DE102011011799A1 - Verfahren zum Schalten von Energiespeicherzellen eines Energiespeichers für ein Fahrzeug sowie entsprechenden Energiespeicher und Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Schalten von Energiespeicherzellen eines Energiespeichers für ein Fahrzeug sowie entsprechenden Energiespeicher und Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Ein Energiespeicher (4) umfasst mehrere parallel geschaltete Energiespeicherstränge (St1–Stn), wobei jeder der Energiespeicherstränge (St1–Stn) mindestens eine Energiespeicherzellen (Z1–Zm) umfasst. Zum Schalten der Energiespeicherzellen (Z1–Zm) des Energiespeichers (4) für ein Fahrzeug (10) wird ein Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzellen (Z1–Zm) des Energiespeichers (4) überprüft. Wenn der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle (Z5) als fehlerhaft erfasst wird, wird nur ein Teil der Energiespeicherstränge (St1–Stn) umfassend einen fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1), welcher die Energiespeicherzellen (Z5) mit dem fehlerhaften Betriebszustand umfasst, abgeschaltet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren Energiespeicherzellen eines Energiespeichers für ein Fahrzeug ein- und auszuschalten sowie einen entsprechend ausgestalteten Energiespeicher und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
  • Die DE 103 05 357 B4 beschreibt eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines mit sicherheitsrelevanten Komponenten ausgestatteten Zweispannungs-Bordnetzes.
  • Die DE 10 2005 058 822 A1 beschreibt eine redundante Energieversorgung mit zwei Energieversorgungseinrichtungen, wobei eine als Energiespeicher und eine als generatorische Energieversorgungseinrichtung ausgebildet ist.
  • Die WO 2008/121224 A1 beschreibt ein Batteriesystem für ein Fahrzeug, wobei Verbindungen bei einer vorbestimmten Krafteinwirkung und bei einem vorbestimmten thermischen Ereignis unterbrochen werden.
  • Die US 7,671,565 B2 beschreibt ein Batteriesystem für ein Fahrzeug, wobei Leitungsverbindungen bei Überspannungsbedingungen unterbrochen werden.
  • Wie in 1 dargestellt ist, besteht eine Antriebsbatterie eines heutigen Fahrzeugs mit Elektromotor häufig aus mehreren parallel geschalteten Batteriesträngen St1 bis Stn, welche jeweils z. B. 100 (oder mehr) Batteriezellen Zi aufweisen. Dabei wird jede Batteriezelle Zi während des Betriebs, was einen Ladevorgang einschließt, kontinuierlich durch ein Batteriemanagementsystem BMS überwacht, um unzulässige Betriebszustände der jeweiligen Batteriezelle Zi, welche zu einer Schädigung oder gar Zerstörung dieser Batteriezelle Zi führen könnten, zu vermeiden. Elektrisch ist die Antriebsbatterie über zwei Leistungsschütze Q1, Q2 mit dem Hochvoltnetz des Fahrzeugs verbunden.
  • Insbesondere mit zunehmendem Alter der Batteriezellen Zi entstehen zunehmend Unterschiede zwischen den einzelnen Batteriezellen, was beispielsweise die Leistungsfähigkeit, die Kapazität und den Innenwiderstand der Batteriezellen betrifft. Dies führt beispielsweise dazu, dass eine bestimmte Batteriezelle bereits ihre Entladegrenze (Abschaltgrenze) erreicht hat während andere Batteriezellen noch betriebsbereit sind. In solch einem Fall wird bei heutigen Batteriesystemen die Antriebsbatterie abgeschaltet (indem die Leistungsschütze Q1 und Q2 geöffnet werden), um eine Beschädigung (beispielsweise eine Tiefentladung einzelner Batteriezellen) zu vermeiden. Auch wenn eine Batteriezelle aufgrund eines erhöhten Innenwiderstands eine zu hohe Temperatur aufweist, wird nach dem heutigen Stand der Technik die Antriebsbatterie abgeschaltet, obwohl die entsprechende Batteriezelle nach einer Abkühlphase wieder betriebsbereit wäre. Es existieren weitere Beispiele für unzulässige Betriebszustände einzelner Batteriezellen, welche dazu führen, dass die Antriebsbatterie abgeschaltet wird.
  • Das Abschalten der Antriebsbatterie führt bei einem reinen Elektrofahrzeug nachteiligerweise zu einem Liegenbleiben des Fahrzeugs. Aber auch bei einem Hybridfahrzeug führt das Abschalten der Antriebsbatterie nachteiligerweise dazu, dass das Hybridfahrzeug seine Fähigkeit zur Rekuperation verliert.
  • Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Abschalten der Antriebsbatterie zu vermeiden, wenn nur eine oder nur wenige Batteriezellen fehlerhaft sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Schalten von Energiespeicherzellen eines Energiespeichers nach Anspruch 1, durch einen Energiespeicher nach Anspruch 9 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schalten von Energiespeicherzellen eines Energiespeichers bereitgestellt. Dabei umfasst der Energiespeicher mehrere Energiespeicherstränge, welche parallel angeordnet und parallel geschaltet sind. Jeder der Energiespeicherstränge umfasst seinerseits mindestens eine Energiespeicherzelle (d. h. eine oder mehrere Energiespeicherzellen). Ein Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzellen des Energiespeichers und/oder ein Betriebszustand der Energiespeicherstränge wird/werden erfindungsgemäß überprüft. Wenn der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle als fehlerhaft erfasst wird oder wenn der Betriebszustand eines Energiespeicherstrangs als fehlerhaft erfasst wird, wird ein Teil der Energiespeicherstränge, welcher den als fehlerhaft erkannten Energiespeicherstrang oder einen fehlerhaften Energiespeicherstrang, welcher die als fehlerhaft erfasste Energiespeicherzelle aufweist, umfasst, abgeschaltet.
  • Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß beim Auftreten einer fehlerhaften Energiespeicherzelle nicht der gesamte Energiespeicher abgeschaltet, sondern es wird nur ein Teil des Energiespeichers abgeschaltet, wobei dieser Teil die fehlerhafte Energiespeicherzelle umfasst.
  • Dadurch kann der Energiespeicher vorteilhafterweise auch dann noch von einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug eingesetzt werden, wenn bereits eine oder mehrere seiner Energiespeicherzellen als fehlerhaft erfasst worden sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nur der fehlerhafte Energiespeicherstrang abgeschaltet, welcher die als fehlerhaft erfasste(n) Energiespeicherzelle(n) umfasst.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch für den Fall einsetzbar, dass mehrere Energiespeicherzellen als fehlerhaft erfasst werden. In diesem Fall umfasst der Teil der Energiespeicherstränge, welcher abgeschaltet wird, diese mehreren fehlerhaften Energiespeicherzellen. Optimalerweise umfasst dazu die Menge der abgeschalteten Energiespeicherstränge nur diejenigen Energiespeicherstränge, welche jeweils zumindest eine fehlerhafte Energiespeicherzelle aufweisen.
  • Der Teil oder die Menge der abgeschalteten Energiespeicherstränge kann wieder zugeschaltet werden, wenn der Betriebszustand aller Energiespeicherzellen des fehlerhaften Energiespeicherstrangs und damit auch der Betriebszustand der Energiespeicherzellen, welche vorher als fehlerhaft erfasst wurden, als fehlerfrei erfasst werden.
  • Mit anderen Worten kann die Menge der abgeschalteten Energiespeicherstränge dann wieder zugeschaltet werden, wenn alle Energiespeicherzellen der aktuell abgeschalteten Energiespeicherstränge wieder korrekt arbeiten. Dadurch ist sichergestellt, dass auch diejenigen Energiespeicherzellen, welche vorab als fehlerhaft erfasst wurden, wieder korrekt arbeiten.
  • Erfindungsgemäß wird der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle als fehlerhaft erfasst, wenn eine oder mehrere der im Folgenden beispielhaft aufgeführten Bedingungen erfüllt ist/sind:
    • • Die Energiespeicherzellen weist eine Temperatur auf, welcher oberhalb eines vorbestimmten Temperaturschwellenwerts liegt.
    • • Eine Spannung, welche zwischen den beiden Polen der entsprechenden Energiespeicherzelle gemessen wird, ist höher als ein vorbestimmter erster Spannungsschwellenwert.
    • • Die Spannung, welche zwischen den beiden Polen der entsprechenden Energiespeicherzelle gemessen wird, ist niedriger als ein vorbestimmter zweiter Spannungsschwellenwert. Dabei ist der zweite Spannungsschwellenwert kleiner als der erste Spannungsschwellenwert.
    • • Die Energiespeicherzelle wurde zumindest einmal tiefentladen, d. h. die Energiespeicherzelle wurde zumindest einmal über ihre Entladegrenze hinweg entladen.
    • • Die Energiespeicherzelle weist einen internen Kurzschluss (d. h. einen Kurzschluss zwischen ihren Polen) auf.
  • Wenn der Betriebszustand einer oder mehrerer Energiespeicherzellen eines Energiespeicherstrangs als fehlerhaft erfasst wird, wird dieser entsprechende fehlerhafte Energiespeicherstrang insbesondere mittels eines Schützes, welcher auch als Leistungshalbleiter realisiert sein kann, abgeschaltet.
  • Dabei wird unter einem Schütz ein elektrisch betätigter oder elektronischer Schalter für große Spannungen oder Leistungen verstanden. Ein Schütz arbeitet wie ein Relais und kennt zwei Schaltstellungen (eingeschaltet und ausgeschaltet) und ist normalerweise monostabil, d. h. der Schütz weist für den Fall, dass ihm kein Steuerstrom zugeführt wird, eine vorbestimmte der beiden Schaltstellungen auf.
  • Natürlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass mit demselben Schütz mehrere Energiespeicherstränge abgeschaltet werden. In diesem Fall würden diese mehreren Energiespeicherstränge durch den Schütz abgeschaltet werden, wenn innerhalb eines dieser Energiespeicherstränge zumindest eine fehlerhafte Energiespeicherzelle erfasst wird.
  • Für den Schütz zum Abschalten oder Zuschalten des fehlerhaften Energiespeicherstrangs existieren zwei Varianten:
    • • 1. Variante: Wenn sich der Schütz in seinem Ruhezustand befindet, wird der fehlerhafte Energiespeicherstrang durch den Schütz abgeschaltet
    • • 2. Variante: Wenn sich der Schütz in seinem Ruhezustand befindet, wird der fehlerhafte Energiespeicherstrang durch den Schütz eingeschaltet.
  • Während bei der zweiten Variante der Strombedarf des Schützes während des normalen Betriebs (der von dem Schütz geschaltete Energiespeicherstrang weist keine fehlerhafte Energiespeicherzelle auf) geringer als der Strombedarf des Schützes gemäß der ersten Variante ist, ist der Strombedarf des Schützes beim Abschalten des entsprechenden Energiespeicherstrangs bei der zweiten Variante größer als bei der ersten Variante.
  • Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der fehlerhafte Energiespeicherstrang und damit der diesen fehlerhaften Energiespeicherstrang schaltende Schütz mit Hilfe eines Hauptschützes stromlos geschaltet, bevor der fehlerhafte Energiespeicherstrang dann mit Hilfe des Schützes abgeschaltet wird.
  • Indem zumindest der fehlerhafte Energiespeicherstrang zusammen mit dem ihn schaltenden Schütz vor dem Abschalten stromlos geschaltet wird, muss der den fehlerhaften Energiespeicherstrang schaltende Schütz nur für sehr geringe Schaltströme ausgelegt werden, was vorteilhafterweise zu einem geringeren Platzbedarf, geringeren Gewicht und einem geringeren Strombedarf des den fehlerhaften Energiespeicherstrang schaltenden Schützes führt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Energiespeicher für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst der Energiespeicher eine Steuerung und mehrere elektrisch parallel geschaltete Energiespeicherstränge. Jeder dieser Energiespeicherstränge des Energiespeichers umfasst mindestens eine Energiespeicherzelle, d. h. eine oder in der Regel mehrere Energiespeicherzellen. Die Steuerung ist in der Lage, einen Betriebszustand jeder Energiespeicherzelle und/oder eines Energiespeicherstrangs des Energiespeichers zu überprüfen. Darüber hinaus umfasst der Energiespeicher für jeden Energiespeicherstrang ein Schaltelement, mit welchem der jeweilige Energiespeicherstrang bezüglich des Energiespeichers eingeschaltet oder abgeschaltet werden kann. Der Energiespeicher ist nun derart ausgestaltet, dass die Steuerung für den Fall, dass die Steuerung erfasst, dass der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle oder eines Energiespeicherstrangs fehlerhaft ist, eine Menge der Energiespeicherstränge abschaltet, wobei diese Menge zumindest den als fehlerhaft erfassten Energiespeicherstrang oder denjenigen Energiespeicherstrang umfasst, welcher selbst die Energiespeicherzelle mit dem fehlerhaften Betriebszustand aufweist.
  • Die Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des vorab beschriebenen Verfahrens zum Schalten von Energiespeicherzellen eines Energiespeichers, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet und auf die vorab stehende Beschreibung verwiesen wird.
  • Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen erfindungsgemäßen Energiespeicher aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
    • • Ein unzulässiger Betriebszustand einer einzigen Energiespeicherzelle führt nicht zum Abschalten des gesamten Energiespeichers.
    • • Die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Energiespeichers ist höher als bei einem Energiespeicher nach dem Stand der Technik.
    • • Ein erfindungsgemäßer Energiespeicher weist eine längere Nutzungsdauer als ein herkömmlicher Energiespeicher auf.
    • • Aufgrund der höheren Zuverlässigkeit und längeren Nutzungsdauer des Energiespeichers können die Betriebskosten eines Fahrzeugs, welches einen derartigen erfindungsgemäßen Energiespeicher einsetzt, gesenkt werden.
    • • Die durchschnittliche Reichweite eines Fahrzeugs mit erfindungsgemäßem Energiespeicher ist höher als bei einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen Energiespeicher.
  • Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für Energiespeicher von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch für Energiespeicher von Flugzeugen, Schiffen oder gleisgebundenen und spurgeführten Fahrzeugen eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ist ein Einsatz der vorliegenden Erfindung auch außerhalb von Fortbewegungsmitteln für einen beliebigen Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie denkbar.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
  • 1 stellt einen Energiespeicher nach dem Stand der Technik dar.
  • In 2 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Energiespeichers dargestellt.
  • In 3 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines Redundanzmoduls des in 2 dargestellt Energiespeicher als dargestellt.
  • In 4 ist eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Redundanzmoduls des in 2 dargestellten Energiespeichers abgebildet.
  • In 5 ist der erfindungsgemäße Fall dargestellt, dass zwei Energiespeicher ein Hochvoltnetz versorgen.
  • 6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Energiespeicher.
  • Der in 2 dargestellte erfindungsgemäße Energiespeicher (Batterie) 4 umfasst mehrere Energiespeicherstränge St1–Stn, welche parallel angeordnet sind und jeweils aus einer Reihenschaltung von mehreren Energiespeicherzellen Z1–Zm bestehen. Jeder Energiespeicherstrang St1–Stn ist an einem Ende seiner Reihenschaltung der Energiespeicherzellen mit einem Strangschütz QSt1–QStn mit einem Hauptschütz Q1 und über diesen mit einem Plus-Pol 1 des Energiespeichers 4 verbunden. An dem anderen Ende der Reihenschaltung der Energiespeicherzellen ist der jeweilige Energiespeicherstrang über einen weiteren Hauptschütz Q2 mit dem Minus-Pol 2 des Energiespeichers 4 verbunden. Die n Strangschütze QSt1 bis QStn sind Bestandteil eines Redundanzmoduls 3 des Energiespeichers. Eine Steuerung BMS des Energiespeichers 4 steuert zum einen die beiden Hauptschütze Q1, Q2 und das Redundanzmodul 3 und erfasst zum anderen den Betriebszustand von jeder Energiespeicherzelle jedes Energiespeicherstrangs St1 bis Stn.
  • Aufgrund der Reihenschaltung der Energiespeicherzellen Z1 bis Zm führt der Ausfall einer dieser Energiespeicherzellen (in 2 Z5) auch zum Ausfall des entsprechenden Energiespeicherstrangs St1. In diesem Fall informiert die Steuerung BMS das Redundanzmodul 3, welches daraufhin den entsprechenden Energiespeicherstrang St1 durch Öffnen des entsprechenden Strangschützes QSt1 abschaltet. Durch die verbleibenden Energiespeicherstränge wird die Versorgung eines Hochvoltnetzes, welches an den Polen 1, 2 angeschlossen ist, (mit reduzierter Leistung) weiterhin sichergestellt.
  • Existieren bei einer Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug beispielsweise acht identische Energiespeicherstränge St1 bis St8, würde der Ausfall eines Energiespeicherstrangs St1 zu einer Reduzierung der Maximalleistung um 1/8 bzw. 12,5% führen, was für einen Fahrer des Elektrofahrzeugs nur schwer wahrnehmbar ist. Ein Liegenbleiben des Elektrofahrzeugs, wie es nach dem Stand der Technik schon beim Ausfall nur einer Energiespeicherzelle der Fall ist, wird vorteilhafterweise vermieden. Die eingeschränkte Maximalleistung des Energiespeichers 4 wird über den an die Steuerung B angeschlossenen CAN-Bus einem Energiemanagementsystem (nicht dargestellt) des Fahrzeugs oder direkt an die Hochvolt-Komponenten (nicht dargestellt) des Fahrzeugs kommuniziert und die Leistungsaufnahme durch die Hochvolt-Komponenten entsprechend reduziert, um die noch im Betrieb befindlichen Energiespeicherstränge nicht zu überlasten.
  • Der unzulässige Betriebszustand der aktuell fehlerhaften Energiespeicherzellen kann häufig im nächsten Ladevorgang des Energiespeichers 4 durch die Steuerung BMS beispielsweise mittels Loadbalancing oder Ähnlichem behoben werden, wodurch der Energiespeicher 4 wieder voll einsatzbereit wäre. Bei einer Überhitzung einer einzelnen Energiespeicherzelle Z5 kann der entsprechende Energiespeicherstrang St1 nach einer Abkühlung aufgrund der Abschaltung auch bereits während des laufenden Betriebs wieder zugeschaltet werden.
  • In 3 ist insbesondere das Redundanzmodul 3 des Energiespeichers 4 der 2 im Detail dargestellt. Die Strangschütze QSt1 bis QStn im Redundanzmodul 3 können beispielsweise den beiden Hauptschützen Q1 und Q2 entsprechen. In diesem Fall kann ein Energiespeicherstrang bei vollem Betrieb abgeschaltet werden. Zur Erhöhung der Lebensdauer der Strangschütze QSt1 bis QStn ist es allerdings sinnvoll, zumindest die Hochvolt-Komponenten mit einem hohen Strombedarf kurzfristig vor dem Schalten eines Strangschützes zu deaktivieren, um den Schaltstrom zu reduzieren. Diese kurzfristige Deaktivierung kann beispielsweise über eine entsprechende CAN-Bus-Nachricht initiiert werden. In der Praxis sind die entsprechenden Hochvolt-Komponenten dabei maximal 0,3 s deaktiviert, was von einem Insassen eines entsprechenden Elektrofahrzeugs nahezu nicht wahrgenommen werden kann. Die Ansteuerung der Strangschütze QSt1 bis QStn wird bei der dargestellten Ausführungsform von der Steuerung BMS mit Hilfe des Redundanzmoduls 3 vorgenommen.
  • In 3 werden Strangschütze QSt1 bis QStn eingesetzt, welche im Ruhezustand den entsprechenden Energiespeicherstrang St1 bis Stn, mit welchem sie verbunden sind, abschalten. Dagegen sind bei der in 3 dargestellten Ausführungsform Strangschütze QSt1 bis QStn vorhanden, welche im Ruhezustand den entsprechenden Energiespeicherstrang über den Hauptschütz Q1 mit dem Plus-Pol 1 des Energiespeichers 4 verbinden. Während also bei der in 3 dargestellten Ausführungsform jeder Strangschütz QSt1 bis QStn im normalen Betrieb (der entsprechende Energiespeicherstrang ist zugeschaltet) mit Strom von der Steuerung BMS versorgt wird, wird bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ein Strangschütz QSt1 bis QStn nur dann mit Strom von der Steuerung BMS versorgt, wenn der entsprechende Energiespeicherstrang St1 bis Stn abgeschaltet werden soll.
  • Sowohl bei der in 3 als auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform können die Strangschütze QSt1 bis QStn anders als die Leistungsschütze Q1 und Q2 ausgestaltet sein, wie es im Folgenden beschrieben ist. Während die Leistungsschütze Q1 und Q2 derart ausgestaltet sein sollten, dass ein Abschalten des Hochvolt-Netzes auch unter Volllast möglich ist, ohne dadurch die Leistungsschütze Q1 und Q2 zu beschädigen, können die Strangschütze QSt1 bis QStn zum Schalten einer wesentlich geringeren Last ausgelegt werden. Bei dieser Variante wird vor dem Abschalten oder Zuschalten eines Energiespeicherstrangs zunächst das Hochvolt-Netz durch den Leistungsschütz Q1 und/oder den Leistungsschütz Q2 von den Energiespeichersträngen St1 bis Stn getrennt, um anschließend den entsprechenden Strangschütz des entsprechenden Energiespeicherstrangs zu öffnen oder zu schließen. Erst danach wird das Hochvolt-Netz durch Schließen des oder der Leistungsschütze Q1 und Q2 wieder aktiviert. In einem solchen Fall ist der Energiespeicher 4 für bis zu 0,5 s vom Hochvoltnetz getrennt. Auch bei dieser Variante ist es sinnvoll, zumindest, die leistungsintensiven Hochvolt-Komponenten kurz vor dem Schalten der Leistungsschütze Q1 und Q2 zu deaktivieren, um die Leistungsschütze Q1 und Q2 zu schonen.
  • Da bei dieser Variante nur sehr geringe Schaltströme für die Strangschütze QSt1 bis QStn entstehen, können diese Strangschütze QSt1 bis QStn im Vergleich zu den Leistungsschützen Q1 und Q2 zum Schalten einer wesentlich geringeren Last ausgelegt werden. Dadurch können die Strangschütze QSt1 bis QStn kleiner und leichter ausgelegt werden als die Leistungsschütze Q1 und Q2, und auch der Strombedarf zum Schalten der Strangschütze QSt1 bis QStn ist geringer als bei den Leistungsschützen Q1 und Q2.
  • In 5 sind zwei Energiespeicher (Batterien) 4, 14 zur Versorgung eines Hochvoltnetzes 5 vorhanden. Diese beiden Energiespeicher können jeweils derart aufgebaut sein, wie es in den 2 bis 4 vorab dargestellt ist. D. h. diese Energiespeicher 4, 14 können auch mehrere Energiespeicherstränge umfassen. Weist einer der Energiespeicher 4, 14 mehrere Energiespeicherstränge auf, dann besitzt jeder Energiespeicherstrang einen Strangschütz, mit welchem der entsprechende Energiespeicherstrang zu- und abgeschaltet werden kann. In diesem Fall spielen die für jeden Energiespeicher 4, 14 dargestellten Schütze 6 die Rolle von Hauptschützen.
  • Durch die Kommunikationsverbindung zwischen den Steuerungen BMS der beiden Energiespeicher 4, 14 wäre eine Koordination der beiden Energiespeicher 4, 14 z. B. beim Abschalten vom Hochvoltnetz 5 oder beim Zuschalten zum Hochvoltnetz 5 möglich. Über eine optionale Verbindung zum CAN-Bus könnte der Zustand des jeweiligen Energiespeichers an andere Fahrzeugkomponenten kommuniziert werden oder es könnten Befehle an den jeweiligen Energiespeicher 4, 14 abgesetzt werden.
  • Im in 5 dargestellten Fall bilden somit die Schütze 6 unten ein (über mehrere Batterien 4, 14) verteiltes Redundanzmodul 7. Ähnliches gilt insbesondere auch für die Schütze 6 oben. In ähnlicher Weise können auch mehr als zwei Energiespeicher, über welche das Hochvoltnetz 5 versorgt wird, miteinander verschaltet werden.
  • In 6 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches einen erfindungsgemäßen Energiespeicher 4 umfasst.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (11)

  1. Verfahren zum Schalten von Energiespeicherzellen (Z1–Zm) eines Energiespeichers (4) für ein Fahrzeug (10), wobei der Energiespeicher (4) mehrere parallel geschaltete Energiespeicherstränge (St1–Stn) umfasst, wobei jeder der Energiespeicherstränge (St1–Stn) mindestens eine Energiespeicherzelle (Z1–Zm) umfasst, wobei ein Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzellen (Z1–Zm) und/oder der Energiespeicherstränge (St1–Stn) des Energiespeichers (4) überprüft wird, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle (Z5) oder eines Energiespeicherstrangs (St1) als fehlerhaft erfasst wird, nur ein Teil der Energiespeicherstränge (St1–Stn) umfassend einen fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1) oder einen fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1), welcher die Energiespeicherzelle (Z5) mit dem fehlerhaften Betriebszustand umfasst, abgeschaltet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Energiespeicherstränge (St1–Stn) nur den fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1) beinhaltet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Energiespeicherstränge wieder zugeschaltet wird, wenn der Betriebszustand aller Energiespeicherzellen (Z1–Zm) des fehlerhaften Energiespeicherstrangs (St1) und damit auch der Betriebszustand der Energiespeicherzelle (Z5), welcher Vorher als fehlerhaft erfasst wurde, als fehlerfrei erfasst werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle (Z1–Zm) als fehlerhaft erfasst wird, wenn zumindest eine von folgenden Bedingungen erfüllt ist: • Die Energiespeicherzelle (Z1–Zm) weist eine Temperatur auf, welche höher als ein vorbestimmter Temperaturschwellenwert ist. • Die Energiespeicherzelle (Z1–Zm) weist an ihren Polen eine Spannung auf, welche höher als ein vorbestimmter erster Spannungsschwellenwert ist. • Die Energiespeicherzelle (Z1–Zm) weist an ihren Polen eine Spannung auf, welche niedriger als ein vorbestimmter zweiter Spannungsschwellenwert ist. • Die Energiespeicherzelle (Z1–Zm) wurde zumindest einmal tiefentladen. • Die Energiespeicherzelle (Z1–Zm) weist einen internen Kurzschluss auf.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der fehlerhafte Energiespeicherstrang (St1) mittels eines Schützes (QSt1) abgeschaltet wird, wenn der Betriebszustand einer Energiespeicherzelle (Z5) dieses Energiespeicherstrangs (St1) als fehlerhaft erfasst wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der fehlerhafte Energiespeicherstrang (St1) durch den Schütz (QSt1) abgeschaltet ist, wenn sich der Schütz (QSt1) in seinem Ruhezustand befindet.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der fehlerhafte Energiespeicherstrang (St1) durch den Schütz (QSt1) eingeschaltet ist, wenn sich der Schütz (QSt1) in seinem Ruhezustand befindet.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5–7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Hauptschützes (Q1; Q2) der fehlerhafte Energiespeicherstrang (St1) und damit der Schütz (QSt1) stromlos geschaltet werden, bevor der fehlerhafte Energiespeicherstrang (St1) mittels des Schützes (QSt1) abgeschaltet wird.
  9. Energiespeicher für ein Fahrzeug (10), wobei der Energiespeicher (4) eine Steuerung (BMS) und mehrere parallel geschaltete Energiespeicherstränge (St1–Stn) umfasst, wobei jeder der Energiespeicherstränge (St1–Stn) mindestens eine Energiespeicherzelle (Z1–Zm) umfasst, wobei der Energiespeicher (4) derart ausgestaltet ist, dass die Steuerung (BMS) einen Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzellen (Z1–Zm) und/oder der Energiespeicherstränge (St1–Stn) des Energiespeichers (4) überprüft, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) pro Energiespeicherstrang (St1–Stn) ein Schaltelement (QSt1–QStn) umfasst, mit welchem der jeweilige Energiespeicherstrang (St1–Stn) ein- und abschaltbar ist, und dass der Energiespeicher (4) derart ausgestaltet ist, dass die Steuerung (BMS) nur einen Teil der Energiespeicherstränge (St1–Stn) umfassend einen fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1) oder einen fehlerhaften Energiespeicherstrang (St1), welcher die Energiespeicherzelle (Z5) mit dem fehlerhaften Betriebszustand umfasst, abschaltet, wenn die Steuerung (BMS) erfasst, dass der Betriebszustand eines Energiespeicherstrangs (St1) oder einer Energiespeicherzelle (Z5) dieses fehlerhaften Energiespeicherstranges (St1) fehlerhaft ist.
  10. Energiespeicher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 ausgestaltet ist.
  11. Fahrzeug mit einem Energiespeicher (4) nach Anspruch 9 oder 10.
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