatorzellen oder Kondensatoren denkbar. Aufgrund der vergleichsweise hohen Energiemengen und Leistungen bei der Speicherung und Entnahme der Energie, bei der Anwendung in Antriebssträngen für Fahrzeuge, und hier insbesondere für Nutzfahrzeuge, werden als Speicherzellen bevorzugt Speicherzellen mit einem ausreichenden Energieinhalt und hoher Leistung eingesetzt. Dies können beispielsweise Akkumulatorzellen in Lithium-Ionen-Technologie sein, oder insbesondere aber Speicherzellen in Form von sehr leistungsstarken Doppelschicht-Kondensatoren. Diese Kondensatoren werden im Allgemeinen auch als Superkondensatoren, Supercaps oder Ultra-Capacitors bezeichnet.
Unabhängig davon, ob nun Superkondensatoren oder Akkumulatorzellen mit hohem Energieinhalt eingesetzt werden, ist bei derartigen Aufbauten aus einer Vielzahl von Speicherzellen, welche insgesamt oder in Blöcken in Reihe zueinander verschaltet sind, die Spannung der einzelnen Speicherzelle bauartbedingt auf einen oberen Spannungswert beziehungsweise einer Schwellenspannung begrenzt. Wird dieser obere Spannungswert, beispielsweise beim Laden des Systems zur Speicherung von elektrischer Energie überschritten, so wird die Lebensdauer der Speicherzelle im Allgemeinen drastisch reduziert.
Aufgrund von vorgegebenen Fertigungstoleranzen weichen die einzelnen Speicherzellen in ihren Eigenschaften (zum Beispiel Selbstentladung) in der Praxis typischerweise geringfügig voneinander ab. Dies hat zur Folge, dass einzelne Speicherzellen eine etwas geringere Spannung aufweisen als andere Speicherzellen in dem System. Da die maximale Spannung für das gesamte System im Allgemeinen jedoch gleich bleibt und dies das insbesondere beim Laden typische Ansteuerungskriterium darstellt, kommt es so unweigerlich dazu, dass andere Speicherzellen eine etwas höhere Spannung aufweisen und bei Ladevorgängen dann über die erlaubte Spannungsgrenze hinaus geladen werden. Eine solche Überspannung führt, wie bereits oben erwähnt, zu einer erheblichen Reduzierung der möglichen Lebensdauer dieser einzelnen Speicherzellen und damit des Systems zur Speicherung von elektrischer Energie.
Andererseits können in ihrer Spannung stark abgesenkte Speicherzellen in dem System zur Speicherung elektrischer Energie im zyklischen Betrieb umgepolt werden, was ebenfalls die Lebensdauer drastisch reduziert.
Um diesen Problematiken zu begegnen, kennt der allgemeine Stand der Technik im Wesentlichen zwei verschiedene Arten von sogenannten Zellspannungsausgleichen, welche jeweils zentral oder dezentral aufgebaut sind. In einer zentralen Elektronik sind alle Komponenten zum Beispiel in einer Steuereinheit zusammengefasst, während beim dezentralen Aufbau an jeweils ein bis zwei Speicherzellen die einzelnen Komponenten beispielsweise auf einer kleinen Platine für speziell diese ein bis zwei Speicherzellen angebracht sind. Die allgemein übliche Terminologie des Zellspannungsausgleichs ist hier ein wenig irreführend, da hierdurch nicht Spannungen oder genauer gesagt Energien der einzelnen Speicherzellen untereinander ausgeglichen werden, sondern es werden die Zellen mit hohen Spannungen in ihren zu hohen Spannungen reduziert. Da die Gesamtspannung(en) des Systems zur Speicherung von elektrischer Energie konstant bleiben, kann durch den sogenannten Zellspannungsausgleich jedoch eine in ihrer Spannung abgesenkte Zelle im Laufe der Zeit wieder in ihrer Spannung erhöht werden, sodass zumindest die Gefahr eines Umpolens reduziert wird.
Neben einem passiven Zellspannungsausgleich, bei dem ein elektrischer Widerstand parallel zu jeder einzelnen Speicherzelle geschaltet ist und somit eine ständige unerwünschte Entladung und auch Erwärmung des Systems zur Speicherung von elektrischer Energie stattfindet, wird auch ein aktiver Zellspannungsausgleich eingesetzt. Dabei wird zusätzlich ein elektronischer Schwellwertschalter parallel zu der Speicherzelle und in Reihe zu dem Widerstand geschaltet. Dieser auch als Bypass-Elektronik bezeichnete Aufbau lässt dabei immer nur dann einen Strom fließen, wenn die Betriebsspannung der Zelle oberhalb einer vorgegebenen Schwellenspannung liegt. Sobald die Spannung der einzelnen Speicherzelle wieder in einen Bereich unterhalb der vorgegebenen Schwellenspannung fällt, wird der Schalter geöffnet und es fließt kein Strom mehr. Aufgrund der Tatsache, dass der elektrische Widerstand über den Schalter immer dann außer Kraft gesetzt wird, wenn die Spannung der einzelnen Speicherzellen unterhalb des vorgegebenen Grenzwerts ist, kann auch eine unerwünschte Entladung des gesamten Systems zur Speicherung elektrischer Energie weitgehend vermieden werden. Auch eine ständige unerwünschte Wärmeentwicklung ist bei diesem Lösungsansatz des aktiven Zellspannungsausgleichs kein Problem. Allerdings erfolgt durch den aktiven Zellspannungsausgleich kein wirklicher Ausgleich der einzelnen Spannungen der Zellen untereinander, sondern beim Überschreiten der Schwellenspannung wird die Speicherzelle mit einem kleinen Bypass-Strom entladen, um durch einen langsamen Abbau der Überspannung das Überschreiten zu begrenzen. Der Bypass-Strom fließt dabei nur so lange, bis das System zur Speicherung von elektrischer Energie wieder entladen wird, da hierbei die entsprechende Spannungsgrenze unterschritten und der Schalter wieder geöffnet wird.
Die Lebensdauer des Systems zur Speicherung elektrischer Energie ist bei Hybridantrieben, und hier insbesondere bei Hybridantrieben für Nutzfahrzeuge, beispielsweise Omnibusse im Stadt-/Nahverkehr, von entscheidender Bedeutung.
Anders als bei herkömmlichen Antriebssträngen in der für derartige Anwendungen geeigneten Leistungsklasse stellt das System zur Speicherung elektrischer Energie einen erheblichen Teil der Kosten für den Hybridantrieb dar. Daher ist es besonders wichtig, dass bei solchen Anwendungen sehr hohe Lebensdauern erzielt werden.
Neben dem erwähnten Umstand, dass die Betriebsspannung einzelner Speicherzellen im Lade-/Entladezyklus ungewollt eine Schwellenspannung übersteigt, ist die Betriebstemperatur der Speicherzelle ein weiterer die Lebensdauer entscheidend beeinflussender Parameter. Die Lebensdauer beispielsweise von Doppelschicht-Kondensatoren ist stark abhängig von der Betriebstemperatur und der dabei anliegenden Spannung. Insbesondere bei einem Einsatz von Energiespeichern beim Betrieb eines Hybridfahrzeugs herrschen für die einzelnen Speicherzellen unterschiedlich wirksame Kühlungsmöglichkeiten. Beispielsweise erreichen manche Speicherzellen oder Module Kühlluft, die bereits andere Speicherzellen oder Module gekühlt hat. Da Speicherzellen in Reihe geschaltet sind, führen die in Reihe geschalteten Speicherzellen den gleichen Strom und erzeugen damit auch die gleiche Verlustwärme je Speicherzelle. Durch die unvermeidlichen Unterschiede hinsichtlich der Kühlung der Speicherzellen treten von Speicherzelle zu Speicherzelle unterschiedliche Temperaturen auf.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein System zur Speicherung elektrischer Energie anzugeben, das eine möglichst hohe Lebensdauer und eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, dass der stark temperaturabhängigen Lebensdauer der Speicherzellen Rechnung getragen wird. Nachdem Speicherzellen mit höherer Temperatur schneller altern und damit das gesamte Speichersystem funktionsunfähig werden lassen können, obwohl noch der Großteil der Speicherzellen mit einer Temperaturhistorie auf niedrigerem Niveau noch funktionsfähig sind, sieht die Erfindung vor, dass die Spannung von Zellen, die tatsächlich oder voraussichtlich einer höheren Temperatur ausgesetzt sind, eine niedrigere Spannung zugeordnet wird. Dies wird beispielsweise durch Absenken der Schwellenspannung der betreffenden Zellen erreicht.
Die Temperaturunterschiede der einzelnen Speicherzellen sind unter anderem auf die unterschiedlich wirksame Kühlung der einzelnen Speicherzellen zurückzuführen. Beispielsweise bekommt ein Teil der Speicherzellen Kühlluft zugeführt, die bereits durch einen anderen Teil der Speicherzellen erwärmt worden ist. Da aber Speicherzellen eines Moduls in Reihe geschaltet sind, erzeugt jede Speicherzelle des Moduls in etwa die gleiche Verlustwärme. Durch die unvermeidlichen Unterschiede in der Kühlung entstehen unterschiedliche Speicherzellentemperaturen. Die Lebensdauer der Speicherzellen ist stark alterungsabhängig. Speicherzellen, die auf einem höheren Temperaturniveau betrieben werden, altern schneller und führen nach ihrem Ausfall zu einem Gesamtausfall des Moduls bzw. Speichers, obwohl die auf einem niedrigeren Temperaturniveau betriebenen Speicherzellen noch funktionsfähig sind.
Dies ist insbesondere bei Anwendungen des Speichersystems von hoher Relevanz, bei denen hohe Energiemengen in kurzer Zeit von den Speicherzellen aufgenommen oder abgegeben werden. Dies tritt beispielsweise bei der Rekuperation von Bremsenergie oder etwa bei Beschleunigungsvorgängen (Boosten) auf. Diese Lade-/Entladezyklen bewirken eine schnelle Freisetzung großer Abwärmemengen, durch die sich die Speicherzellen erhitzen.
Die bei hohen Temperaturen einsetzenden Alterungseffekte wie etwa die Abnahme der Kapazität und die Zunahme des Innenwiderstands sind bei derartigen Anwendungen mit regelmäßig hohen Leistungsanforderungen, wie sie etwa bei Hybridantrieben in Stadtbussen auftreten, ausgeprägt selbstverstärkend.
Mit Zunahme des Innenwiderstands steigt die Verlustwärme weiter an, was die Zelle mit ohnehin schon höherer Temperatur wiederum noch stärker erwärmt und damit fortschreitend schneller altern lässt.
Die erfindungsgemäße Lösung behebt dieses Problem, indem die in der Temperatur mittleren Zellen ihre mittlere Spannung behalten, die Zellen mit höherer Temperatur eine niedrigere Spannung und die Zellen mit einer niedrigeren Temperatur eine höhere Spannung zugeordnet wird. Die Spannung des Moduls bleibt dadurch unverändert.
Die erforderlichen Spannungsabsenkungen und die erforderlichen Spannungserhöhungen gegenüber den mittleren Zellen ergeben sich beispielsweise aus dem absoluten Temperaturniveau und/oder den Temperaturunterschieden zwischen den Speicherzellen.
Die den einzelnen Speicherzellen zugeordneten Temperaturen können beispielsweise mittels Sensoren an jeder Speicherzelle ermittelt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich dadurch, dass die den einzelnen Speicherzellen zugeordneten Temperaturen aus modellgestützten Berechnungen ermittelt werden. Es findet keine Messung der aktuellen Temperatur statt, wodurch der damit verbundene Aufwand hinsichtlich Sensoren, Verkabelung und Auswertung entfällt. Es wird stattdessen beispielsweise aus einem thermischen Modell und einer Simulation des Aufbaus, aus Lebensdauermodellen der Speicherzellen und/oder empirisch aus Versuchen die mögliche Temperaturverteilung zwischen den einzelnen Speicherzellen ermittelt. Dabei ergibt sich aufgrund der Anordnung der Speicherzellen in einem Modul eine weitgehend vorhersagbare Temperaturverteilung. Diese wird beispielsweise durch die Lage der Speicherzelle innerhalb des Moduls wie etwa eine Rand- oder Mittenlage, durch die Lage des Moduls relativ zu anderen Modulen, durch die Lage innerhalb einer übergeordneten Baugruppe oder bezüglich anderen wärmetechnisch relevanten Bauteilen oder durch die Anströmrichtung der Speicherzellen oder des Moduls durch den für die Kühlung vorgesehenen Luftstrom. Der Luftstrom kann beispielsweise auch durch die Geschwindigkeit des Fahrzeugs hervorgerufen sein.
Für die Einstellung der Spannungswerte der einzelnen Zellen kann es verschiedenen Strategien geben.
Es kann für Speicherzellen, für die eine hohe thermische Belastung zu erwarten ist, bereits im Voraus” eine geringere Spannungsbelastung gewählt werden. Es wird somit nicht erst abgewartet, bis eine entsprechende Zellentemperatur erreicht wird und dann durch Senken der Spannung gegengesteuert, sondern es wird stets ein Spannungsniveau eingestellt, das einer zu erwartenden Temperatur der Zelle entspricht.
Es kann aber auch die Temperaturermittlung zusätzlich auf den momentanen Betriebszustand, auf zu erwartenden Betriebssituationen oder/und auf Umgebungsdaten gestützt werden. Bei einem Einsatz des Speichers in einem Hybridfahrzeug wären dies beispielsweise Stadtfahrt oder/Überlandfahrt, Funktionsfähigkeit der Kühlung, gemessene Außentemperatur, Klima oder Höhe des Einsatzorts, etc. Auf diese Weise kann noch besser einer für die Alterung einzelner Zellen ungünstigen Konstellation aus Spannung und Temperatur entgegengewirkt und damit ein unter Umständen nicht genau vorhersagbarer Alterungsverlauf vermieden werden.
Die unterschiedlichen Spannungen der Speicherzellen können durch Vorgaben der Steuereinheit an die Schaltglieder beziehungsweise Kontrolleingänge der Schwellwertschalter der einzelnen Zellen realisiert werden. Dabei kann beispielsweise ein CAN-Bus-System eingesetzt werden.
Damit wird eine starke Vergleichmäßigung der Alterung aller Zellen erreicht, was insgesamt zu einer optimierten Lebensdauer und Ausnutzung des Speichers führt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich ferner aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 einen beispielhaften Aufbau eines Hybridfahrzeugs;
2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Systems zur Speicherung elektrischer Energie.
In 1 ist ein beispielhaftes Hybridfahrzeug 1 angedeutet. Es verfügt über zwei Achsen 2, 3 mit je zwei beispielhaft angedeuteten Rädern 4. Die Achse 3 soll dabei eine angetriebene Achse des Fahrzeugs 1 sein, während die Achse 2 in an sich bekannter Art und Weise lediglich mitläuft. Zum Antrieb der Achse 3 ist beispielhaft ein Getriebe 5 dargestellt, welches die Leistung von einer Verbrennungskraftmaschine 6 und einer elektrischen Maschine 7 aufnimmt und in den Bereich der angetriebenen Achse 3 leitet. Im Antriebsfall kann die elektrische Maschine 7 alleine oder ergänzend zur Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine 6 Antriebsleistung in den Bereich der angetriebenen Achse 3 leiten und somit das Fahrzeug 1 antreiben beziehungsweise den Antrieb des Fahrzeugs 1 unterstützen. Außerdem kann beim Abbremsen des Fahrzeugs 1 die elektrische Maschine 7 als Generator betrieben werden, um so beim Bremsen anfallende Leistung zurückzugewinnen und entsprechend zu speichern. Um beispielsweise bei einem Einsatz in einem Stadtbus als Fahrzeug 1 auch für Bremsvorgänge aus höheren Geschwindigkeiten, welche bei einem Stadtbus sicherlich bei maximal ca. 70 km/h liegen werden, einen ausreichenden Energieinhalt bereitstellen zu können, muss in diesem Fall ein System 10 zur Speicherung elektrischer Energie vorgesehen werden, welche einen Energieinhalt in der Größenordnung von 350 bis 700 Wh aufweist. Damit lassen sich auch Energien, welche beispielsweise bei einem ca. 10 Sekunden langen Bremsvorgang aus einer solchen Geschwindigkeit anfallen, über die elektrische Maschine 7, welche typischerweise eine Größenordnung von ca. 150 kW haben wird, in elektrische Energie umzusetzen und diese in dem System 10 zu speichern.
Zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 7 sowie zum Laden und Entladen des Systems 10 zur Speicherung elektrischer Energie weist der Aufbau gemäß 1 einen Umrichter 9 auf, welcher in an sich bekannter Art und Weise mit einer integrierten Steuereinrichtung für das Energiemanagement ausgebildet ist. Über den Umrichter 9 mit der integrierten Steuereinrichtung wird dabei der Energiefluss zwischen der elektrischen Maschine 7 und dem System 10 zur Speicherung der elektrischen Energie entsprechend koordiniert. Die Steuereinrichtung sorgt dafür, dass beim Bremsen im Bereich der dann generatorisch angetriebenen elektrischen Maschine 7 anfallende Leistung soweit möglich in das System 10 zur Speicherung der elektrischen Energie eingespeichert wird, wobei eine vorgegebene obere Spannungsgrenze des Systems 10 im Allgemeinen nicht überschritten werden darf. Im Antriebsfall koordiniert die Steuereinrichtung im Umrichter 9 die Entnahme von elektrischer Energie aus dem System 10, um in diesem umgekehrten Fall die elektrische Maschine 7 mittels dieser entnommenen Leistung anzutreiben. Neben dem hier beschriebenen Hybridfahrzeug 1, welches beispielsweise ein Stadtbus sein kann, wäre ein vergleichbarer Aufbau selbstverständlich auch in einem reinen Elektrofahrzeug denkbar.
2 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen System 10 zur Speicherung elektrischer Energie. Prinzipiell sind verschiedene Arten des Systems 10 zur Speicherung elektrischer Energie denkbar.
Typischerweise ist ein derartiges System 10 so aufgebaut, dass eine Vielzahl von Speicherzellen 12 typischerweise in Reihe in dem System 10 verschaltet sind. Diese Speicherzellen können dabei Akkumulatorzellen und/oder Superkondensatoren sein, oder auch eine beliebige Kombination hiervon. Für das hier dargestellte Ausführungsbeispiel sollen die Speicherzellen 12 allesamt als Superkondensatoren, das heißt als Doppelschicht-Kondensatoren ausgebildet sein, welche in einem System 10 zur Speicherung elektrischer Energie in dem mit dem Hybridantrieb ausgerüsteten Fahrzeug 1 eingesetzt werden sollen. Der Aufbau kann dabei bevorzugt in einem Nutzfahrzeug, beispielsweise einem Omnibus für den Stadt/Nahverkehr eingesetzt werden. Hierbei wird durch häufige Anfahr- und Bremsmanöver in Verbindung mit einer sehr hohen Fahrzeugmasse eine besonders hohe Effizienz der Speicherung der elektrischen Energie durch die Superkondensatoren erreicht, da vergleichsweise hohe Ströme fließen.
Wie bereits erwähnt, sind in der 2 die Speicherzellen 12 zu erkennen. Dabei sind lediglich drei seriell verbundenen Speicherzellen 12 dargestellt. Bei dem oben genannten Ausführungsbeispiel und einer entsprechenden elektrischen Antriebsleistung von ca. 100 bis 200 kW, beispielsweise 120 kW, wären dies in einem realistischen Aufbau insgesamt ca. 150 bis 250 Speicherzellen 12. Wenn diese als Superkondensatoren mit einer derzeitigen oberen Spannungsgrenze von ca. 2,7 V je Superkondensator und einer Kapazität von 3000 Farad ausgebildet sind, wäre eine realistische Anwendung für den Hybridantrieb eines Stadtomnibusses gegeben.
In 2 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gedankens dargestellt. Das System 10 zur Speicherung elektrischer Energie weist eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Speicherzellen 12 auf. Diese sind in einem Modul 13 baulich zusammengefasst. Jede der Speicherzellen 12 weist einen parallel zu der jeweiligen Speicherzelle 12 geschalteten elektrischen Verbraucher in Form eines ohmschen Widerstandes 14 auf. Dieser Widerständ 14 ist in Reihe mit einem Schaltglied 16 parallel zu jeder der Speicherzellen 12 geschaltet. Der Schalter 16 ist als Schwellwertschalter ausgebildet. Die einzelnen Schalter 16 sind mit einem Kontrolleingang 18 versehen.
Jeder der Kontrolleingange 18 ist über Leitungen mit einem Bussystem 20 wie etwa einem CAN-Bussystem verbunden. An das Bussystem 20 ist eine Steuereinheit 22 angeschlossen. Die Steuereinrichtung 22 ist ebenfalls an das Bussystem 20 angeschlossen, sendet Informationen an die Kontrolleingänge 18 der Schwellwertschalter 16 und ermöglicht so beispielsweise eine Herauf- oder Herabsetzung der Auslösespannung das heißt der Schwellenspannung der Schwellwertschalter 16. Ein anderer möglicher über die Steuereinheit 22 beeinflussbarer Parameter ist beispielsweise die Offenzeit des Schwellwertschalters 16. Des Weiteren ist es möglich, über das Bussystem 20 nicht nur Informationen an die Kontrolleingänge zu senden, sondern auch Daten der Speicherzellen 12 zu empfangen. Bei den von den Speicherzellen 12 abfragbaren Daten kann es sich beispielsweise um die momentane Spannung der Speicherzellen 12 handeln.
Eine mögliche Ausführungsform sieht vor, die Zellentemperatur der Speicherzellen 12 zu ermitteln. Im Betrieb ermittel bei der bevorzugten Ausführungsform der 2 die Steuereinheit die einzelnen Temperaturen der Speicherzellen aus Annahmen über die Temperaturverteilung innerhalb des Moduls bzw. des Speichers. Die Annahmen können aus modellgestützten Berechnungen wie etwa einem thermischen Modell des Aufbaus, Lebensdauermodellen der Speicherzellen oder/und Versuchen stammen.
Des Weiteren sind der Steuereinheit 22 die Gesamtspannung des Moduls bzw. des Speichers und die Spannungen der einzelnen Speicherzellen 12 bekannt. Bevorzugt werden nun im Betrieb des Systems 10 Speicherzellen 12, die eine mittlere Temperatur aufweisen, von der Steuereinheit 22 eine mittlere Spannung, beispielsweise 2,5 V zugeordnet. Speicherzellen 12 mit einer hohen Temperatur wird eine niedrigere Spannung, beispielsweise 2,42 V zugeordnet. Speicherzellen 12 mit einer niedrigen Temperatur wird eine höhere Spannung, beispielsweise 2,55 V zugeordnet. Die unterschiedlichen Spannungen für die einzelnen Speicherzellen 12 werden durch die Steuereinheit 22 an die Kontrolleingänge 18 der Schwellwertschalter 16 über das Bussystem 20 kommuniziert. Die Spannung für das System 10, beispielsweise für einen Hybridantrieb, bleibt durch diese Maßnahme unverändert. Es wird damit eine Vergleichmäßigung der Alterung aller Speicherzellen 12 erreicht, was insgesamt zu einer maximierten Lebensdauer und Ausnutzung des Speichers 10 führt.

Claims

System (10) zur Speicherung elektrischer Energie, umfassend mehrere eine Betriebsspannung aufweisende Speicherzellen (12), wobei parallel zu einer Speicherzelle (12) ein elektrischer Verbraucher (14) sowie ein Schaltglied (16) in Reihe mit dem Verbraucher angeordnet sind und wobei das Schaltglied (16) bei Erreichen oder Überschreiten einer Schwellenspannung geschlossen wird, wobei das System (10) zumindest ein mehrere Speicherzellen (12) umfassendes Modul (13) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) eine Steuereinrichtung (22) umfasst, die dazu eingerichtet ist, einzelnen Speicherzellen (12) eine Temperatur und dem Modul (13) eine Modulspannung zuzuordnen und in Abhängigkeit von der zugeordneten Temperatur die Schwellenspannung einzelner Speicherzellen unter Beibehaltung der Modulspannung zu beeinflussen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (22) das die mittlere Temperatur des Moduls (13) und/oder die Temperaturunterschiede zwischen den Speicherzellen (12) ermittelt.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (22) die den Speicherzellen (12) zugeordneten Temperaturen aus Messwerten und/oder aus modellgestützten Berechnungen ermittelt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenspannung durch eine Vorgabe der Steuereinrichtung (22) veränderbar ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltglied (16) nach dem Schließen für eine bestimmte Zeit geschlossen bleibt.
Verfahren zum Steuern eines zur Speicherung elektrischer Energie ausgelegten Systems (10) mit mehreren in einem Modul (13) angeordneten und eine Betriebsspannung aufweisenden Speicherzellen (12), wobei parallel zu jeder Speicherzelle (12) ein elektrischer Verbraucher (14) sowie ein Schaltglied (16) in Reihe mit dem elektrischen Verbraucher angeordnet sind, mit den Schritten: Aufladen der Speicherzellen (12), Ermitteln der Temperatur einzelner Speicherzellen (12) des Moduls (13), Vergleichen der ermittelten Temperaturen, Absenken der Betriebsspannung bei Speicherzellen (12) mit hoher Temperatur sowie Anheben der Betriebsspannung von Speicherzellen (12) mit niedriger Temperatur unter Beibehaltung der Modulspannung.