DE102015225441A1 - Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug (10) angeordneten Hochvoltspeicher (26). Der Hochvoltspeicher (26) weist eine Vielzahl von Energiespeichermodulen (32, 32') auf, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen (40, 40') aufweisen. Das Fahrzeug (10) weist eine elektrische Maschine (16) auf, um angetriebene Räder (12) des Fahrzeugs (10) anzutreiben. Hierfür stellt der Hochvoltspeicher (26) die benötigte elektrische Energie bereit. Das Energiespeicherzellenausgleichssystem weist auf: ein Energieaustauschsystem (42), um einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen (32, 32') zu ermöglichen; ein Verbindungsherstellungssystem (53), um für zumindest ein Energiespeichermodul (32, 32') zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle (40, 40') mit dem Energieaustauschsystem (42) zu verbinden; und eine Steuereinheit (52), mit der für zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') jeweils eine den Ist-Ladezustand repräsentierende Ladezustandsgröße ermittelt wird. In Abhängigkeit dieser Ladezustandsgröße wird festgestellt, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') um eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') handelt, die elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle (40) handelt, die elektrische Energie abgeben kann. Die Steuereinheit (52) ist ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) in einem ersten Energiespeichermodul (32) und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') in einem zweiten Energiespeichermodul (32') angeordnet ist, und bei Vorliegen dieses definierten Speicherbetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem (53) derart anzusteuern, dass ein Energieaustausch zwischen der abgebenden Energiespeicherzelle (40) und der aufnehmenden Energiespeicherzelle (40') erfolgen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher. Ebenso betrifft die Erfindung einen entsprechend ausgebildeten Hochvoltspeicher, ein entsprechend ausgebildetes Energiespeichermodul, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Durchführen eines entsprechenden Energiespeicherzellenausgleichs.
  • Der Hochvoltspeicher, bei dem das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem zum Einsatz kommt, weist eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen auf, die wiederum jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen aufweisen. Der Hochvoltspeicher ist dazu ausgebildet, einer in einem Fahrzeug angeordneten elektrischen Maschine, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder des Fahrzeugs anzutreiben, die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen.
  • Ein Hochvoltspeicher, der auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird, kann ein Spannungsniveau von mehr als 250 Volt aufweisen, wobei es durchaus auch Anwendungsfälle gibt, bei denen das Spannungsniveau deutlich höher ist. Dieses Spannungsniveau wird dadurch erreicht, dass zum einen die in den Energiespeichermodulen enthaltenen Energiespeicherzellen untereinander in Reihe geschaltet sind, und zum anderen die Energiespeichermodule selbst untereinander ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Die Energiespei cherzellen können wiederaufladbar ausgeführt sein, insbesondere als Lithium-Ionen-Speicherzellen.
  • Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Hybridfahrzeug oder um ein Elektro fahrzeug handeln. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben der elektrischen Maschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine elektrische Maschine angetrieben wird.
  • Die zum Einsatz kommende elektrische Maschine ist in der Regel als Innenläufermaschine ausgelegt, bei der ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator weist eine Anzahl von Wicklungen auf, die dazu ausgebildet sind, ein auf den Rotor wirkendes Wechselmagnetfeld zu erzeugen, aufgrund dessen der Rotor eine Drehbewegung ausführt. In der Regel weist eine derartige elektrische Maschine drei Phasen auf. Zur Erzeugung des Wechselmagnetfelds, sind diese drei Phasen über eine von einer Ansteuereinheit ansteuerbare Leistungselektronik, genauer gesagt über einen Wechselrichter bzw. Umrichter mit dem Hochvoltspeicher verbindbar. Die elektrische Maschine kann als Synchronmaschine, insbesondere als Hybrid-Synchronmaschine aufgebaut sein.
  • Wie bereits erwähnt, ist ein Hochvoltspeicher aus einer Vielzahl von in Serie geschalteter Energiespeicherzellen aufgebaut, die üblicherweise leichte Streuungen in ihren Zellparametern aufweisen. Ursache für Streuungen bzw. Abweichungen in den individuellen Zellparametern können sowohl extrinsische als auch intrinsische Faktoren sein. Dabei sind intrinsische Faktoren solche, die aus Fertigungstoleranzen im Herstellungsprozess herrühren. Extrinsische Faktoren sind dagegen beispielsweise, von den Zellparametern unabhängige, ungleichmäßige thermische und zyklische Belastungen. Diese Faktoren führen ggf. zu Abweichungen der Energiespeicherzellen untereinander und beeinflussen somit maßgeblich die Asymmetrie eines Hochvoltspeichers während seiner gesamten Lebensdauer.
  • Beispielsweise bewirken unterschiedliche Innenwiderstände und/oder Kon taktierungswiderstände und/oder Zellkapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen, dass über die Lebensdauer eines Hochvoltspeichers hinweg in diesem eine Ladungsasymmetrie entsteht. Durch diese Asymmetrie erreichen die einzelnen Energiespeicherzellen unterschiedlich schnell ihre im Betrieb geltenden Spannungsgrenzwerte. Prinzip bedingt kann einem Hochvoltspeicher nur bis zu einem unteren Entladepegel elektrische Energie entnommen werden. Dabei ist es so, dass aus Sicherheitsgründen dann eine weitere Entladung aller in einem Hochvoltspeicher enthaltener Energiespeicherzellen unterbunden werden muss (Vermeidung einer Tiefentladung), sobald eine der Energiespeicherzellen ihre minimal zulässige Zellspannung (Entladeschlussspannung) erreicht. Dies führt bei dem Hochvoltspeicher zu einer ungenutzten Restladung. In entsprechender Weise kann einem Hochvoltspeicher lediglich bis zu einem oberen Ladepegel elektrische Energie zugeführt werden. Folglich wird bei einem Ladevorgang das weitere Laden aller Energiespeicherzellen unterbunden (Vermeidung einer Überladung), sobald eine der Energiespeicherzellen ihre maximal zulässige Zellspannung (Ladeschlussspannung) erreicht. In beiden Fällen führt die abnehmende umsetzbare elektrische Energie im Hochvoltspeicher letztlich zu Einbußen in der im elektrischen Fahrbetrieb erzielbaren Reichweite. Aufgrund der Tatsache, dass bei den Energiespeicherzellen mit deren zunehmenden Alter die Unterschiede in der Speicherkapazität der einzelnen Energiespeicherzellen größer werden, steigt somit mit zunehmenden Alter des Hochvoltspeichers auch dessen ungenutzte Restladungsmenge.
  • Um den vorstehend genannten, beim Betrieb eines Hochvoltspeichers zu erwartenden Beeinträchtigungen entgegenzuwirken und den Energieumsatz sowie die Lebensdauer eines Hochvoltspeichers zu maximieren, werden Maßnahmen ergriffen, um die in einem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen hinsichtlich der in ihnen gespeicherten elektrischen Energie zu symmetrieren. D.h. es werden Maßnahmen ergriffen, mit denen die Unterschiede in den Kapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen aus geglichen werden sollen, und mit denen die in einem Hochvoltspeicher ins gesamt gespeicherte elektrische Energie besser auf die einzelnen Energie speicherzellen entsprechend ihren jeweiligen baulichen und den sich im Be trieb einstellenden Gegebenheiten aufgeteilt werden soll.
  • Bisher kamen zu diesem Zweck zum einen dissipative Systeme und zum anderen nicht-dissipative Systeme zum Einsatz. Bei dissipativen Systemen wird die in einem Hochvoltspeicher enthaltene überflüssige Energie in Wärme umgewandelt, d.h. von den am vollsten geladenen Energiespeicherzellen wird die überschüssige Ladung beispielswiese an entsprechend dimensionierten Widerständen in Wärme umgewandelt. Hierdurch wird für alle Energiespeicherzellen die jeweilige Zellenspannung an die niedrigste im Hochvoltspeicher vorhandene Zellenspannung angeglichen. Mittels der dissipativen Symmetrierung wird somit verhindert, dass die „schwächsten“ Energiespeicherzellen vorzeitig ihre jeweilige Ladeschlussspannung erreichen. Dadurch kann zwar die Kapazität dieser Energiespeicherzellen vollständig ausgenutzt werden, jedoch geht die zusätzliche Kapazität der übrigen Energiespeicherzellen verloren. Mit Hilfe eines nicht-dissipativen Systems kann erreicht werden, dass die in einem Hochvoltspeicher insgesamt gespeicherte elektrische Energie optimal auf die einzelnen, im Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen verteilt ist. D.h. die überschüssige elektrische Energie wird hier nicht in Wärme umgewandelt, sondern zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen neu aufgeteilt.
  • Auch wenn nicht-dissipative Energiespeicherzellenausgleichsysteme gegenüber dissipativen Energiespeicherzellenausgleichsystemen einen entscheidenden Vorteil haben, nämlich dass beim Symmetrieren die im Hochvoltspeicher vorhandene überschüssige elektrische Energie nicht in Wärme umgewandelt wird und diese somit für den Fahrbetrieb eines Fahrzeugs nach wie vor zur Verfügung steht, und es sich somit anbietet, in einem Fahrzeug eher nicht-dissipative Systeme als dissipative Systemen einzusetzen, sind nicht-dissipative Systeme noch nicht optimal.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nicht-dissipatives Energiespeicherzellenausgleichsystem bereitzustellen, das in der Realisierung kostengünstig ist und im Fahrbetrieb zuverlässig und effizient arbeitet, das hinsichtlich der Reichweite, die bei einem unter Nutzung des Hochvoltspeichers stattfindenden Fahrbetrieb erzielbar ist, verbessert ist, und das zugleich hinsichtlich des konkret durchzuführenden Ausgleichs an elektrischer Energie unaufwändig ist, und hierbei eine maximale Flexibilität dahingehend zulässt, zwischen welchen Einheiten innerhalb eines Hochvoltspeichers besagter Ausgleich stattfinden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeicherzellenausgleichssystem der eingangs genannten Art gelöst, das folgende Komponenten aufweist: ein Energieaustauschsystem, das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen zu ermöglichen, ein Verbindungsherstellungssystem, das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, für zumindest zwei Energiespeicherzellen eine den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierende Ladezustandsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit dieser Ladezustandsgröße festzustellen, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespei chermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt, und bei Vor liegen dieses definierten Speicherbetriebszustands das Verbindungsherstel lungssystem derart anzusteuern, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann.
  • Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher gelöst, wobei der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen aufweist, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen aufweisen, wobei das Fahrzeug eine elektrische Maschine aufweist, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder des Fahrzeugs anzutreiben, wobei der Hochvoltspeicher dazu ausgebildet ist, der elektrischen Maschine die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen, wobei der Hochvoltspeicher ferner aufweist, ein Energieaustauschsystem, das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen zu ermöglichen, ein Verbindungsherstellungssystem, das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, folgende Schritte auszuführen:
    • – Ermitteln einer den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Ladezustandsgröße für zumindest zwei Energiespeicherzellen,
    • – Feststellen in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann,
    • – Feststellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul an geordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt, und
    • – Ansteuern des Verbindungsherstellungssystems bei Vorliegen des definierten Speicherbetriebszustands derart, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem bzw. das erfindungsgemäße Verfahren arbeiten modulübergreifend, d.h. der Ladungsausgleich bzw. der Energietransfer wird Energiespeichermodul übergreifend zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen durchgeführt bzw. vorgenommen. Dieses modulgreifende Konzept, bei dem ein Energieausgleich bzw. ein Energieaustausch zwischen zumindest einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle, die in einem ersten und somit abgebenden Energiespeichermodul enthalten ist, und zumindest einer aufnehmenden Energiespeicherzelle, die in einem zweiten und somit aufnehmenden Energiespeichermodul enthalten ist, bietet zahlreiche Vorteile. So ermöglicht dieses Konzept eine sehr große Flexibilität, und zwar dahingehend, zwischen welchen Einheiten eines Hochvoltspeichers ein Energieausgleich bzw. ein Energieaustausch durchgeführt wird. Und zwar in zweierlei Hinsicht. Zum einen kann ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen vorgenommen werden, die in verschiedenen Energiespeichermodulen angeordnet sind. Zum anderen ist sowohl die Anzahl der abgebenden als auch die Anzahl der aufnehmenden Energiespeicherzellen jeweils beliebig, d.h. es kann ein Ausgleich bzw. Austausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen stattfinden oder zwischen einer einzelnen Energiespeicherzelle und einem Verbund von Energiespeicherzellen, wobei im Falle des Verbunds es auch denkbar ist, dass die zu dem Verbund gehörenden Energiespeicherzellen in unterschiedlichen Energiespeichermodulen enthalten sein können.
  • Ein weiterer Vorteil gegenüber Systemen, bei denen ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch zunächst innerhalb ein und desselben Energiespeichermoduls, d.h. zunächst für die in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen selbst, und dann erst in einem nachgelagerten Schritt zwischen den einzelnen Energiespeichermodulen vorgenommen wird, ist, dass mit dem erfindungsgemäßen modulübergreifenden Konzept eine sehr viel größere Effizienz erzielt werden kann. Dies rührt daher, dass direkt zwischen den in unterschiedlichen Energiespeichermodulen enthaltenen Energiespeicherzellen ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch durchgeführt werden kann, somit sind die auszutauschenden bzw. zu transferierenden Energie- bzw. Ladungsmengen sehr viel kleiner, als dies der Fall wäre, wenn der Ausgleich bzw. Austausch zwischen den Energiespeichermodulen durchzuführen wäre. Die geringer ausfallende Menge an auszutauschender Energie- bzw. Ladungsmenge führt auch dazu, dass bei der Durchführung des Energieaustauschs bzw. Energieausgleichs weniger Verluste entstehen. Somit steht im Vergleich zu den bekannten Systemen im Fahrbetrieb des Fahrzeugs eine größere Energiemenge zur Verfügung, weswegen eine größere Reichweite erzielbar ist.
  • Ferner bewirkt das modulübergreifende Konzept, dass wesentlich weniger Zeit für das Durchführen des Energieausgleichs bzw. Energieaustauschs benötigt wird. Zum einen ist es nicht erforderlich, zunächst, d.h. zeitlich vorgelagert und somit in einem ersten Schritt für die in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen einen Ausgleich bzw. Austausch durchführen zu müssen, und dann in einem zweiten Schritt für die Energiespeichermodule als solche einen Ausgleich bzw. Austausch durchzuführen. Auch ergibt sich dadurch ein zeitlicher Vorteil, dass zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen sehr viel kleinere Energie- bzw. Ladungsmengen aus zutauschen bzw. zu transferieren sind, als zwischen den Energiespeicher modulen. Der Aufwand für die Durchführung eines Energieausgleichs bzw. eines Energieaustausches fällt somit sehr viel geringer aus, was auch zu einer größeren Zuverlässigkeit während des Fahrbetriebs führt.
  • Hinzu kommt, dass aufgrund der sehr viel geringeren Menge an auszutauschender elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung, die einzelnen Komponenten, insbesondere diejenigen, über die unmittelbar die zu verteilende elektrische Energie oder elektrische Ladung transferiert wird, weniger mächtig, d. h. für eine geringere Leistung ausgelegt werden müssen. Somit können kostengünstigere Komponenten verwendet werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem kann der Energieinhalt eines Hochvoltspeichers über dessen Lebensdauer immer optimal genutzt werden. Ferner wird für diejenigen Energiespeicherzellen, die im Vergleich zu den anderen in einem Hochvoltspeicher verbauten Energiespeicherzellen eine geringere Speicherkapazität aufweisen, eine überproportionale Alterung verhindert. Dadurch steigt die Gesamtlebensdauer des Hochvoltspeichers und es verringern sich die Aufwendungen für ansonsten ggf. durchzuführende Gewährleistungs- und Kulanzmaßnahmen.
  • Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.
  • Bevor auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Energiespeicherzellenausgleichsystems eingegangen wird, soll hier zunächst der grundsätzliche Aufbau eines baulich eigenständig ausgebildeten Energiespeichermoduls beschrieben werden. Solch ein Energiespeichermodul soll eine Anzahl von Energiespeicherzellen enthalten, die zu mindestens einer Reihe gestapelt, hintereinander angeordnet sind, und mittels zweier Endplatten und geeigneter Zugelemente, vorzugsweise Zuganker miteinander verspannt sind. Ferner soll das Energiespeichermodul folgende weitere Komponenten enthalten: Isolationskomponenten zur Isolierung der Energiespeicherzellen gegenüber den vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Endplat ten bzw. Zugelemente. Wärmeleitkomponenten, um einen guten Abtransport der im Betrieb an den Energiespeicherzellen entstehenden Wärme hin zu einer Kühlvorrichtung zu ermöglichen. Kontaktierungskomponenten, mit de nen die einzelnen Energiespeicherzellen untereinander zur Realisierung einer Serienschaltung kontaktiert sind. Elektronikkomponenten zur Durchführung von Regelungs- und Überwachungsfunktionen.
  • Vorteilhafterweise wird für alle im Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen eine Ladezustandsgröße ermittelt, und somit für jede Energiespeicherzelle festgestellt, ob es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt. Somit kann für den Hochvoltspeicher ein vollständiger Ladungs- bzw. Energieausgleich vorgenommen werden und eine maximale Reichweitensteigerung erzielt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Energieaustauschsystem als ein Bussystem ausgebildet. Die Verwendung eines Bussystems hat den Vorteil, dass ein System zum Austausch oder Ausgleich oder zur Übertragung von Energie oder Ladung zur Verfügung steht, bei dem dies zwischen mehreren Komponenten, in diesem Fall Energiespeichermodulen und somit Energiespeicherzellen möglich ist, die an eine gemeinsame Übertragungsinfrastruktur angeschlossen sind, wobei die einzelnen Komponenten an dem Austausch oder Ausgleich oder der Übertragung zwischen anderen Komponenten nicht beteiligt sind, d.h. die Energiespeichermodule sind nicht Teil des Übertragungswegs, über den zwischen zumindest zwei anderen Energiespeichermodulen Energie bzw. Ladung ausgetauscht wird. Dadurch wird eine größtmögliche Flexibilität bzw. Kompatibilität sichergestellt, die dazu führt, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem für unterschiedlich konfigurierte Hochvoltspeicher eingesetzt werden, d.h. für Hochvoltspeicher, die eine unterschiedliche Anzahl von Energiespeichermodulen enthalten können. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bussystem um ein nach dem Standard „EnergyBus“ ausgeführtes Bussystem. Dies hat den Vorteil, dass eine standardisierte Komponente zum Einsatz kommen kann, was einerseits zu einer hohen Zuverlässigkeit im Fahrbetrieb führt und andererseits niedrige Kosten in der Realisierung des Energiespeicherzellen ausgleichsystems bewirkt. Zudem ist mit solch einem Bussystem gleichzeitig eine Energie- bzw. Ladungsübertragung einerseits und sofern benötigt auch eine Kommunikationsübertragung andererseits zwischen einzelnen an das Bussystem angeschlossenen Komponenten, sprich Energiespeichermodulen bzw. Energiespeicherzellen möglich. Vorteilhafterweise verfügt ein derart ausgeführtes Bussystem von Haus aus über Spezifikationen für die Spannung (bis 48 V) und Strom (bis 40 A), die mit den Gegebenheiten kompatibel sind, die für Energiespeichermodule gelten, die in einem Kraftfahrzeughochvoltspeicher verbaut sind, bzw. die für das in einem Kraftfahrzeug enthaltene Niedervoltbordnetz gelten. Vorzugsweise soll das Bussystem ausgelegt sein für eine Spannung, die in einem unteren Bereich des vorstehend genannten Spannungsbereichs liegt, beispielsweise für eine Spannung in der Größenordnung von 12 V und für einen Strom, der im Bereich einiger weniger Ampere liegt, beispielsweise in der Größenordnung von 10 A oder auch bei etwas höheren Werten. Die zuvor für den Strom genannten Zahlenwerte sollen keine einschränkende Wirkung für den bei einem stattfindenden Energieausgleich innerhalb eines Energiespeichermoduls fließenden Strom haben; dieser soll vorzugsweise bei ungefähr 1 A liegen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Energiespeichermodule zumindest zur Realisierung einer Serienschaltung untereinander über Leitungskomponenten verbunden, wobei die Leitungskomponenten gegenüber dem Energieaustauschsystem baulich eigenständig ausgeführt sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass zwei baulich eigenständige Einheiten zum Einsatz kommen, wodurch es möglich ist, jede dieser beiden Einheiten optimal an ihre jeweilige Anwendung anzupassen. Demzufolge können die Leitungskomponenten optimal auf die zu erfüllende Hochvoltanwendung ausgelegt sein, während das Bussystem, wie vorstehend beschrieben, auf eine Niedervoltanwendung ausgelegt sein kann. Zu dem bietet diese Maßnahme den Vorteil, dass beide Anwendungen, nämlich der Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen einerseits, und die Versorgung der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie andererseits, unabhängig voneinander ablaufen können.
  • In einer weiteren vorteilehaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verbindungsherstellungssystem eine Vielzahl von Verbindungsmodulen auf, wobei jedem Energiespeichermodul jeweils ein Verbindungsmodul zugeordnet ist. D.h. das Verbindungsherstellungssystem weist so viele Verbindungsmodule auf, wie der Hochvoltspeicher Energiespeichermodule enthält. In jedem Energiespeichermodul ist ein Verbindungsmodul enthalten. Hierbei handelt es sich um eine Maßnahme, die konsequenterweise den Ansatz fördert bzw. unterstützt, der durch die Verwendung eines Bussystems für das Energieaustauschsystem begründet ist, nämlich einen möglichst flexiblen Aufbau des Energiespeicherzellenausgleichsystems zu realisieren, das für eine große Anzahl von Hochvoltspeicher eingesetzt werden kann.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme weisen die Verbindungsmodule jeweils ein Wandlerelement und eine Schaltelementanordnung auf. Das Wandlerelement ermöglicht eine Spannungsanpassung, die beispielsweise dann erforderlich ist, wenn ein Energie- oder Ladungsausgleich zwischen einer einzelnen Energiespeicherzelle und einem Verbund von Energiespeicherzellen vorgenommen werden soll. Unter Umständen kann es sich bei solch einem Verbund um sämtliche in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen handeln. Die Schaltelementanordnung ermöglicht die gezielte Auswahl einer einzelnen Energiespeicherzelle. Somit ist die Flexibilität sichergestellt, die erforderlich ist, um zwischen beliebigen Energiespeicherzellen bzw. Energiespeichermodulen innerhalb eines Hochvoltspeichers einen Ausgleich vornehmen zu können. Vorzugsweise sind sämtliche in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Verbindungsmodule funktionell identisch aufgebaut, d.h. in jedem Energiespei chermodul ist ein Wandlerelement und eine Schaltelementanordnung enthal ten.
  • Konsequenterweise ist das Wandlerelement als Mehrwicklungstransformator ausgeführt, der eine Primärwicklung und eine Anzahl von Sekundärwicklungen aufweist, wobei die Primärwicklung wirktechnisch dem Energieaustauschsystem und die Sekundärwicklungen wirktechnisch den Energiespeicherzellen zugeordnet sind. Vorzugsweise weist der Mehrwicklungstransformator eine Anzahl von Sekundärwicklungen auf, die der Anzahl der in dem Energiespeichermodul enthaltenen Anzahl von Energiespeicherzellen entspricht. In entsprechend konsequenter Weise weist die Schaltelementanordnung eine Anzahl von sekundärseitigen Schaltelementen auf, wobei jedes der sekundärseitigen Schaltelemente jeweils einem Sekundärverbund, bestehend aus einer Energiespeicherzelle und einer Sekundärwicklung, derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem sekundärseitigem Schaltelement die Sekundärwicklung und die Energiespeicherzelle einen sekundärseitigen Energieflusspfad bilden. Solch ein sekundärseitiger Energieflusspfad ist zellenbezogen, d.h. einer einzelnen Energiespeicherzelle zugeordnet. Mit einem derart ausgebildeten Wandlerelement ist es möglich, jede der in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen wirktechnisch mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden. Somit kann für jede einzelne der in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen eine Ladungs- bzw. ein Energieausgleich durchgeführt werden. Anstelle eines Mehrwicklungstransformators kann auch ein bidirektionaler DC/DC-Wandler verwendet werden, insbesondere ein sogenannter Buck-boost-converter.
  • Vorteilhafterweise weisen die Verbindungsmodule ferner jeweils einen Kondensator auf, der zu der jeweiligen Primärwicklung parallel geschaltet ist. Diese Maßnahme ermöglicht den Austausch von Energie bzw. Ladung von einer Energiespeicherzelle zu einer anderen Energiespeicherzelle, da der Kondensator ein Zwischenspeichern der elektrischen Energie bzw. Ladung ermöglicht, die der abgebenden Energiespeicherzelle entnommen wurde.
  • Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, die Flexibilität zu ermöglichen, die dahingehend gefordert ist, dass ein Austausch an elektrischer Energie bzw. Ladung zwischen einzelnen Energiespeicherzellen untereinander und zwi schen Energiespeicherzellen und einem aus mehreren Energiespeicherzel len bestehenden Verbund möglich sein soll.
  • Vorteilhafterweise weisen die Verbindungsmodule ferner jeweils ein primärseitiges Schaltelement auf, das der jeweiligen Primärwicklung derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem primärseitigem Schaltelement ein aus der Primärwicklung und dem Kondensator bestehender primärseitiger Energieflusspfad gebildet ist. Durch diesen primärseitigen, modulbezogenen Energieflusspfad kann ein Energiespeichermodul elektrische Energie bzw. Ladung an das Energieaustauschsystem abgeben oder von diesem aufnehmen, wodurch ein Austausch bzw. ein Ausgleich zwischen den Energiespeichermodulen und somit zwischen den in diesen Modulen enthaltenen Energiespeicherzellen möglich ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Fahrzeug ein weiterer Energiespeicher vorhanden, der mit dem Energieaustauschsystem verbunden ist, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, das Verbindungsherstellungssystem derart anzusteuern, dass zumindest eine der aufnehmenden Energiespeicherzellen und/oder zumindest eine der abgebenden Energiespeicherzellen mit dem weiteren Energiespeicher verbunden ist, um einen Energieausaustausch zwischen der jeweiligen Energiespeicherzelle und dem weiteren Energiespeicher zu ermöglichen. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass eine in einem Hochvoltspeicher enthaltene Energiespeicherzelle geladen oder entladen werden kann, ohne dass gleichzeitig innerhalb des Hochvoltspeichers eine Ladungsumverteilung durchgeführt werden muss. Es kann somit auch ohne eine Ladungsumverteilung zwischen einzelnen Energiespeicherzellen eine Ladungs- bzw. Energieausgleich erzielt werden. Vorzugsweise ist der weitere Energiespeicher als Niedervoltspeicher ausgeführt, dessen Spannungsniveau im Bereich der Bordnetz spannung liegt. Vorzugsweise kann der weitere Energiespeicher mittels sogenannter Superkondensatoren aufgebaut sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Ladebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher elektrische Energie zugeführt wird, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Ladebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem zumindest zeitweise derart anzusteuern, um zumindest einer der aufnehmenden Energiespeicherzellen eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zuzuführen. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zu der für das Energiespeicherzellenausgleichsystem geforderten Flexibilität bei. Bei dem Ladebetriebszustand kann es sich um einen fahrzeugintern ablaufenden Ladevorgang handeln, wie er beispielsweise bei der Rekuperation vorkommt. Es kann sich aber auch um einen Ladevorgang handeln, bei dem dem Hochvoltspeicher von einer externen Energiequelle, beispielsweise dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, elektrische Energie zugeführt wird. Vorzugsweise soll dabei so vorgegangen werden, dass während eines Ladevorgangs dem Hochvoltspeicher als Ganzem elektrische Energie zugeführt wird und bereits während des Ladevorgangs ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen vorgenommen wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Entnahmebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher elektrische Energie entnommen wird, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Entnahmebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem zumindest zweitweise derart anzusteuern, um zumindest einer der abgebenden Energiespeicherzellen eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zu entnehmen. Auch diese Maßnahme trägt zu der für das Energiespeicherzellenausgleichsystem geforderten Flexibilität bei. Ein Entnahmebetriebszustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn die elektrische Maschine, mit der die angetriebenen Räder angetrieben werden, durch dem Hochvolt speicher entnommene elektrische Energie gespeist wird. Bei entsprechender Auslegung des Energieaustauschsystems kann ein Entnahmebetriebszu stand auch dann vorliegen, wenn durch den Hochvoltspeicher beispielsweise das Bordnetz oder eine in dem Fahrzeug verbaute Klimaanlage mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorzugsweise soll so vorgegangen werden, dass beispielsweise während des Speisens der elektrischen Maschine dem Hochvoltspeicher als Ganzem elektrische Energie entnommen wird und bereits während des Entladevorgangs ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen erfolgt. Diese Maßnahme erfolgt vorzugsweise dann, wenn das Fahrzeug bewegt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit zumindest einer für zumindest eine Energiespeicherzelle ermittelten, den Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Betriebszustandsgröße eine Auswertung durchzuführen und in Abhängigkeit eines dabei erhaltenen Auswerteergebnisses den Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle zuzulassen. Durch diese Maßnahme wird ein Kriterium geschaffen, in dessen Abhängigkeit die Durchführung des Energieaustauschs gesteuert werden kann. Somit ist sichergestellt, dass ein Energieaustausch durchgeführt wird, sobald hierfür die Notwendigkeit besteht, d.h. für den Hochvoltspeicher eine ungleiche Ladungsverteilung vorliegt, dieser aber auch beendet wird, sobald in dem Hochvoltspeicher eine ausgeglichene Ladungsverteilung gegeben ist. Ebenso ist sichergestellt, dass der Energieaustausch gar nicht erst begonnen wird, wenn für zumindest eine Energiespeicherzelle ein ungünstiger Betriebszustand vorliegt. Somit ist eine optimale Steigerung der im Fahrbetrieb erzielbaren Reichweite möglich. Das Zulassen eines Energieaustauschs soll das Starten, das Beenden, sowie das Weiterführen eines bereits vorliegenden Energieaustauschs umfassen. Dies soll in entsprechender Weise auch für nachfolgende Ausführungen gelten, die ebenfalls das Zulassen des Ener gieaustauschs betreffen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme handelt es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der für die zumindest zwei Energiespeicherzellen ermittelten Ladezustandsgrößen einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenmaximalwert und einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenminimalwert zu ermitteln, und den Energieaustausch zuzulassen, wenn eine zwischen dem Ladezustandsgrößenminimalwert und dem Ladezustandsgrößenmaximalwert gegebene Differenz gleich oder größer einem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist. Durch die Verwendung der Ladezustandsgröße als Betriebszustandsgröße kann ein sehr aussagekräftiges Kriterium geschaffen werden, mit dem die Durchführung eines Energieaustauschs gesteuert werden kann, wodurch ein besonders zuverlässig arbeitendes Energiespeicherzellenausgleichsystem geschaffen wird. Das Ermitteln eines Ladezustandsgrößenmaximalwerts und eines Ladezustandsgrößenminimalwerts und das Auswerten einer zwischen diesen beiden Werten gegebenen Differenz, ist ein besonders sicheres Kriterium, um feststellen zu können, ob für einen Hochvoltspeicher eine ungleiche Ladungsverteilung vorliegt und somit ein Ladungs- bzw. ein Energieausgleich vorzunehmen ist. Denn sobald im Betrieb eines Hochvoltspeichers für mindestens zwei Energiespeicherzellen die Abweichung zwischen den beiden Ladezustandsgrößen größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, ist das ein Zeichen für eine unsymmetrische Ladungsverteilung, weshalb ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist.
  • Handelt es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, für zumindest eine Energiespeicherzelle zu ermitteln, ob ermittelte Ladezustandsgrößenwerte innerhalb eines von einem unteren Ladezustandsgrenzwert und einem oberen Ladezustandsgrenzwert definierten Ladezustandsbe triebsfenster liegen, und den Energieaustausch zuzulassen, solange die Ladezustandsgrößenwerte innerhalb des Ladezustandsbetriebsfensters liegen. Vorteilhafterweise ist für jede der Energiespeicherzellen solch ein auf einer Energiespeicherzellenladezustandsgröße basierendes Ladezustandsbetriebsfenster vorgesehen und wird somit für jede der Energiespeicherzellen eine derartige Überwachung durchgeführt. Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei dem unteren Ladezustandsgrenzwert als auch bei dem oberen Ladezustandsgrenzwert jeweils um einen definierten Prozentsatz des aktuellen oder des nominellen Energiespeicherzellenladezustandsgrößenwerts. Somit ist eine untere Grenze definiert, die festlegt, dass ein Ausgleich vorgenommen werden kann, solange diese Grenze nicht unterschritten wird. Entsprechend ist eine obere Grenze definiert. Somit ist eine den Entladevorgang betreffende untere Grenze und eine den Ladevorgang betreffende obere Grenze definiert, wodurch sichergestellt ist, das bei einem durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleich sowohl eine Tiefentladung als auch eine Überladung einzelner Energiespeicherzellen und somit eine dauerhafte Beeinträchtigung deren Speicherkapazität vermieden wird. Folglich wird durch diese Maßnahme eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Energiespeicherzellenausgleichsystems während des Fahrbetriebs sichergestellt und das Erreichen einer größtmöglichen Reichweite im Fahrbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, für zumindest eine Energiespeicherzelle eine die Energiespeicherzellentemperatur repräsentierende Temperaturgröße auszuwerten, und in Abhängigkeit eines dabei erzielten Auswerteergebnisses den Energieaustausch zuzulassen. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichssystem, insbesondere im Fahrbetrieb, besonders zuverlässig arbeitet, schließlich kann vermieden werden, dass es bei einem Ladungs- bzw. Energieausgleich zu einer Überhitzung und somit zu einem Ausfall oder zu einer Abschaltung des Hochvoltspeichers kommt. Gleichermaßen wird eine dauerhafte Beein trächtigung einzelner Energiespeicherzellen verhindert und somit eine größtmögliche Reichweite im Fahrbetrieb ermöglicht.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten für die zumindest zwei Energiespeicherzellen wiederholt die jeweiligen Ladezustandsgrößen zu ermitteln und festzustellen, ob es sich um eine abgebende oder aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, wobei die Feststellung, dass es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, für die jeweilige Energiespeicherzelle beibehalten bleibt, solange für die jeweils zugehörige Ladezustandsgröße eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Dadurch dass das Ermitteln der Ladezustandsgrößen und das Feststellen, ob es sich um abgebende oder aufnehmende Energiespeicherzellen handelt, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und somit wiederholt durchgeführt wird, ist eine kontinuierliche Überwachung einzelner Energiespeicherzellen und somit des Hochvoltspeichers gegeben und somit jederzeit während des Betriebs des Hochvoltspeichers das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieaustauschs zwischen einzelnen Energiespeicherzellen möglich. Die Maßnahme, dass die für eine Energiespeicherzelle gemachte Feststellung, ob es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, beibehalten bleibt, solange die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, stellt sicher, dass die Zuordnung einer Energiespeicherzelle zu einer der beiden Kategorien aufnehmende bzw. abgebende Energiespeicherzelle für einen längeren Zeitraum beibehalten bleibt, und nicht sofort mit Einsetzen des Ladungs- oder Energieaustauschs eine neue Zuordnung vorgenommen und somit sehr viele Wechsel in der Zuordnung derjenigen Energiespeicherzellen stattfinden, zwischen denen der Ladungs- bzw. Energieausgleich vorgenommen wird. Somit ist ein kontinuierlich bzw. gleichmäßig ablaufender Ausgleich möglich. Es kann zwar vorteilhafterweise zu jedem Zeitpunkt ein Ermitteln und Auswerten der Ladezustandsgrößen erfolgen, es muss aber nicht zwangsläufig zu jedem Zeitpunkt eine Änderung in der Energiespeicherzellenzuordnung erfolgen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerein heit ferner dazu ausgebildet, beim Feststellen, ob es sich um eine aufneh mende oder abgebende Energiespeicherzelle handelt, ferner eine für den Hochvoltspeicher vorgegebene Hochvoltspeicherbetriebsstrategie zu berücksichtigen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie um eine der folgenden Strategien: um eine Entladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher durchgeführten Entladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils eine maximal mögliche Entladung zu erzielen; oder um eine Ladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher durchgeführten Ladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils eine maximal mögliche Ladung der einzelnen Energiespeicherzellen zu erzielen. Durch diese Maßnahme wird eine optimale Nutzung der individuellen Speicherkapazität der einzelnen Energiespeicherzellen erzielt. Insgesamt ist die Hochvoltspeicherbetriebsstrategie bzw. sind beide Strategien darauf ausgerichtet, eine Leistungsoptimierung zu erzielen, so dass die mit dem Fahrzeug im Fahrbetrieb zurücklegbare Gesamtfahrstrecke maximiert ist. Vorzugsweise kann die Hochvoltspeicherbetriebsstrategie im Fahrbetrieb des Fahrzeugs aus einer Vielzahl unterschiedlicher Strategien ausgewählt werden, wodurch eine Anpassung des vorzunehmenden Ladungs- bzw. Energieausgleichs an im Fahrbetrieb auftretende Gegebenheiten möglich ist, wodurch wiederum eine Optimierung der Speicherkapazität des Hochvoltspeichers und somit der Reichweite möglich ist. Vorzugsweise sollen die Energiespeicherzellen bei beiden Strategien den jeweiligen Ladezustand, d.h. die maximal mögliche Entladung oder die maximal mögliche Aufladung im Wesentlichen zeitgleich erreichen.
  • Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um zumindest eine der folgenden Größen: Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung oder Energiespeicherzellenladezustand. Alle drei Größen sind dafür geeignet, den Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle zuver lässig zu repräsentieren und sind demzufolge ein geeignetes Maß für den Ist- Ladezustand einer Energiespeicherzelle. Die Energiespeicherzellenladung eignet sich besonders gut als Ladezustandsgröße, da sie ein direktes Maß für die in einer Energiespeicherzelle gespeicherte elektrische Ladung und demzufolge auch der Energie ist. Mit ihr kann der Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle besonders zuverlässig erfasst und somit ein Ladungs- bzw. Energieausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherzellen besonders präzise durchgeführt werden. Dadurch, dass der Energiespeicherzellenladezustand über die Energiespeicherzellenkapazität mit der Energiespeicherzellenladung zusammenhängt und im Fall der Energiespeicherzellenleerlaufspannung ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Energiespeicherzellenleerlaufspannung und dem Energiespeicherzellenladezustand besteht, sind auch diese beiden Größen gut dafür geeignet, den Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle wiederzugeben. Es hat sich herausgestellt, dass es ausreichend ist, bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem eine der vorgenannten Größen zu verwenden, d.h. den Ladungs- bzw. Energieausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen basierend auf bzw. in Abhängigkeit von einer dieser drei Größen durchzuführen. Vorteilhafterweise ist aber auch denkbar, zumindest zwei dieser drei Größen kombiniert zu verwenden. Ebenfalls ist es denkbar, dass bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem im Fahrbetrieb und somit während für den Hochvoltspeicher ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist, als Ladezustandsgröße eine der drei vorgenannten Größen ausgewählt wird. Somit ist es möglich, immer die für die jeweilige Betriebssituation des Hochvoltspeichers am besten geeignete Ladezustandsgröße zu verwenden und folglich das beste Ergebnis bei dem durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleich zu erzielen.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, d.h. als Ladezustandsgröße die Energiespeicherzellenspannung verwendet wird, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines für die jeweiligen Energiespeicher zellenspannungswerte durchgeführten Vergleichs festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle han delt. Was die Durchführung des Vergleichs angeht, so sind hier mehrere Vorgehensweisen denkbar. Zum einen können basierend auf den ermittelten Energiespeicherzellenspannungswerten die beiden Extremwerte ermittelt werden, d.h. der maximale und der minimale Spannungswert. Die Energiespeicherzelle, die den maximalen Spannungswert aufweist, ist dann die abgebende Energiespeicherzelle. Die Energiespeicherzelle, die den minimalen Spannungswert aufweist, ist dann die aufnehmende Energiespeicherzelle. Zum anderen können die ermittelten Energiespeicherzellenspannungswerte der Größe nach und demzufolge auch die Energiespeicherzellen selbst sortiert werden. Entsprechend einem geeignet gewählten Zuordnungskriterium bzw. Unterscheidungskriterium, beispielsweise kann hierfür der Mittelwert oder der Median verwendet werden, die beide eine Kategorisierung in abgebende und aufnehmende Energiespeicherzelle ermöglichen, werden dann Zuordnungen von aufnehmenden und abgebenden Energiespeicherzellen gebildet, wobei jeweils innerhalb einer Zuordnung ein Ausgleich vorgenommen wird. Bei den Zuordnungen kann es sich um eine Zuordnung zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle handeln (c2c-Ansatz). Es kann sich auch um eine Zuordnung zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einem Verbund von aufnehmenden Energiespeicherzellen (c2s-Ansatz) oder um eine Zuordnung zwischen einem Verbund von abgebenden Energiespeicherzellen und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle (s2c-Ansatz) handeln, wobei in beiden Fällen der Verbund aus zwei oder maximal n – m Energiespeicherzellen bestehen kann, wobei n die Anzahl der in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen darstellt und m die Anzahl von Energiespeicherzellen darstellt, die insgesamt in dem Energiespeichermodul enthalten sind, das die einzelne abgebende Energiespeicherzelle (c2s-Ansatz) oder die einzelne aufnehmende Energiespeicherzelle (s2c-Ansatz) enthält. Es ist auch denkbar, dass gleichzeitig mehrere der vorstehenden genannten Zuordnungen bestehen können, auch in beliebiger Kombination. Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energie speicherzellenspannung, so wird der Energiespeicherzellenausgleich anhand einer für die Energiespeicherzellen vorgenommenen Spannungssteuerung durchgeführt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, eine den Innenwiderstand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierende Widerstandsgröße zu berücksichtigen. Durch diese Maßnahme können insbesondere systematische Fehler beim Durchführen des Energiespeicherzellenausgleichs vermieden werden. Unter Berücksichtigung des Innenwiderstands einer Energiespeicherzelle ist es möglich, für jede der Energiespeicherzellen deren Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage) zu ermitteln. Bei Kenntnis des Energiespeicherzelleninnenwiderstandes ist es möglich, die unter Belastung im Inneren der Energiespeicherzelle abfallenden Spannungen zu berücksichtigen bzw. herauszurechnen. Es gilt dann die Annahme, dass Energiespeicherzellen, die an ihren Klemmen dieselbe Zellenspannung aufweisen, somit auch denselben Ladezustand aufweisen.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, d.h. als Ladezustandsgröße die Energiespeicherzellenladung oder der Energiespeicherzellenladezustand verwendet wird, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise dazu ausgebildet, für die zumindest zwei Energiespeicherzellen jeweils eine Differenzgröße zwischen der Ladezustandsgröße und einem für die jeweilige Energiespeicherzelle gegebenen Betriebsgrenzwert zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Differenzgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Vorzugsweise wird zur Bildung der Differenzgröße von der Ladezustandsgröße der Betriebsgrenzwert abgezogen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Betriebsgrenzwert in Ab hängigkeit einer für den Hochvoltspeicher vorgegebenen Hochvoltspeicher betriebsstrategie ermittelt.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespei cherzellenladung handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle gegebenen Ladungsgrenzwert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um den zulässigen Ladungsminimalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle bestenfalls entladen werden darf, bzw. die in einer Energiespeicherzelle am Ende eines Entladevorgangs minimal enthalten sein muss. Demzufolge ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen gegen die jeweils erlaubte minimale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Entladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung aufgefasst werden. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladungsmaximalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle bestenfalls geladen werden darf, bzw. die in einer Energiespeicherzelle am Ende eines Ladevorgangs maximal enthalten sein darf. Demzufolge ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen gegen die jeweils erlaubte maximale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Ladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung aufgefasst werden.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle gegebenen Ladezustandsgrenzwert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um den zulässigen Ladezustandsminimalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle am Ende eines Entladevorgangs noch aufweisen sollte. Hier ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen hinsichtlich des jeweils erlaubten minimalen Ladezustands zu symmetrieren. Auch hier handelt es sich um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladezustandsmaximalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle am Ende eines Ladevorgangs maximal aufweisen darf. Hier ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen hinsichtlich des jeweils erlaubten maximalen Ladezustands zu symmetrieren. Es handelt sich somit um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung.
  • Vorzugsweise sollen alle in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen den Zustand der Vollladung oder Vollentladung erreichen, insbesondere gleichzeitig. Vorteilhafterweise sind für die einzelnen Energiespeicherzellen sowohl ein minimaler als auch ein maximaler Betriebsgrenzwert bekannt. In Abhängigkeit der gewählten Betriebsstrategie wird dann festgelegt bzw. bestimmt, ob als Betriebsgrenzwert entweder der minimale Betriebsgrenzwert oder der maximale Betriebsgrenzwert verwendet wird. Was den Energiespeicherzellenladezustand angeht, so kann entweder der aktuell im Fahrbetrieb ermittelte Istwert oder der bei der Herstellung der Energiespeicherzelle ermittelte Nominalwert verwendet werden, wobei die entsprechend zugehörigen Betriebsgrenzwerte zu verwenden sind, wobei die aktuellen Betriebsgrenzwerte und die nominalen Betriebsgrenzwerte ineinander umgerechnet werden können.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, einen Mittelwert für die Differenzgrößen zu ermitteln, und für die zumindest zwei Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der jeweiligen Differenzgröße und des Mittelwerts jeweils eine Abweichungsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Abweichungsgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Die Differenzgröße repräsentiert eine Nutzhubladungsmenge. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich um die Nutzhubladungsmenge zur Vollladung, d.h. um diejenige Ladungsmenge, die der Energiespeicherzelle ausgehend von der aktuellen Ladungsmenge bis zum Erreichen des Ladungsmaximal werts zugeführt werden kann. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um die Nutzhubladungsmenge zur Vollentladung, d.h. um diejenige Ladungs menge, die der Energiespeicherzelle ausgehend von der aktuellen Ladungsmenge bis zum Erreichen des Ladungsminimalwerts entnommen werden kann. Die Abweichungsgröße repräsentiert die Nutzhubladungsmengenabweichung. Vorzugsweise wird die Abweichungsgröße gebildet, indem vom Mittelwert die jeweilige Differenzgröße abgezogen wird.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Entsprechend ist für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, die Steuereinheit konsequenterweise dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie oder alternativ in Abhängigkeit der Differenzgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Somit ist es beispielsweise denkbar, anhand der Abweichungsgröße bzw. der Differenzgröße eine generelle Eingruppierung in aufnehmende und abgebende Energiespeicherzellen vorzunehmen. Anhand der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie erfolgt dann noch eine Auswahl und/oder Zuordnung der Energiespeicherzellen, zwischen denen dann konkret der Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist.
  • Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung, so sind folgende Vorgehensweisen denkbar: Beim c2c-Ansatz wird für den Fall, dass als Hochvoltspeicherbetriebsstrategie die Entladestrategie gewählt ist, als abgebende Energiespeicherzelle beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die, im Vergleich zu den übrigen im Hoch voltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen, die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist. Als aufnehmende Energiespeicherzelle wird beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abwei chungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist. Für den Fall dass die Ladestrategie gewählt ist, wird als aufnehmende Energiespeicherzelle diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße entsprechend den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzelle wird diejenige Energiespeicherzelle gewählt, deren Abweichungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist. Zur Ermittlung derjenigen Energiespeicherzelle, die den Minimalwert bzw. den Maximalwert aufweist, werden vorteilhafterweise die für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils ermittelten Abweichungsgrößen untereinander verglichen, und dabei die kleinste negative Abweichungsgröße (Minimalwert) bzw. die größte positive Abweichungsgröße (Maximalwert) ermittelt und demzufolge gleichzeitig auch die zugehörigen Energiespeicherzellen detektiert. Vorzugsweise können für sämtliche Energiespeicherzellen die Abweichungsgrößen der Größe nach sortiert werden. Dies würde es ermöglichen, mehrere Paarungen von aufnehmender und abgebender Energiespeicherzelle zu bilden, und somit die Durchführung mehrerer auf dem c2c-Ansatz basierender Ausgleiche ermöglichen.
  • Es können aber auch Kombinationen bzw. Zuordnungen von einer einzelnen Energiespeicherzelle zu einem aus mehreren Energiespeicherzellen bestehenden Verbund (Stack) gebildet werden, wie es beim c2s-Ansatz oder beim s2c-Ansatz der Fall ist. Im Fall der Ladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wo bei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt.
  • Im Fall der Ladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als aufnehmende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als aufnehmende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt.
  • Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand so wird beim c2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Differenzgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzelle wird diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Differenzgröße den Minimalwert aufweist, wobei dies sowohl für die Ladestrategie als auch für die Entladestrategie gilt.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, vor Bildung der Differenzgröße eine Korrektur des Ladezustandsgrößenwerts in Abhängigkeit einer den Alterungszustand der Energiespeicherzelle repräsen tierenden Alterungszustandsgröße durchzuführen. Durch Berücksichtigung der Alterungszustandsgröße (State of Health Größe; SOH-Größe) kann die aktuelle Speicherkapazität einer Energiespeicherzelle sehr viel genauer ermittelt werden, weshalb ein sehr viel präziserer Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann generell vorgesehen sein, die Alterungszustandsgröße zu berücksichtigen, und zwar unabhängig davon, welche Größe als Ladezustandsgröße verwendet wird, oder unabhängig davon, welche Hochvoltspeicherbetriebsstrategie angewandt wird. So kann beispielsweise die Alterungszustandsgröße generell bei der Ermittlung des Energiespeicherzellenladezustands berücksichtigt werden.
  • Für den Fall dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle jeweils ermittelten Abweichungsgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente zu ermitteln. Entsprechend ist für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle jeweils ermittelten Abweichungsgröße oder alternativ Differenzgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente zu ermitteln.
  • Vorteilhafterweise werden sowohl beim c2s-Ansatz als auch beim s2c-Ansatz für das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs für beide Zellenkategorien, d.h. sowohl für die abgebenden Energiespeicherzellen als auch für die aufnehmenden Energiespeicherzellen, die Abweichungsgrößen bzw. die Differenzgrößen benötigt, da bei beiden Ansätzen eine Aufteilung bzw. Zusammenführung der auszugleichenden elektrischen Energie bzw. Ladung erfolgt und somit die Kenntnis der jeweiligen Abweichungsgröße bzw. Differenzgröße erforderlich ist, um für die entsprechende Energiespeicherzelle eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente vornehmen zu können.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, können die Vorgabesignale direkt aus den Abweichungsgrößen ermittelt werden, da die Abweichungsgrößen Ladungsmengen entsprechen. Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, bietet es sich vorteilhafterwiese an, quasi in einem Zwischenschritt eine Umrechnung der Abweichungsgrößen bzw. Differenzgrößen in Ladungsmengen vorzunehmen, so dass in beiden Fällen ein und derselbe Grundalgorithmus verwendet werden kann.
  • Im Falle des c2c-Ansatzes ist es aufgrund der paarweisen Zuordnung zwischen abgebender und aufnehmender Energiespeicherzelle ausreichend, die Abweichungsgröße bzw. Differenzgröße entweder der abgebenden Energiespeicherzelle oder der aufnehmenden Energiespeicherzelle zu berücksichtigten, da dieser Ansatz eine Übereinstimmung dieser Größen für beide Zellenkategorien voraussetzt.
  • Bei den beiden vorstehend beschriebenen Betriebszuständen, zum einen handelt es sich um den Ladebetriebszustand, bei dem zumindest einer aufnehmenden Energiespeicherzelle eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zugeführt wird, und zum anderen handelt es sich um den Entnahmebetriebszustand, bei dem zumindest einer abgebenden Energiespeicherzelle eine individualisierte Menge an elektrischer Energie entnommen wird, können diese Mengen ebenfalls durch besagte Differenzgröße oder Abweichungsgröße repräsentiert sein, weshalb das Ermitteln der Vorgabesignale für die primärseitigen Schaltelemente und die sekundärseitigen Sachaltele mente wie vorstehend beschrieben erfolgen kann.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, können aufgrund des funktionalen Zusammenhangs, der zwischen der Energiespeicherzellenleerlaufspannung und dem Energiespeicherzellenladezustand besteht, die Vorgabesignale in entsprechender Weise ermittelt werden.
  • Vorzugsweise kann in beiden Fällen, d.h. sowohl im Fall der Energiespeicherzellenladung als auch im Fall des Energiespeicherzellenladezustands, eine Umrechnung der Abweichungsgröße bzw. der Differenzgrößen in eine Stromgröße, die den für die Realisierung des Energieaustausch erforderlichen Strom repräsentiert, vorgenommen werden.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem im Vergleich zu bekannten Systemen eine sehr viel größere Flexibilität zulässt, was die Konzeption bzw. den Aufbau eines Hochvoltspeichers angeht. So können innerhalb ein und desselben Hochvoltspeichers Energiespeichermodule mit unterschiedlichen Energiespeichermodulkapazitäten angeordnet bzw. verbaut sein. Dies ermöglicht beispielsweise in der Konzeptionsphase eine wesentlich bessere Anpassung des Hochvoltspeichers an den in einem Fahrzeug für den Hochvoltspeicher zur Verfügung stehenden Bauraum. So können beispielsweise geometrisch unterschiedlich ausgestaltete Energiespeichermodule in einem Hochvoltspeicher angeordnet sein, d.h. der Hochvoltspeicher kann beispielsweise kleinere Energiespeichermodule mit einem kleineren Modulbauraumvolumen und größere Energiespeichermodule mit einem größeren Modulbauraumvolumen enthalten, wobei die kleineren Energiespeichermodule gegenüber den größeren Energiespeichermodulen eine geringere Speicherkapazität aufweisen sollen. Somit können bereits von vornherein Energiespeichermodule mit unterschiedlichen Speicherkapazitätsspezifikationen verbaut werden. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem auch dahingehend eine sehr viel größere Flexibilität, dass beispielsweise Energiespeichermodule in einem Hochvoltspeicher verbaut sein können, die zwar identische äußere Abmessungen aufweisen, allerdings, wenn auch im Idealfall lediglich geringe, jedoch nachweislich unterschiedliche Energiespeichermodulkapazitäten aufweisen, weil beispielsweise erste Energiespeichermodule mit Energiespeicherzellen eines ersten Speicherzellenherstellers und zweite Energiespeichermodule mit Energiespeicherzellen eines zweiten Speicherzellenherstellers in ein und demselben Hochvoltspeicher enthalten sind. Dies ermöglicht sowohl bei der Herstellung des Hochvoltspeichers als auch bei einem nachträglichen Austausch eines Energiespeichermoduls, der beispielsweise erforderlich ist, weil im Fahrbetreib an einem Energiespeichermodul ein Defekt aufgetreten ist, den Einsatz baugleicher jedoch bzgl. der Energiespeichermodulkapazität unterschiedlicher spezifizierter Energiespeichermodule.
  • Der vorzunehmende Ladungs- bzw. Energieausgleich kann entweder gesteuert oder geregelt durchgeführt werden, wobei ein geregelt durchgeführter Ausgleich tendenziell bessere Ergebnisse erbringt, allerdings zeitlich aufwändiger ist. Es kann von Fall zu Fall situativ entschieden werden, ob gesteuert oder geregelt werden soll. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist in beiden Fällen eine Differenzgröße oder eine Abweichungsgröße die Grundlage für den durchzuführenden Ausgleich. Wird der Ausgleich lediglich gesteuert durchgeführt, so werden für die betroffenen Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der zugehörigen Differenzgrößen bzw. Abweichungsgrößen Symmetrierdauern als Vorgabesignale ermittelt, mit denen dann die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente angesteuert werden, um einen Ladungsausgleich bzw. Energieausgleich vorzunehmen. Nach Ablauf der Symmetrierdauern werden erneut abgebende und aufnehmende Energiespeicherzellen festgestellt und sofern erforderlich ein neuerlicher Ausgleich durchgeführt.
  • Wird dagegen der Ausgleich geregelt durchgeführt, so werden für die abge benden und aufnehmenden Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der Diffe renzgrößen oder der Abweichungsgrößen bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente ermittelt. Der den einzelnen Energiespeicherzellen entnommene bzw. zugeführte Strom wird dabei erfasst. In Abhängigkeit der erfassten Stromwerte wird dann in Form einer Rückkoppelung eine Anpassung der Vorgabesignale durchgeführt. Ergänzend oder alternativ können hierbei auch die Ansteuerdauern der primärseitigen und sekundärseitigen Schaltelemente erfasst und berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise kann hierbei eine Prognose berücksichtigt werden, die eine Aussage über den voraussichtlich zu erwartenden mittleren Austaus- bzw. Symmetrierstrom und/oder die Restzeit, die voraussichtlich bis zum Abschluss des Ladungs- bzw. Energieausgleichs benötigt wird, enthält. Mittels solch einer Prognose lässt sich der Fahrbetrieb des Fahrzeugs zuverlässiger durchführen, da beispielsweise eine verlässliche Aussage über die für einen Fahrbetrieb im Hochvoltspeicher zur Verfügung stehende Ladung möglich ist. Bei einem geregelt durchgeführten Ladungs- bzw. Energieausgleich werden während des Ausgleichs für die Energiespeicherzellen vorzugsweise die aktuelle Energiespeicherzellenkapazität und/oder die aktuelle Energiespeicherzellenmaximalkapazität ermittelt und ausgewertet.
  • Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Ladungs- bzw. Energieausgleich zumindest zeitweise prädiktiv durchzuführen, d.h. beispielsweise bei einer Annäherung an die geforderte Energiespeicherzellenladung und/oder die Energiespeicherzellenspannung und/oder den Energiespeicherzellenladezustand, bei dem dann ein symmetrierter Hochvoltspeicher vorliegt, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, da ein Ausgleich nicht bis direkt an das Ende, d.h. bis unmittelbar an den jeweils geforderten Wert hin durchgeführt werden kann. Beispielsweise können die Vorgabesignale für die primärseitigen und/oder die sekundärseitigen Schaltelemente modifiziert werden, um vorzugsweise ein entsprechend eingerichtetes Annähern an den jeweils geforderten Wert zu erreichen, ohne dass dabei ein Überschwingen auftritt. Mit einer derart ausgebildeten Steuereinheit kann eine prädiktive Symmetrierung durchgeführt werden.
  • Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, dass das Feststellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, zumindest teilumfänglich unter Verwendung eines sogenannten selbstlernenden Algorithmus abläuft. D.h. dem Vorgang des Feststellens liegt zu einem gewissen Umfang ein sogenanntes maschinelles Lernen zugrunde. Somit handelt es sich um ein zumindest teilumfänglich automatisiertes Diagnoseverfahren. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass sich das Energiespeicherzellenausgleichsystem an die besonderen Gegebenheiten desjenigen Hochvoltspeichers anpassen kann, für den mit diesem System der Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt werden soll. Nachdem der Adaptions- bzw. Lernprozess erfolgreich abgeschlossen ist, kann besagter Ausgleich somit schneller und zuverlässiger bewerkstelligt werden. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, den Ladungs- bzw. Energieausgleich gemäß den für die im Hochvoltspeicher verbauten Energiespeicherzellen vorliegenden und somit ermittelten statistischen Gegebenheiten optimal durchgeführt werden. Um den Lern- bzw. Adaptionsprozess robuster zu gestalten, wird vorzugsweise vorgesehen, eine genügend große Anzahl von Betriebszuständen des Fahrzeugs zu berücksichtigen, in denen zumindest die Zündung eingeschaltet ist, was beispielsweise im Fahrbetrieb des Fahrzeuges der Fall ist.
  • Sollten gravierende Unstimmigkeiten zwischen den vorstehenden Ausführungen und der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele vorliegen, so sollen die vorstehenden Ausführungen vorgehen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines mit der Erfindung ausgestatteten Elektrofahrzeugs,
  • 2 eine schematische Darstellung eines mit der Erfindung ausgestatteten Hybridfahrzeugs,
  • 3 in Form einer schematischen Darstellung einen Hochvoltspeicher, bei dem das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem zum Einsatz kommt,
  • 4 in Form einer schematischen Darstellung ein in dem Hochvoltspeicher enthaltenes Energiespeichermodul, und
  • 5 in Form einer detaillierteren schematischen Darstellung Einzelheiten eines in einem Energiespeichermodul enthaltenen Verbindungsmoduls.
  • In 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, welches angetriebene Räder 12 und nicht-angetriebene Räder 14 aufweist. Das Fahrzeug 10 soll ausschließlich elektrisch angetrieben sein, weshalb es als Antriebsmotor lediglich eine elektrische Maschine 16 aufweist. Die elektrische Maschine 16 ist über ein Getriebe 18 und ein Differenzial 20 wirktechnisch mit den angetriebenen Rädern 12 verbunden, um an diesen ein den Vortrieb des Fahrzeugs 10 bewirkendes Drehmoment zu erzeugen. Bei der elektrischen Maschine 16 kann es sich um eine Synchronmaschine handeln, insbesondere um eine Hybrid-Synchronmaschine. Die elektrische Maschine 16 ist über einen von einer Ansteuereinheit 22 ansteuerbaren Wechselrichter 24 mit einem Hochvoltspeicher 26 verbindbar. Der Wechselrichter 24 weist eine Vielzahl von Wechselrichterschaltern auf, die zu einer für einen Dreiphasenbetrieb ausgelegten Vollbrücke angeordnet sind, und über die die elektrische Maschine 16 im Motorbetrieb mit aus dem Hochvoltspeicher 26 stammender Energie versorgbar ist bzw. über die im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 16 zumindest zweitweise von dieser stammende Energie in den Hochvoltspeicher 26 einspeisbar ist. Die Ansteuereinheit 22 ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Fahrervorgabe, die sich beispielsweise aus der Betätigung eines nicht dargestellten Fahrpedals durch den Fahrer ergibt, Ansteuermus ter zu erzeugen bzw. bereitzustellen, gemäß denen die Wechselrichterschalter derart angesteuert werden, dass die elektrische Maschine 16 im Motorbetrieb mit solch einem Strom versorgt wird, dass sich an den angetriebenen Rädern 12 ein Moment einstellt, das einen der Fahrervorgabe entsprechenden Vortrieb des Fahrzeugs 10 bewirkt. In 1 ist angedeutet, dass der Hochvoltspeicher 26 auch über externe, d.h. außerhalb des Fahrzeugs 10 befindliche Quellen geladen werden kann. Beispielsweise kann er über eine externe Wechselspannungsquelle 23 geladen, wobei zwischen der externen Wechselspannungsquelle 23 und dem Hochvoltspeicher 26 ein Umrichter 25 zwischengeschaltet ist, mit dem die von der externen Wechselspannungsquelle 23 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung gewandelt wird. Ebenso gut kann der Hochvoltspeicher 26 über eine externe Gleichspannungsquelle 27 geladen werden.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in 1 lediglich die für das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem relevanten Komponenten dargestellt. So wurde beispielsweise auf die Darstellung von Komponenten verzichtet, die beispielsweise lediglich den Betrieb der elektrischen Maschine 16 betreffen, wie beispielsweise ein Sensor zur Erfassung einer Drehzahlgröße, die die Drehzahl der Elektromaschine 16 repräsentiert. Entsprechendes gilt für die noch zu beschreibende 2.
  • 2 zeigt ein als Hybridfahrzeug aufgebautes Fahrzeug 10′, welches als Parallelhybridfahrzeug ausgebildet ist, vorzugsweise mit der Funktionalität eines Plug-In-Hybrid. In 2 dargestellte Komponenten, die über dieselbe oder eine entsprechende Funktionalität verfügen, wie Komponenten, die in der 1 dargestellt sind, sind mit demselben, allerdings mit einem Strich versehenen Bezugszeichen gekennzeichnet, wobei auf die im Zusammenhang mit 1 gemachten Ausführungen verwiesen wird. Nachfolgend sind lediglich die zusätzlichen Komponenten bzw. die geänderten Funktionalitäten beschrieben. Zusätzlich zu der elektrischen Maschine 16′ verfügt das Fahr zeug 10′ über einen Verbrennungsmotor 28, der über eine Kupplung 30 und das Getriebe 18′ sowie das Differenzial 20′ die angetriebenen Räder 12′ des Fahrzeugs 10′ antreiben kann. Die angetriebenen Räder 12′ können dabei allein durch die elektrische Maschine 16′ oder allein durch den Verbrennungsmotor 28 oder in Kombination durch beide angetrieben werden. Die schematische Darstellung in 2 ist auf die wesentlichen Komponenten des Antriebsstranges reduziert. Die dieser Darstellung entnehmbare Anbindung der elektrischen Maschine 16′ an das Getriebe 18′ soll keine einschränkende Wirkung auf die konkrete mechanische Ausgestaltung haben.
  • In 3 ist ein Hochvoltspeicher 26 dargestellt, der eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen aufweist, von denen eines exemplarisch mit dem Bezugszeichen 32 gekennzeichnet ist. Der Hochvoltspeicher 26 ist über einen Wechselrichter 24 mit einer elektrischen Maschine 16 verbunden. Der Wechselrichter 24 wird über eine Ansteuereinheit 22 zumindest derart angesteuert, dass die elektrische Maschine 16 mit aus dem Hochvoltspeicher 26 stammender, in diesem gespeicherter elektrischer Energie versorgt wird, um dadurch angetriebene Räder 12 antreiben zu können. Wie der Darstellung in 3 zu entnehmen ist, sind die einzelnen Energiespeichermodule 32 über Leitungskomponenten 34 derart untereinander verbunden, dass eine Serienschaltung der Energiespeichermodule 32 entsteht. Die in 3 gewählte Darstellung soll keine einschränkende Wirkung haben. Ebenso kann durch die Leitungskomponenten 34 eine Parallelschaltung bzw. eine kombinierte Seriell- und Parallelschaltung der Energiespeichermodule 32 realisiert werden. Die sich durch die Serienschaltung ergebende Hochspannung liegt an Klemmen 36 an, wobei die Hochspannung den Klemmen 36 über eine sogenannte S-Box 38 zugeführt ist. Die S-Box 38 enthält unter anderem zumindest eine Sicherung zum Absichern der vom Hochvoltspeicher 26 bereitgestellten Hochspannung, sowie zumindest Messeinrichtungen zur Erfassung der an den Klemmen 36 anliegenden Hochspannung und des vom Hochvoltspeicher 26 über die Klemmen 36 abgegebenen Stroms. 3 sind zwischen den Energiespeichermodulen 32 einer seits und zwischen den Leitungskomponenten 34 andererseits Punkte zu entnehmen, wodurch angedeutet werden soll, dass ein Hochvoltspeicher 26, je nach Spezifikation, auch eine andere Anzahl von Energiespeichermodulen 32 enthalten kann, als diejenige Anzahl, die 3 zu entnehmen ist.
  • Die Energiespeichermodule 32 enthalten, wie nachfolgend noch beschrieben wird, jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen 40. Die Energiespeichermodule 32 sind mit einem Energieaustauschsystem 42 verbunden, wodurch ein Austausch von elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung zwischen einzelnen Energiespeichermodulen 32 möglich ist. Wie der Darstellung in 3 zu entnehmen ist, sind die Leitungskomponenten 34 und das Energieaustauschsystem 42 baulich eigenständig ausgeführt. Somit können die Leitungskomponenten 34 einerseits und das Energieaustauschsystem 42 andererseits unabhängig voneinander spezifiziert werden. Das Energieaustauschsystem 42 kann demzufolge beispielsweise als ein für den Niedervoltbereich ausgelegtes Bussystem ausgebildet sein, wohingegen die Leitungskomponenten 34 für den Hochvoltbetrieb ausgelegt sind.
  • Das Fahrzeug 10 weist einen weiteren Energiespeicher 44 auf, der über Klemmen 46 ebenfalls mit dem Energieaustauschsystem 42 verbunden ist. Somit ist ein Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen 40 und dem weiteren Energiespeicher 44 möglich, und zwar in beiden Richtungen. Mit dem weiteren Energiespeicher 44, der vorzugsweise potenzialfrei ausgeführt ist, sind weitere Komponenten verbunden. Bei den weiteren Komponenten kann es sich um ein in dem Fahrzeug enthaltenes Niedervoltbordnetz 48 handeln. Somit besteht die Möglichkeit, vom Hochvoltspeicher 26 stammend elektrische Energie, genauer gesagt von einzelnen im Hochvoltspeicher 26 enthaltenen Energiespeicherzellen 40 stammende elektrische Energie in dem weiteren Energiespeicher 44 zwischen zu speichern und bei Bedarf dann in das Niedervoltbordnetz 48 einzuspeisen. In Bezug auf den weiteren Energiespeicher 44 stellt das Niedervoltbordnetz 48 eine Energiesenke dar. Das Niedervoltbordnetz 48 soll vorzugs weise eine Betriebsspannung in der Größenordnung von 12 bis 14 Volt ha ben. Ferner kann mit dem weiteren Energiespeicher 44 zumindest eine Energiequelle 50 verbunden. Bei dieser Energiequelle 50 kann es sich bei spielsweise um am Fahrzeug angeordnete Solarzellen und/oder um eine Stromerzeugungseinheit handeln, die aus einem sogenannten Turbo Steamer und einem Generator aufgebaut ist. Bei einem Turbo Steamer handelt es sich um eine kombinierte Gas- und Dampfmaschine, die nach dem Prinzip bekannter Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke arbeitet. Der Turbo Steamer nutzt die Abwärme eines im Fahrzeug vorhandenen Verbrennungsmotors, wofür der Turbo Steamer mit dem Abgassystem und/oder Kühlsystem des Verbrennungsmotors wirkverbunden ist. Der Turbo Steamer wandelt einen Teil der beim Betrieb des Verbrennungsmotors entstehenden Abwärme in Rotationsenergie um, die wiederum von dem mit dem Turbo Steamer in Wirkverbindung stehenden Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Diese elektrische Energie kann dann in dem weiteren Energiespeicher 44 zwischengespeichert werden und steht dann beispielsweise zum Laden einer in dem Hochvoltspeicher 26 enthaltenen Energiespeicherzelle 40 zur Verfügung. In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen ist der weitere Energiespeicher 44 vorteilhafterweise als Niedervoltspeicher ausgeführt, d.h. sein Spannungsniveau liegt im Bereich der Bordnetzspannung des Niedervoltbordnetzes und somit in der Größenordnung von 12 bis 14 Volt. Entgegen der Darstellung in 3 ist es auch denkbar, dass die Energiequelle direkt mit den Klemmen 46 verbunden ist.
  • Die Ansteuereinheit 22 ist des Weiteren mit einer in dem Hochvoltspeicher 26 angeordneten Steuereinheit 52 verbunden, bei der es sich um eine der eingangs erwähnten Elektronikkomponenten handelt. Die Steuereinheit 52 hat primär die Aufgabe, das Speichermanagement für den Hochvoltspeicher 26 durchzuführen, d.h. in ihr sind die regelungs- bzw. steuerungstechnischen Umfänge des Batteriemanagements implementiert. Hierzu gehören unter anderem folgende Funktionen bzw. Funktionsumfänge: Sicherheits- und Überwachungsfunktionen für die Energiespeicherzellen und/oder für im Hochvoltspeicher enthaltene Schütze und/oder für im Hochvoltspeicher ent haltene Sensoren; Hochvolt-Sicherheitsfunktionen wie beispielsweise zur Realisierung eines Isolationswächters gehörende Funktionsumfänge und/oder zur Realisierung einer Hochspannungsverriegelungsschleife (HVIL, High Voltage Interlock Loop) gehörende Funktionsumfänge; verschiedene Ermittlungs- bzw. Bewertungsfunktionen, wie beispielsweise eine Funktion zur Ermittlung des Ladezustands des Hochvoltspeichers (SoC-Funktion) und/oder eine Funktion zur Bewertung der Leistungsprognose des Hochvoltspeichers und/oder eine Funktion zur Bewertung des Alterungszustands des Hochvoltspeichers (SOH-Funktion); im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) anfallende Diagnosefunktionsumfänge. Des Weiteren sind in der Steuereinheit 52 die regelungs- bzw. steuerungstechnischen Umfänge des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs implementiert. Bevor auf diese Umfänge eingegangen wird, sei hier erwähnt, dass die in 3 gewählte Darstellung keine einschränkende Wirkung haben soll. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass in dem Hochvoltspeicher 26 zwei eigenständig ausgebildete Einheiten enthalten sind. Nämlich eine erste Einheit, in der die regelungs- bzw. steuerungstechnischen Umfänge des Batteriemanagements implementiert sind, und eine zweite Einheit, in der die regelungs- bzw. steuerungstechnischen Umfänge des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs implementiert sind.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs werden in der Steuereinheit 52 im Wesentlichen folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
    • – Für zumindest zwei Energiespeicherzellen, Ermitteln einer den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Ladezustandsgröße.
    • – Feststellen in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Ener giespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann.
    • – Feststellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt.
    • – Ansteuern eines noch zu beschreibenden Verbindungsherstellungssystems bei Vorliegen des definierten Speicherbetriebszustands derart, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann.
  • Dem Schritt des Ansteuerns des Verbindungsherstellungssystems kann ein Verfahrensschritt vorgeschaltet sein, in dem überprüft wird, ob für die Energiespeicherzellen Betriebszustände vorliegen, die das Durchführen eines Energieaustausches zulassen.
  • Zwischen der Steuereinheit 52 und der Ansteuereinheit 22 werden verschiedene Signale bzw. Größen ausgetauscht. So können der Ansteuereinheit 22 ausgehend von der Steuereinheit 52 beispielsweise zugeführt werden: Ergebnisse der durchgeführten Sicherheits- und Überwachungsfunktionen, und/oder Ergebnisse der durchgeführten Ermittlungs- bzw. Bewertungsfunktionen, wie beispielsweise der Ladezustand des Hochvoltspeichers (SoC-Funktion) und/oder der Alterungszustand des Hochvoltspeichers (SOH-Funktion), und/oder im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) ermittelte Ergebnisse. Ausgehend von der Ansteuereinheit 22 können der Steuereinheit 52 beispielsweise Größen zugeführt werden, die dort benötigt werden, um beispielsweise festzustellen, ob ein Ladebetriebszustand und/oder ein Entnahmebetriebszustand vorliegt.
  • Wie bereits erwähnt, weist das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem ein Verbindungsherstellungssystem 53 auf, das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul 32 zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle 40 mit dem Energieaustauschsystem 42 zu verbinden. Das Verbindungsherstellungssystem 53 ist in 3 strichliniert dargestellt, wodurch angedeutet sein soll, dass das Verbindungsherstellungssystem 53 eine Vielzahl von Verbindungsmodulen aufweist bzw. aus einer Vielzahl von Verbindungsmodulen aufgebaut ist, von denen jeweils eines einem der Energiespeichermodule zugeordnet ist. Das Verbindungsherstellungssystem 53 und somit die Verbindungsmodule, aus denen es aufgebaut ist, werden durch die Steuereinheit 52 angesteuert,
  • Die Tatsache, dass in 3 auf die in 1 dargestellten Komponenten und somit auf ein ausschließlich elektrisch angetriebenes Fahrzeug Bezug genommen wird, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich gelten die vorstehenden und auch die nachfolgenden Ausführungen in entsprechender Weise auch für ein Hybridfahrzeug, wie es in 2 dargestellt ist.
  • In 4 ist ein in dem Hochvoltspeicher 26 enthaltenes Energiespeichermodul 32 dargestellt, wobei es sich hierbei um das in 3 gezeigte Modul m handeln kann. Das Energiespeichermodul 32 weist eine Anzahl von Energiespeicherzellen auf, von denen eine exemplarisch mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist.
  • Das Energiespeichermodul 32 weist ferner ein Verbindungsmodul 54 auf. Die einzelnen Energiespeicherzellen 40 sind über Verbindungsleitungen mit diesem Verbindungsmodul 54 verbunden, wobei eine der Verbindungsleitungen exemplarisch mit dem Bezugszeichen 56 gekennzeichnet ist. Durch entspre chendes Ansteuern des Verbindungsmoduls 54, was mittels der Steuerein heit 52 erfolgt, können über das Verbindungsmodul 54 einzelne der in dem Energiespeichermodul 32 enthaltenen Energiespeicherzellen 40 mit dem Energieaustauschsystem 42 verbunden werden. Jedes der in dem Hochvolt speicher 26 enthaltenen Energiespeichermodule 32 soll ein Verbindungsmodul 54 aufweisen, wobei die Vielzahl der insgesamt in dem Hochvoltspeicher 26 enthaltenen Verbindungsmodule 54 ein Verbindungsherstellungssystem 53 ergeben. Anders ausgedrückt: der Hochvoltspeicher 26 weist ein Verbindungsherstellungssystem 53 auf, das aus einer Vielzahl von Verbindungsmodulen 54 aufgebaut ist, wobei jedem Energiespeichermodul 32 jeweils ein Verbindungsmodul 54 zugeordnet ist. Demzufolge ist es möglich, mit dem Verbindungsherstellungssystem 53 für zumindest ein Energiespeichermodul 32 zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle 40 mit dem Energieaustauschsystem 42 zu verbinden.
  • Das Verbindungsmodul 54 weist ein Wandlerelement 58 und eine Schaltelementanordnung 60 auf. Wie bereits ausgeführt, wird das Verbindungsmodul 54 durch die Steuereinheit 52 angesteuert. Hierzu werden Vorgabesignale von der Steuereinheit 52 ausgegeben und einer in dem Verbindungsmodul 54 enthaltenen Schnittstelle 62 zugeführt. In der Schnittstelle 62 werden diese Vorgabesignale aufbereitet und die aufbereiteten Vorgabesignale einer Schalteinheit 64 zugeführt. In der Schalteinheit 64 werden in Abhängigkeit der aufbereiteten Vorgabesignale Ansteuersignale ermittelt, mittels derer das Wandlerelement 58 und die Schaltelementanordnung 60 angesteuert werden. Durch die Ansteuersignale werden Tastverhältnisse für Schaltelemente festgelegt, die sowohl in dem Wandlerelement 58 als auch in der Schaltelementanordnung 60 enthalten sind. Auf Einzelheiten hierbei wird nachfolgend im Zusammenhang mit 5 eingegangen. An dieser Stelle sei lediglich vorab erwähnt, dass über das Wandlerelement 58 das Energiespeichermodul 32 mit dem Energieaustauschsystem 42 verbunden werden kann. Mittels der Schaltelementanordnung 60 ist eine gezielte Auswahl einer in dem Energiespeichermodul 32 vorhandenen Energiespeicherzelle 40 möglich. Somit ist es mittels Wandlerelement 58 und Schaltelementanordnung 60 möglich, eine einzelne der in dem Energiespeichermodul 32 vorhandenen Energiespeicherzellen mit dem Energieaustauschsystem 42 zu verbinden.
  • Mit der in 4 gewählten Darstellung, gemäß der das Verbindungsmodul 54 mehrere Komponenten enthält, soll angedeutet werden, dass das Verbindungsmodul 54 mehrere unterschiedliche Funktionen enthält bzw. wahrnimmt. Es soll somit eine funktionelle und weniger eine bauliche Aufteilung bzw. Gliederung angedeutet werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass die durch die beiden Komponenten 58 und 60 repräsentierten Funktionen in einer einzigen baulichen Einheit implementiert sind. Ebenso ist es denkbar, dass die durch die beiden Komponenten 62 und 64 angedeuteten Funktionen in einer anderen baulichen oder gar derselben baulichen Einheit implementiert sind.
  • Wie 4 weiter zeigt, sind die Energiespeicherzellen 40 über weitere Verbindungsleitungen, von denen eine exemplarisch mit dem Bezugszeichen 66 gekennzeichnet ist, mit einer Zellüberwachungseinheit 68 verbunden. Mit der Zellüberwachungseinheit 68 wird unter anderem für die einzelnen Energiespeicherzellen 40 die jeweils an den Speicherzellenklemmen anliegende Zellenspannung ermittelt. In 4 sind für eine der Energiespeicherzellen 40 die beiden zugehörigen Speicherzellenklemmen mit dem Bezugszeichen 70 gekennzeichnet. Ferner werden durch die Zellüberwachungseinheit 68 Temperatursignale bereitgestellt, von denen jedes die im Inneren einer zugehörigen Energiespeicherzelle 40 vorherrschende Temperatur repräsentiert. Hierfür ist vorteilhafterweise in jeder der Energiespeicherzellen 40 ein Temperatursensor enthalten. Die von der Zellüberwachungseinheit 68 bereitgestellten Signale und/oder Größen werden der Steuereinheit 52 zugeführt.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Steuereinheit 52 mit Blick auf das erfindungsgemäße Verfahren zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs eine übergeordnete bzw. zentrale Regelungs- bzw. Steuerfunkti on zukommt. D.h. bei der Steuereinheit 52 handelt es sich um eine überge ordnete bzw. zentrale Steuerkomponente, die untergeordnete Steuerkomponenten, nämlich zumindest die Verbindungsmodule 54 ansteuert.
  • Ferner sei erwähnt, dass es durchaus denkbar ist, für die Energiespeichermodule das zugehörige Verbindungsmodul und die zugehörige Zellüberwachungseinheit als eine bauliche Einheit auszuführen.
  • Bevor auf 5 eingegangen wird, soll zunächst eine Betrachtung zu dem vorzunehmenden Austausch an elektrischer Energie angestellt werden. Dieser Austausch kann grundsätzlich auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Vorteilhafterweise bieten sich folgende Topologien an:
    • – Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen zwei definierten bzw. individualisierten Energiespeicherzellen statt. Dieser Ansatz wird als c2c-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „cell-2-cell“.
    • – Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einem aus einer Vielzahl aufnehmender Energiespeicherzellen bestehenden Verbund (stack), wobei die abgebende Energiespeicherzelle mit keiner der aufnehmenden Energiespeicherzellen identisch sein soll. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen einer einzelnen definierten Energiespeicherzelle einerseits und einer definierten Vielzahl von Energiespeicherzellen anderseits statt. Dieser Ansatz wird als c2s-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „cell-2-stack“. Mit diesem Ansatz bzw. mit dieser Topologie kann für den Fall, dass eine Energiespeicherzelle bei einem Ladevorgang des Hochvoltspeichers vorzeitig ihre Ladeschlussspannung erreichen sollte und dadurch der gesamte Ladevorgang beendet werden würde, rechtzeitig elektrische Energie bzw. elektrische Ladung von dieser Energiespeicherzelle auf andere Energiespeicherzellen übertragen bzw. verteilt werden, so dass der gesamte Ladevorgang des Hoch voltspeichers fortgesetzt werden kann. Diese Vorgehensweise wird als „top balancing“ bezeichnet.
    • – Austausch zwischen einem aus einer Vielzahl abgebender Energie speicherzellen bestehenden Verbund (stack) und einer einzelnen auf nehmenden Energiespeicherzelle, wobei die aufnehmende Energiespeicherzelle mit keiner der abgebenden Energiespeicherzellen identisch sein soll. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen einer definierten Vielzahl von Energiespeicherzellen einerseits und einer einzelnen definierten Energiespeicherzelle andererseits statt. Dieser Ansatz wird als s2c-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „stack-2-cell“. Mit diesem Ansatz bzw. mit dieser Topologie kann für den Fall, dass eine Energiespeicherzelle bei einem Entladevorgang des Hochvoltspeichers vorzeitig ihre Entladeschlussspannung erreichen sollte und dadurch der gesamte Entladevorgang beendet werden würde, rechtzeitig elektrische Energie bzw. elektrische Ladung von den anderen Energiespeicherzellen auf diese Energiespeicherzelle übertragen bzw. verteilt werden, so dass der gesamte Entladevorgang des Hochvoltspeichers fortgesetzt werden kann. Diese Vorgehensweise wird als „bottom balancing“ bezeichnet.
  • An dieser Stelle sei bemerkt, dass im Sinne der Erfindung, die abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten, abgebenden Energiespeichermodul, und die aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten, aufnehmenden angeordnet ist, wobei das erste Energiespeichermodul von dem zweiten Energiespeichermodul verschieden ist.
  • 5 zeigt in Form einer detaillierteren schematischen Darstellung Einzelheiten eines in einem Energiespeichermodul 32 enthaltenen Verbindungsmoduls.
  • Wie bereits ausgeführt, weist das Energiespeichermodul 32 eine Anzahl von Energiespeicherzellen auf, von denen eine exemplarisch mit dem Bezugs zeichen 40 gekennzeichnet ist. Das Verbindungsmodul 54 weist zumindest die bereits erwähnten Komponenten Wandlerelement 58 und Schaltelementanordnung 60 auf. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Wandlerelement 58 als Mehrwicklungstransformator ausgeführt. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Es ist ebenso denkbar, das Wandlerelement 58 als DC/DC-Wandler auszuführen. Insbesondere ist der Einsatz eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers denkbar, der vorzugsweise als sogenannter Buck-Boost-Converter ausgebildet ist.
  • Wie der Darstellung in 5 weiter zu entnehmen ist, weist der Mehrwicklungstransformator 58 eine Primärwicklung 72 und eine Anzahl von Sekundärwicklungen auf, wobei eine der Sekundärwicklungen exemplarisch mit der Bezugsziffer 74 gekennzeichnet ist. Die Primärwicklung 72 ist wirktechnisch dem Energieaustauschsystem 42 zugeordnet. Die Sekundärwicklungen 74 sind wirktechnisch den Energiespeicherzellen 40 zugeordnet und zwar derart, dass jeweils eine der Energiespeicherzellen 40 und eine der Sekundärwicklungen 74 einen Sekundärverbund bilden. Von den Sekundärverbunden ist in 5 einer exemplarisch mit dem Bezugszeichen 76 gekennzeichnet.
  • Die Schaltelementanordnung 60 weist eine Anzahl von sekundärseitigen Schaltelementen auf, von denen eines exemplarisch mit dem Bezugszeichen 78 gekennzeichnet ist. Jedes der sekundärseitigen Schaltelemente 78 ist jeweils einem Sekundärverbund 76 derart zugeordnet, dass bei geschlossenem sekundärseitigem Schaltelement 78 die Sekundärwicklung 74 und die Energiespeicherzelle 40 einen sekundärseitigen Energieflusspfad 80 bilden.
  • Neben den bereits erwähnten Komponenten Wandlerelement 58 und Schaltelementanordnung 60 weist das Verbindungsmodul 54 einen Kondensator 82 und ein primärseitiges Schaltelement 84 auf. Der Kondensator 82 ist schaltungstechnisch parallel zu der Primärwicklung 72 angeordnet, wobei die aus Kondensator 82 und Primärwicklung 72 bestehende Parallelschaltung 86 durch Schließen des primärseitigen Schaltelements 84 ausgebildet wird, und somit ein primärseitiger Energieflusspfad 88 gebildet ist.
  • Wie der Darstellung in 5 zu entnehmen ist, ist der primärseitige Energieflusspfad 88 modulbezogen. Über den primärseitigen Energieflusspfad 88 kann das Energiespeichermodul 32 elektrische Energie bzw. Ladung mit dem Energieaustauschsystem 42 und somit mit einem der anderen, ebenfalls an das Energieaustauschsystem 42 angeschlossenen Energiespeichermodule 32 oder einer anderen mit dem Energieaustauschsystem 42 verbundenen Komponente austauschen, d.h. elektrische Energie bzw. Ladung einspeisen oder aufnehmen. Dagegen sind die sekundärseitigen Energieflusspfade 80 zellenbezogen. Ist das einem Sekundärverbund 76 zugeordnete sekundärseitige Schaltelement 78 geschlossen, kann über die zu dem jeweiligen Sekundärverbund 76 gehörende Sekundärwicklung 74, die über einen Eisenkern 90 mit der Primärwicklung 72 magnetisch gekoppelt ist, ein Austausch von elektrischer Energie bzw. Ladung zwischen der zu dem Sekundärverbund 76 gehörenden Energiespeicherzelle 40 und dem Energieaustauschsystem 42 erfolgen. D.h. die Energiespeicherzelle 40 kann elektrische Energie bzw. Ladung an das Energieaustauschsystem 42 abgeben oder von diesem aufnehmen.
  • In 5 sind das primärseitige Schaltelement 84 und die sekundärseitigen Schaltelemente 78 allgemein gehalten, d.h. hinsichtlich ihrer konkreten Ausführung nicht näher spezifiziert. Vorzugsweise sollen beide Arten von Schaltelementen als Halbleiterelemente ausgeführt sein, wobei verschiedene konkrete Ausführungsformen denkbar sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform, sind sowohl das primärseitige Schaltelement 84 als auch die sekundärseitigen Schaltelemente 78 als Transistoren ausgeführt, vorzugsweise als MOSFET-Transistoren oder als IGBTs.
  • Was die Ausbildung der Steuereinheit 52 angeht, so ergeben sich entsprechend den gesamten vorstehenden Ausführungen mehrere Vorgaben.
  • So ist die Steuereinheit 52 beispielsweise dazu ausgebildet, das Verbindungsherstellungssystem 53 bzw. die das Verbindungsherstellungssystem 53 ausmachenden Verbindungsmodule 54 derart anzusteuern, dass zumindest eine der aufnehmenden und/oder zumindest eine der abgebenden Energiespeicherzellen 40 mit dem weiteren Energiespeicher 44 verbunden ist, um einen Energieausaustausch zwischen der jeweiligen Energiespeicherzelle 40 und dem weiteren Energiespeicher 44 zu ermöglichen.
  • An dieser Stelle sei ausgeführt, dass wenn die Rede davon ist, dass das Verbindungsherstellungssystem 53 bzw. die das Verbindungsherstellungssystem 53 ausmachenden Verbindungsmodule 54 durch die Steuereinheit 52 angesteuert werden, eigentlich gemeint ist, dass die in den Verbindungsmodulen 54 enthaltenen primärseitigen Schaltelemente 84 und sekundärseitigen Schaltelemente 78 durch die Steuereinheit 52 angesteuert werden.
  • Ferner ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Ladebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher 26 elektrische Energie zugeführt wird. Liegt ein Ladebetriebszustand vor, dann steuert die Steuereinheit 52 das Verbindungsherstellungssystem 53 bzw. die dieses ausmachenden Verbindungsmodule 54 zumindest zeitweise derart an, um zumindest einer der aufnehmenden Energiespeicherzellen 40 eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zuzuführen. Dabei kann, wie eingangs beschrieben, auch vorgesehen sein, einzelnen Energiespeicherzellen elektrische Energie zu entnehmen.
  • In entsprechender Weise ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Entnahmebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher 26 elektrische Energie entnommen wird. Liegt ein Entnahmebetriebszustand vor, dann steuert die Steuereinheit 52 das Verbindungsherstellungssystem 53 bzw. die dieses ausmachenden Verbindungsmodule 54 zumindest zweitweise derart an, um zumindest einer der abgebenden Energie speicherzellen 40 eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zu entnehmen. Dabei kann, wie eingangs beschrieben, auch vorgesehen sein, einzelnen Energiespeicherzellen elektrische Energie zuzuführen.
  • Weiter ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit zumindest einer für zumindest eine Energiespeicherzelle 40 ermittelten, den Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzelle 40 repräsentierenden Betriebszustandsgröße eine Auswertung durchzuführen und in Abhängigkeit eines dabei erhaltenen Auswerteergebnisses den Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle 40 zuzulassen.
  • Bei der Betriebszustandsgröße kann es sich um die ermittelte Ladezustandsgröße handeln. In diesem Zusammenhang ist die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest zwei Energiespeicherzellen 40 ermittelten Ladezustandsgrößen einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenmaximalwert und einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenminimalwert zu ermitteln, und den Energieaustausch zuzulassen, wenn eine zwischen dem Ladezustandsgrößenminimalwert und dem Ladezustandsgrößenmaximalwert gegebene Differenz gleich oder größer einem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist. Für den Fall, dass es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße handelt, ist die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet, für zumindest eine Energiespeicherzelle 40 zu ermitteln, ob ermittelte Ladezustandsgrößenwerte innerhalb eines von einem unteren Ladezustandsgrenzwert und einem oberen Ladezustandsgrenzwert definierten Ladezustandsbetriebsfenster liegen, und den Energieaustausch zuzulassen, solange die Ladezustandsgrößenwerte innerhalb des Ladezustandsbetriebsfensters liegen.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet ist, für zumindest eine Energiespeicherzelle 40 eine die Energiespeicherzellentemperatur repräsentierende Temperaturgröße auszuwerten, und in Ab hängigkeit eines dabei erzielten Auswerteergebnisses den Energieaustausch zuzulassen.
  • Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet ist, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten für die zumindest zwei Energiespeicherzellen 40 wiederholt die jeweiligen Ladezustandsgrößen zu ermitteln und festzustellen, ob es sich um eine abgebende oder aufnehmende Energiespeicherzelle 40 handelt. Die Feststellung, dass es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle 40 handelt, bleibt dann für die jeweilige Energiespeicherzelle 40 beibehalten, solange für die jeweils zugehörige Ladezustandsgröße eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
  • Auch kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet ist, beim Feststellen, ob es sich um eine aufnehmende oder abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt, ferner eine für den Hochvoltspeicher 26 vorgegebene Hochvoltspeicherbetriebsstrategie zu berücksichtigen. Bei der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie kann es sich um eine der folgenden Strategien handeln:
    • – Eine Entladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher 26 durchgeführten Entladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen 40 jeweils eine maximal mögliche Entladung zu erzielen; oder
    • – eine Ladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher 26 durchgeführten Ladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen 40 jeweils eine maximal mögliche Ladung der einzelnen Energiespeicherzellen zu erzielen.
  • Was die Ladezustandsgröße angeht, so kann es sich hierbei um zumindest eine der Größen Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung, oder Energiespeicherzellenladezustand handeln. Je nachdem, welche dieser Größen als Ladezustandsgröße verwendet wird, ergeben sich unter schiedliche Ausbildungen für die Steuereinheit 52 und somit auch Vorge hensweisen, was das konkrete Durchführen des Energiespeicherzellenaus gleichs angeht. In diesem Zusammenhang sind wiederum mehrere Ansätze dankbar. Es kann vorgesehen sein, dass lediglich eine der vorgenannten Größen als Ladezustandsgröße verwendet wird, oder dass alternativ das Durchführen des Energiespeicherzellenausgleichs basierend auf einer sich durch Auswahl ergebenden Kombination von Ladezustandsgrößen erfolgt. In beiden Fällen werden sowohl die einzelne Größe als auch die Kombination von Ladezustandsgrößen in der Konzeptionsphase festgelegt, was dazu führt, dass sowohl die Steuereinheit 52 als auch das Verfahren zum Durchführen des Energiespeicherzellenausgleichs entsprechend festgelegt und somit ausgebildet sind. D.h. sowohl die Steuereinheit 52 als auch das Verfahren sind so vorgegeben, dass basierend auf der einen Größe oder basierend auf der Kombination von Ladezustandsgrößen der Energiespeicherzellenausgleich vorgenommen wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit und somit auch das Verfahren so konzipiert sein sollen, dass während des Betriebs der Steuereinheit und somit während des Abarbeitens des Verfahrens von Zeit zu Zeit eine der vorgenannten Größen beliebig als Ladezustandsgröße ausgewählt werden, und somit der Energiespeicherzellenausgleich beispielsweise in einer optimal an den jeweiligen Fahrbetrieb des Fahrzeugs angepassten Art und Weise erfolgen kann. In diesem Fall wird in der Konzeptionsphase festgelegt, dass sowohl die Steuereinheit 52 als auch das in ihr ablaufende Verfahren so ausbildet sind, dass ein Energiespeicherzellenausgleich vorgenommen werden kann, egal welche der drei vorgenannten Größen während des Betriebs des Fahrzeugs letztlich als Ladezustandsgröße ausgewählt und somit verwendet wird.
  • Wie vorstehend ausgeführt, sind die Steuereinheit 52 und somit das in ihr ablaufende Verfahren entsprechend der ausgewählten Größe oder entsprechend der verwendeten Kombination an Größen auszubilden. Nachfolgend sind einzelne Maßnahmen genannt, die sich jeweils auf eine konkrete der vorgenannten Größen beziehen. Soll der Energiespeicherzellenausgleich basierend auf einer einzigen dieser Größen oder basierend auf einer Kombi nation von Größen vorgenommen werden, so sind die einzelnen Maßnah men gegebenenfalls zu kombinieren. Soll der Energiespeicherzellenaus gleich dagegen in der Art erfolgen, dass während des Betriebs des Fahr zeugs die immer am besten geeignete Größe als Ladezustandsgröße ausgewählt werden kann, so sind sämtliche der nachfolgend genannten, auf die einzelnen Größen bezogenen Maßnahmenstränge zu berücksichtigen.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines für die jeweiligen Energiespeicherzellenspannungswerte durchgeführten Vergleichs festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt. Hierbei sind mehrere Vorgehensweisen denkbar: Zum einen kann bei dem Vergleich der maximale und der minimale Spannungswert ermittelt werden, wobei die Energiespeicherzelle 40 mit dem maximalen Wert die abgebende und die Energiespeicherzelle 40 mit dem minimalen Spannungswert die aufnehmende Energiespeicherzelle 40 ist. Zum anderen können die Energiespeicherzellen 40 entsprechend dem Spannungswert sortiert werden, und dann anschließend entsprechend einem Zuordnungskriterium Zuordnungen von aufnehmenden und abgebenden Energiespeicherzellen 40 gebildet werden. Insgesamt wird in diesem Fall der Energiespeicherzellenausgleich anhand einer für Energiespeicherzellen 40 vorgenommenen Spannungssteuerung durchgeführt. Bei dieser Art von Energiespeicherzellenausgleich ist die Steuereinheit 52 ferner vorteilhafterweise dazu ausgebildet, eine den Innenwiderstand der jeweiligen Energiespeicherzelle 40 repräsentierende Widerstandsgröße zu berücksichtigen.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße dagegen um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, für die zumindest zwei Energiespeicherzellen 40 jeweils eine Differenzgröße zwischen der Ladezu standsgröße und einem für die jeweilige Energiespeicherzelle 40 gegebenen Betriebsgrenzwert zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Differenzgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt. Vorteilhafterweise soll zur Bildung der Differenzgröße der Betriebsgrenzwert von der Ladezustandsgröße abgezogen werden. Der Betriebsgrenzwert kann in Abhängigkeit einer für den Hochvoltspeicher 26 vorgegebenen Hochvoltspeicherbetriebsstrategie ermittelt werden.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle 40 gegebenen Ladungsgrenzwert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladungsminimalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle 40 maximal entladen werden kann, bzw. die in einer Energiespeicherzelle 40 am Ende eines Entladevorgangs minimal enthalten sein muss. Demzufolge ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen 40 gegen die jeweils erlaubte minimale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Entladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung aufgefasst werden. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladungsmaximalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle 40 maximal geladen werden kann, bzw. die in einer Energiespeicherzelle 40 am Ende eines Ladevorgangs maximal enthalten sein darf. Demzufolge ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen 40 gegen die jeweils erlaubte maximale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Ladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung aufgefasst werden.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle 40 gegebenen Ladezustandsgrenz wert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladezustandsminimalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle 40 am Ende eines Entladevorgangs minimal aufweisen muss. Hier ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen 40 hinsichtlich des jeweils erlaubten minimalen Ladezustands zu symmetrieren. Auch hier handelt es sich um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladezustandsmaximalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle 40 am Ende eines Ladevorgangs maximal aufweisen darf. Hier ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen 40 hinsichtlich des jeweils erlaubten maximalen Ladezustands zu symmetrieren. Es handelt sich somit auch hier um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet, einen Mittelwert für die Differenzgrößen zu ermitteln, und für die zumindest zwei Energiespeicherzellen 40 in Abhängigkeit der jeweiligen Differenzgröße und des Mittelwerts jeweils eine Abweichungsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Abweichungsgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt. Vorzugsweise wird die Abweichungsgröße dadurch gebildet, dass vom Mittelwert die jeweilige Differenzgröße abgezogen wird.
  • Weiter ist in diesem Fall die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt.
  • Beim c2c-Ansatz wird für den Fall, dass als Hochvoltspeicherbetriebsstrategie die Entladestrategie gewählt ist, als abgebende Energiespeicherzelle 40 beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die, im Vergleich zu den übrigen im Hochvoltspeicher 26 enthaltenen Energiespeicherzellen 40, die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als auf nehmende Energiespeicherzelle 40 beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist. Für den Fall dass die Ladestrategie gewählt ist, wird als aufnehmende Energiespeicherzelle 40 diejenige Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße entsprechend den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzelle 40 wird diejenige Energiespeicherzelle 40 gewählt, deren Abweichungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist.
  • Zur Ermittlung derjenigen Energiespeicherzelle 40, die den Minimalwert bzw. den Maximalwert aufweist, werden vorteilhafterweise die für die einzelnen Energiespeicherzellen 40 jeweils ermittelten Abweichungsgrößen untereinander verglichen, und dabei die kleinste negative Abweichungsgröße (Minimalwert) bzw. die größte positive Abweichungsgröße (Maximalwert) ermittelt und demzufolge auch die Energiespeicherzellen 40, die diese Abweichungsgrößen aufweisen, detektiert. Vorzugsweise können für sämtliche Energiespeicherzellen 40 die Abweichungsgrößen der Größe nach sortiert werden. Dies würde es ermöglichen, mehrere Paarungen von aufnehmender und abgebender Energiespeicherzelle 40 zu bilden, und somit die Durchführung mehrerer auf dem c2c-Ansatz basierende Ausgleiche ermöglichen.
  • Es können aber auch Kombinationen bzw. Zuordnungen von einer einzelnen Energiespeicherzelle 40 zu einem aus mehreren Energiespeicherzellen 40 bestehenden Verbund (Stack) gebildet werden, wie es beim c2s-Ansatz oder beim s2c-Ansatz der Fall ist. Im Fall der Ladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle 40 als abgebende Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen 40 werden mehrere Energiespeicherzellen 40 gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen 40, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle 40 als abgebende Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen 40 werden mehrere Energiespeicherzellen 40 gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen 40, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt.
  • Im Fall der Ladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle 40 als aufnehmende Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen 40 werden mehrere Energiespeicherzellen 40 gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen 40, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle 40 als aufnehmende Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen 40 werden mehrere Energiespeicherzellen 40 gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen 40, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt.
  • Darüber hinaus kann für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet sein, vor Bildung der Differenzgröße, eine Korrektur des Ladezustandsgrößenwerts in Abhängigkeit einer den Alterungszustand der Energiespeicherzelle 40 repräsentierenden Alterungszustandsgröße durchzuführen.
  • Ferner ist in diesem Fall die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle 40 und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle 40 jeweils ermittelten Abweichungsgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente 84 und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente 80 zu ermitteln.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit 52 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Differenzgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle 40 handelt. Hierbei wird bei dem c2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle 40 als abgebende Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Differenzgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzelle 40 wird diejenige Energiespeicherzelle 40 gewählt, für die die Differenzgröße den Minimalwert aufweist, wobei dies sowohl für die Ladestrategie als auch für die Entladestrategie gilt.
  • Unabhängig davon, ob es sich bei der Ladungszustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist es denkbar, die generelle Eingruppierung in aufnehmende und abgebende Energiespeicherzelle 40 anhand der Abweichungsgröße und der Differenzgröße vorzunehmen, wobei anhand der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie dann noch eine Auswahl und/oder Zuordnung der Energiespeicherzellen 40 erfolgt.
  • Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit 52 ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicher zelle 40 und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicher zelle 40 jeweils ermittelten Differenzgröße Vorgabesignale für die zugehöri gen primärseitigen Schaltelemente 84 und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente 78 zu ermitteln.
  • Vorteilhafterweise werden sowohl beim c2s-Ansatz als auch beim s2c-Ansatz für beide Zellenkategorien, d.h. für die abgebenden und für die aufnehmenden Energiespeicherzellen 40 die Abweichungsgrößen bzw. die Differenzgrößen benötigt, da bei diesen beiden Ansätzen eine Aufteilung bzw. Zusammenführung der auszugleichenden elektrischen Energie bzw. Ladung erfolgt und somit die Kenntnis der jeweiligen Abweichungsgröße bzw. Differenzgröße erforderlich ist, um für die jeweilige Energiespeicherzelle 40 eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen primärseitigen Schaltelemente 84 und sekundärseitigen Schaltelemente 78 vornehmen zu können.
  • Mit Blick auf den Ablauf des Energiespeicherzellenausgleichs wird nachfolgend ausgeführt, wie vorgegangen wird, nachdem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle, die in einem ersten und somit abgebenden Energiespeichermodul enthalten ist, und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle, die in einem von dem ersten Energiespeichermodul verschiedenen zweiten und somit aufnehmenden Energiespeichermodul enthalten ist, bestimmt sind, um sowohl für das erste Energiespeichermodul als auch für das zweite Energiespeichermodul die in diesen jeweils enthaltenen primärseitigen Schaltelemente und die sekundärseitigen Schaltelemente dergestalt anzusteuern, dass ein vorzunehmender Austausch an elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung möglich ist. Vorzugsweise soll es sich bei der abgebenden Energiespeicherzelle um diejenige Energiespeicherzelle handeln, die am stärksten aufgeladen ist, d.h. die größte Menge an elektrischer Energie oder elektrischer Ladung aufweist, wobei auch andere Auswahlkriterien denkbar sind.
  • Unter Bezugnahme auf 3 soll es sich bei dem ersten Energiespeicher modul beispielsweise um das Modul m und bei dem zweiten Energiespei chermodul um das Modul n handeln. Wobei die nachfolgenden weitergehen den Ausführungen sowohl für das Modul m als auch für das Modul n unter Verwendung der detaillierteren Darstellung von 5 erfolgen sollen. Sowohl bei der abgebenden als auch bei der aufnehmenden Energiespeicherzelle soll es sich beides Mal um die in 5 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnete Energiespeicherzelle handeln, wobei es sich bei dem in 5 dargestellten Energiespeichermodul 32 im Fall der abgebenden Energiespeicherzelle um das Modul m und im Fall der aufnehmenden Energiespeicherzelle um das Modul n handeln soll. Um die Ausführungen besser nachvollziehen zu können, sind im Fall des aufnehmenden Energiespeichermoduls die Bezugszeichen mit einem Strich ' als Zusatz versehen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass durch diese Kennzeichnung nicht zum Ausdruck gebracht werden soll, dass dieses Energiespeichermodul bzw. der zugehörige Hochvoltspeicher zwangsläufig in einem Fahrzeug verbaut ist, wie es in 2 dargestellt ist, in der einige Komponenten mit einem Strich ' als Zusatz versehen sind. Vielmehr ist der Einsatz sowohl bei einem in 1 dargestellten Fahrzeug als auch bei einem in 2 dargestellten Fahrzeug denkbar.
  • Wenn nachfolgend vom Ansteuern eines Schaltelements die Rede ist, so ist darunter das Ansteuern des Schaltelements mittels eines rechteckförmigen Signals zu verstehen. Demzufolge nimmt ein derart angesteuertes Schaltelement zeitlich gesehen eine alternierende Abfolge von Offenzuständen und Geschlossenzuständen ein, wobei das Schaltelement in einem Offenzustand leitet und in einem Geschlossenzustand sperrt. Vorzugsweise erfolgt das Ansteuern mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, so dass sich durch das Ansteuern des Schaltelementes zusätzlich der Wert einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Spannung einstellen lässt. Vorstehende Ausfüh rungen sollen sowohl für ein primärseitiges als auch für ein sekundärseitiges Schaltelement gelten.
  • Gemäß dem c2c-Ansatz läuft ein Energie- oder Ladungsaustausch zwischen einer einzelnen abgebenden und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle wie folgt ab: Durch Ansteuern desjenigen sekundärseitigen Schaltelements 78, das der abgebenden Energiespeicherzelle 40 zugeordnet ist, kann Strom ausgehend von der abgebenden Energiespeicherzelle 40 in die ihr zugeordnete Sekundärwicklung 74 bzw. Sekundärspule fließen. Der abgebenden Energiespeicherzelle 40 wird somit elektrische Energie bzw. Ladung entnommen. Durch das Ansteuern desjenigen primärseitigen Schaltelements 84, das in dem ersten Energiespeichermodul 32 angeordnet ist, also demjenigen Energiespeichermodul 32 mit der abgebenden Energiespeicherzelle 40, kann der im Eisenkern 90 des Mehrwicklungstransformators 58 vorhandene magnetische Fluss über die Primärwicklung 72 dergestalt abgebaut werden, dass durch die an der Primärwicklung 72 induzierte elektrische Spannung sowohl der Kondensator 82 des ersten Energiespeichermoduls 32 als auch die Kondensatoren 82' der übrigen im Hochvoltspeicher 26 enthaltenen Energiespeichermodule 32' aufgeladen werden. Die von der abgebenden Energiespeicherzelle 40 stammende elektrische Energie wird somit in den Kondensatoren 82, 82' zwischengespeichert. Das Ansteuern sowohl des sekundärseitigen Schaltelements 78 als auch des primärseitigen Schaltelements 84 erfolgt solange, bis eine zuvor bestimmte und somit definierte Menge an elektrischer Energie bzw. Ladung der abgebenden Energiespeicherzelle 40 entnommen und somit in den Kondensatoren 82, 82' zwischengespeichert ist. Das Erreichen dieser vorbestimmten bzw. definierten Ladungsmenge bzw. Energiemenge kann durch Aufintegrieren des der abgebenden Energiespeicherzelle 40 entnommenen, mittels eines geeigneten Messelements erfassten Entladestroms ermittelt werden.
  • Das Zuführen der elektrischen Energie bzw. Ladung, die der abgebenden Energiespeicherzelle 40 entnommen und in den Kondensatoren 82, 82' zwischengespeichert ist, an die in dem zweiten Energiespeichermodul 32' enthaltene, aufnehmende Energiespeicherzelle 40', geht dadurch vonstatten, dass sowohl das primärseitige Schaltelement 84' des zweiten Energiespeichermoduls 32' als auch das der aufnehmenden Energiespeicherzelle 40' zugeordnete sekundärseitige Schaltelement 78' angesteuert werden. Durch das Ansteuern des primärseitigen Schaltelements 84' wird die an den Kondensatoren 82, 82' anliegende Spannung an die in dem zweiten Energiespeichermodul 32' enthaltene Primärwicklung 72' angelegt, wodurch sich in dem Eisenkern 90' des Mehrwicklungstransformators 58' ein magnetischer Fluss ausbildet, der an den Sekundärwicklungen 74' jeweils eine induzierte Spannung bewirkt. Durch das Ansteuern des der aufnehmenden Energiespeicherzelle 40' zugeordneten sekundärseitigen Schaltelements 78' wird für die aufnehmende Energiespeicherzelle 40' ein sekundärseitiger Energieflusspfad 80' gebildet, über den der aufnehmenden Energiespeicherzelle 40' die elektrische Energie bzw. Ladung zugeführt wird, und gleichzeitig der vorhandene magnetische Fluss abgebaut wird.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem können Austausche auch gemäß einem anderen Ansatz, als dem vorstehend beschriebenen c2c-Ansatz durchgeführt werden.
  • So kann beispielsweise gemäß des c2s-Ansatzes ein Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer Vielzahl aufnehmender Energiespeicherzellen durchgeführt werden. Die abgebende Energiespeicherzelle soll in einem ersten Energiespeichermodul enthalten sein. Was die aufnehmenden Energiespeicherzellen angeht, so können diese entweder in einem einzigen zweiten Energiespeichermodul enthalten sein, oder aber auf eine Vielzahl unterschiedlicher zweiter Energiespeichermodule aufgeteilt sein. Auf jeden Fall soll keines der zweiten Energiespeichermodule mit dem ersten Energiespeichermodul identisch sein.
  • Für das erste Energiespeichermodul 32 erfolgt das Ansteuern des primärseitigen Schaltelements 84 und des sekundärseitigen Schaltelements 78 wie vorstehend im Zusammenhang mit dem c2c-Ansatz beschrieben. Für den Fall, dass jede der aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' in einem anderen zweiten Energiespeichermodul 32' enthalten ist, d.h. jedes der zweiten Energiespeichermodule 32' lediglich eine einzige aufnehmende Energiespeicherzelle 40' enthält, erfolgt für jedes dieser zweiten Energiespeichermodule 32' das Ansteuern des primärseitigen Schaltelements 84' und des sekundärseitigen Schaltelementes 78' prinzipiell so, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem c2c-Ansatz beschrieben, wobei durch eine entsprechende Pulsweitenmodulation, d.h. durch eine entsprechende Variation bzw. Einstellung des entsprechenden Tastverhältnisses des Ansteuersignals des jeweiligen primärseitigen Schaltelements 84' eine Aufteilung der elektrischen Energie, die der abgebenden Energiespeicherzelle 40 entnommen wurde, auf die einzelnen zweiten Energiespeichermodule 32' und somit die einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' möglich ist. Weist dagegen zumindest eines der zweiten Energiespeichermodule 32' mehr als eine aufnehmende Energiespeicherzelle 40' auf, so wird die dem jeweiligen zweiten Energiespeichermodul 32' zugeführte elektrische Energie durch eine entsprechende Pulsweitenmodulation, d.h. durch eine entsprechende Variation bzw. Einstellung der entsprechenden Tastverhältnisse der Ansteuersignale derjenigen sekundärseitigen Schaltelemente 78', die den aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' zugeordnet sind, auf die einzelnen in dem zweiten Energiespeichermodul 32' enthaltenen aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' aufgeteilt. Für den Fall, dass sämtliche aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' in einem einzigen zweiten Energiespeichermodul 32' enthalten sind, ist eine Aufteilung der dem zweiten Energiespeichermodul 32' insgesamt zugeführten elektrischen Energie auf die einzelnen aufnehmenden Energiespei cherzellen 40' durch eine entsprechende Pulsweitenmodulation, d.h. durch eine entsprechende Variation bzw. Einstellung der entsprechenden Tastverhältnisse der Ansteuersignale der den aufnehmenden Energiespeicherzellen 40' jeweils zugeordneten sekundärseitigen Schaltelementen 78' vorzunehmen.
  • Ferner kann gemäß des s2c-Ansatzes ein Austausch zwischen einer Vielzahl abgebender Energiespeicherzellen und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle durchgeführt werden. Die aufnehmende Energiespeicherzelle soll in einem zweiten Energiespeichermodul enthalten sein. Was die abgebenden Energiespeicherzellen angeht, so können diese entweder in einem einzigen ersten Energiespeichermodul enthalten sein, oder aber auf eine Vielzahl unterschiedlicher erster Energiespeichermodule aufgeteilt sein. Auf jeden Fall soll keines der ersten Energiespeichermodule 32 mit dem zweiten Energiespeichermodul identisch sein.
  • Für das zweite Energiespeichermodul 32' erfolgt das Ansteuern des primärseitigen Schaltelements 84' und des sekundärseitigen Schaltelements 78' wie vorstehend im Zusammenhang mit dem c2c-Ansatz beschrieben. Für den Fall, dass jede der abgebenden Energiespeicherzellen 40 in einem anderen ersten Energiespeichermodul 32 enthalten ist, d.h. jedes der ersten Energiespeichermodule 32 lediglich eine einzige abgebende Energiespeicherzelle 40 enthält, erfolgt für jedes dieser ersten Energiespeichermodule 32 das Ansteuern des primärseitigen Schaltelements 84 und des sekundärseitigen Schaltelementes 78 prinzipiell so, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem c2c-Ansatz beschrieben. Weist dagegen zumindest eines der ersten Energiespeichermodule 32 mehr als eine abgebende Energiespeicherzelle 40 auf, so werden diejenigen sekundärseitigen Schaltelemente 78, die den abgebenden Energiespeicherzellen 40 zugeordnet sind, derart angesteuert, dass jeder der abgebenden Energiespeicherzellen 40 eine zuvor definierte Menge an elektrischer Energie bzw. Ladung entnommen wird. Die in diesen ersten Energiespeichermodulen 32 enthaltenen primärseitigen Schaltelemente 84 werden derart angesteuert, dass die von den abgebenden Energiespeicherzellen 40 stammende elektrische Energie bzw. Ladung, die in den Kondensatoren 82, 82' zwischengespeichert ist, dem zweiten Energiespeichermodul 32' und somit der aufnehmenden Energiespeicherzelle 40' zugeführt werden kann. Für den Fall, dass sämtliche abgebenden Energiespeicherzellen 40 in einem einzigen ersten Energiespeichermodul 32 enthalten sind, sind diejenigen sekundärseitigen Schaltelemente 78, die den abgebenden Energiespeicherzellen 40 zugeordnet sind, derart anzusteuern, dass jeder der abgebenden Energiespeicherzellen 40 eine zuvor definierte Menge an elektrischer Energie bzw. Ladung entnommen werden kann. Das in diesem ersten Energiespeichermodul 32 enthaltene primärseitige Schaltelement 84 wird derart angesteuert, dass die von den abgebenden Energiespeicherzellen 40 stammende elektrische Energie bzw. Ladung, die auf den entsprechenden Kondensatoren 82, 82' zwischengespeichert ist, dem zweiten Energiespeichermodul 32' und somit der aufnehmenden Energiespeicherzelle 40' zugeführt werden kann.
  • Es ist auch denkbar, einen insgesamt für einen Hochvoltspeicher 26 vorzunehmenden Ausgleich an elektrischer Energie oder Ladung nicht durch einen einzigen Ausgleich, dem einer der vorstehend beschriebenen Ansätze zugrunde liegt, vorzunehmen, sondern durch eine Vielzahl aufeinander folgender einzelner Ausgleiche, von denen jedem ein anderer der vorstehend beschriebenen Ansätze zugrunde liegen kann. Beispielsweise ist es denkbar, mehrmals nacheinander einen Energie- oder Ladungsaustausch gemäß des c2c-Ansatzes durchzuführen, allerdings jedes Mal für eine andere Paarung von abgebender und aufnehmender Energiespeicherzelle.
  • An dieser Stelle sollen noch einige allgemeine Ausführungen zu einzelnen Komponenten gemacht werden. Durch den Mehrwicklungstransformator 58 kann bei geeigneter Wahl der Windungszahl für die Primärwicklung 72 einer seits und der Windungszahl für die Sekundärwicklungen 74 andererseits, eine Spannungstransformation in gewünschter Höhe erfolgen. So kann beispielsweise die Anpassung der Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle an die Gesamtspannung eines aus einer Vielzahl von Energiespeicherzellen gebildeten Stacks erreicht werden. Zudem ist durch die Verwendung eines Transformators eine galvanische Trennung der in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen von den in einem anderen Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen möglich. Mittels eines sekundärseitigen Schaltelements 78 ist quasi die Auswahl einer bestimmten Energiespeicherzelle möglich, für die dann ein Austausch an elektrischer Energie oder Ladung durchgeführt werden soll, dies gilt sowohl für eine abgebende als auch für eine aufnehmende Energiespeicherzelle. Mittels der primärseitigen Schaltelemente 84 können einzelne Energiespeichermodule unter Zwischenschaltung des Energieaustauschsystems miteinander verbunden werden. Der Kondensator 82, der zu der Primärwicklung parallel geschaltet ist, ermöglicht durch das Zwischenspeichern einen definierten Energie- bzw. Ladungsaustausch, insbesondere von einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle zu einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle. Ferner sei noch erwähnt, dass die beschriebene Ausführungsform des Verbindungsmoduls 54 dem Aufbau eines Flyback-Converters entspricht, bei dem aufgrund des Ansteuerns eines Schaltelements Energie des magnetischen Felds im Luftspalt der Primärspule gespeichert wird. Nicht angesteuerte Schaltelemente sollen geöffnet sein, d. h. keinen Stromfluss ermöglichen. Wohingegen angesteuerte Schaltelemente geschlossen sein sollen, d.h. einen Stromfluss ermöglichen sollen. Auch soll die in 5 gewählte Darstellungsform, gemäß der ein Energiespeichermodul lediglich drei Energiespeicherzellen enthält, keine einschränkende Wirkung haben. Ein Energiespeichermodul kann selbstverständlich jede beliebige andere Anzahl von Energiespeicherzellen enthalten.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleich wird ein Ausgleich der in den einzelnen Energiespeicherzellen gespeicherten Ladungen erreicht, wodurch nach Möglichkeit alle in einem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen möglichst gleichzeitig ihre Betriebsgrenzen erreichen.
  • Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, handelt es sich um einen Hochvoltspeicher, der einzelne Energiespeicherzellen enthält, in denen diejenige elektrische Energie gespeichert ist, die für den Betrieb einer elektrischen Maschine benötigt wird, mit der die angetriebenen Räder eines Fahrzeugs angetrieben werden sollen. Insofern sind die vorstehenden Ausführungen größtenteils auf den Ausgleich von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeicherzellen gerichtet. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Da bei einer Energiespeicherzelle bekanntermaßen die in ihr gespeicherte elektrische Energie über die an den Klemmen der Energiespeicherzelle anliegende Spannung mit der in der Energiespeicherzelle gespeicherten Ladung zusammenhängt, und somit eine Umrechnung zwischen diesen beiden Größen möglich ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsystem auch ein Ladungsausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherzellen durchgeführt werden. Insofern sollen die hinsichtlich eines Energieaustauschs gemachten Ausführungen auch für einen Ladungsaustausch gelten bzw. anwendbar sein, und auch in der anderen Richtung, da allenfalls eine entsprechende Umrechnung vorzusehen ist.
  • Um mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem einen Ladungs- bzw. Energieausgleich durchführen zu können, kann es erforderlich sein, dass die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. D.h. es ist eine Ausgestaltung des Energiespeicherzellenausgleichssystems denkbar, bei der es erforderlich ist, dass die Zündung eingeschaltet ist. Ebenso ist eine Ausgestaltung denkbar, bei der dies nicht erforderlich ist. Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, dass das Fahrzeug fährt und somit dem Hochvoltspeicher elektrische Energie entnommen wird.
  • Der dem Energiespeicherzellenausgleichsystem zugrundeliegende Steueral gorithmus zur Durchführung des Ladungs- bzw. Energieausgleichs ist vertikal gegliedert, in einen übergeordneten Steueralgorithmus und einen untergeordneten Steueralgorithmus. Zum Aufgabenumfang des übergeordneten Steueralgorithmus gehört die Auswahl der zu symmetrierenden Energiespeicherzellen, d.h. das Feststellen der abgebenden und der aufnehmenden Energiespeicherzellen. Ebenso gehört zu diesem Umfang das Überwachen des Einhaltens eines entsprechend festgelegten Betriebsfensters für den durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleichs. Zum Aufgabenumfang des untergeordneten Steueralgorithmus gehört das Durchführen des eigentlichen Ladungs- bzw. Energieausgleichs, das Ermitteln der Vorgabesignale für die primärseitigen und sekundärseitigen Schaltelemente und das Erfassen und Auswerten von Stromwerten für eine ggf. im Rahmen einer Regelung vorzunehmende Rückkoppelung. Insgesamt ist der Steueralgorithmus so konzipiert, dass er für unterschiedliche Topologien (c2c- oder c2s- oder s2c-Ansatz) unter Verwendung unterschiedlicher bzw. geeigneter Ladezustandsgrößen (Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung, Energiespeicherzellenladezustand) und somit zugehöriger Steuerungsbzw. Regelungsverfahren das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs ermöglicht.
  • An dieser Stelle sollen in einer etwas verallgemeinerten Form nochmals grundlegende Aspekte des Steueralgorithmus dargelegt werden: wichtig für die Durchführung eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs ist, dass für die Energiespeicherzellen der jeweils aktuelle Ist-Ladezustand und auch die jeweils aktuelle maximale Energiespeicherzellenkapazität möglichst präzise ermittelt werden, um so ein zuverlässiges Maß für die Restkapazität der jeweiligen Energiespeicherzelle bestimmen zu können. Der Ladungsausgleich bzw. der Energieausgleich kann basierend auf der Energiespeicherzellenspannung und/oder des Energiespeicherzellenladezustand und/oder der Energiespeicherzellenladung durchgeführt werden. Grob gegliedert kann der Ablauf des Steueralgorithmus in folgende Schritte unterteilt werden:
    • – Ermitteln, ob ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt wer den kann, d.h. ob die in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energie speicherzellen symmetriert werden können; dies erfolgt beispielsweise durch Auswerten von Temperaturwerten und/oder Überwachen eines Betriebsfensters.
    • – Feststellen und somit Festlegen der abgebenden und aufnehmenden Energiespeicherzellen, also derjenigen Energiespeicherzellen, die symmetriert werden sollen.
    • – Ermitteln der Ladungs- bzw. Energiemenge, die zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen auszutauschen ist. Optional kann auch der hierfür vorzusehenden Symmetrierstrom ermittelt werden. Hierbei wird die vorliegende Hochvoltspeicherbetriebsstrategie berücksichtigt. Ferner kann der vorzunehmende Ladungs- bzw. Energieausgleich geregelt oder gesteuert durchgeführt werden. Ggf. kann prädiktiv symmetriert werden.
  • Ferner sei an dieser Stelle noch ausgeführt, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichssystem derart ausgelegt ist, dass mit diesem für eine beliebige Vielzahl von Energiespeicherzellen ein Energieausgleich vorgenommen werden kann. Beginnend mit zwei Energiespeicherzellen (Minimalwert), die sich in einem Hochvoltspeicher befinden und die gezielt zur Durchführung eines Ausgleichs herausgegriffen wurden, bis hin zu einem Ausgleich, der für alle Energiespeicherzellen (Maximalwert) durchgeführt wird, die in einem Hochvoltspeicher enthalten sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    12
    angetriebene Räder
    14
    nicht-angetriebene Räder
    16
    elektrische Maschine
    18
    Getriebe
    20
    Differenzial
    22
    Ansteuereinheit
    23
    externe Wechselspannungsquelle
    24
    Wechselrichter
    25
    Umrichter
    26
    Hochvoltspeicher
    27
    externe Gleichspannungsquelle
    28
    Verbrennungsmotor
    30
    Kupplung
    32
    Energiespeichermodul
    34
    Leitungskomponente
    36
    Klemme
    38
    S-Box
    40
    Energiespeicherzelle
    42
    Energieaustauschsystem
    44
    weiterer Energiespeicher
    46
    Klemme
    48
    Niedervoltbordnetz
    50
    Energiequelle
    52
    Steuereinheit
    53
    Verbindungsherstellungssystem
    54
    Verbindungsmodul
    56
    Verbindungsleitung
    58
    Wandlerelement, Mehrwicklungstransformator
    60
    Schaltelementanordnung
    62
    Schnittstelle
    64
    Schalteinheit
    66
    weitere Verbindungsleitung
    68
    Zellüberwachungseinheit
    70
    Speicherzellenklemmen
    72
    Primärwicklung
    74
    Sekundärwicklung
    76
    Sekundärverbund
    78
    sekundärseitiges Schaltelement
    80
    sekundärseitiger Energieflusspfad
    82
    Kondensator
    84
    primärseitiges Schaltelement
    86
    Parallelschaltung
    88
    primärseitiger Energieflusspfad
    90
    Eisenkern

Claims (30)

  1. Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug (10) angeordneten Hochvoltspeicher (26), wobei der Hochvoltspeicher (26) eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen (32, 32') aufweist, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen (40, 40') aufweisen, wobei das Fahrzeug (10) eine elektrische Maschine (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder (12) des Fahrzeugs (10) anzutreiben, wobei der Hochvoltspeicher (26) dazu ausgebildet ist, der elektrischen Maschine (16) die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen, mit: einem Energieaustauschsystem (42), das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen (32, 32') zu ermöglichen, einem Verbindungsherstellungssystem (53), das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul (32, 32') zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle (40, 40') mit dem Energieaustauschsystem (42) zu verbinden, und einer Steuereinheit (52), die dazu ausgebildet ist, für zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') eine den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') repräsentierende Ladezustandsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit dieser Ladezustandsgröße festzustellen, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') um eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle (40) handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu aus gebildet ist, festzustellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) in einem ersten Energiespeichermodul (32) und zumindest eine auf nehmende Energiespeicherzelle (40') in einem zweiten Energiespei chermodul (32') angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul (32, 32') um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt, und bei Vorliegen dieses definierten Speicherbetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem (53) derart anzusteuern, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden Energiespeicherzelle (40) und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle (40') erfolgen kann.
  2. Energiespeicherzellenausgleichssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieaustauschsystem (42) als ein Bussystem ausgebildet ist.
  3. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Energiespeichermodule (32, 32') zumindest zur Realisierung einer Serienschaltung untereinander über Leitungskomponenten (34) verbunden sind, wobei die Leitungskomponenten (34) gegenüber dem Energieaustauschsystem (42) baulich eigenständig ausgeführt sind.
  4. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsherstellungssystem (53) eine Vielzahl von Verbindungsmodulen (54, 54') aufweist, wobei jedem Energiespeichermodul (32, 32') jeweils ein Verbindungsmodul (54, 54') zugeordnet ist.
  5. Energiespeicherzellenausgleichsystem, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmodule (54, 54') jeweils ein Wandlerelement (58, 58') und eine Schaltelementanordnung (60, 60') aufweisen.
  6. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, dass das Wandlerelement (58, 58') als Mehrwicklungstransformator ausgeführt ist, der eine Primärwicklung (72, 72') und eine Anzahl von Sekundärwicklungen (74, 74') aufweist, wobei die Primärwicklung (72, 72') wirktechnisch dem Energieaustauschsystem (42) und die Sekundärwicklungen (74, 74') wirktechnisch den Energiespeicherzellen (40, 40') zugeordnet sind, und dass die Schaltelementanordnung (60, 60') eine Anzahl von sekundärseitigen Schaltelementen (78, 78') aufweist, wobei jedes der sekundärseitigen Schaltelemente (78, 78') jeweils einem Sekundärverbund (76, 76'), bestehend aus einer Energiespeicherzelle (40, 40') und einer Sekundärwicklung (74, 74'), derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem sekundärseitigem Schaltelement (78, 78') die Sekundärwicklung (74, 74') und die Energiespeicherzelle (40, 40') einen sekundärseitigen Energieflusspfad (80, 80') bilden.
  7. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmodule (54, 54') ferner jeweils einen Kondensator (82, 82') aufweisen, der zu der jeweiligen Primärwicklung (72, 72') parallel geschaltet ist.
  8. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmodule (54, 54') ferner jeweils ein primärseitiges Schaltelement (84, 84') aufweisen, das der jeweiligen Primärwicklung (72, 72') derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem primärseitigem Schaltelement (84, 84') ein aus der Primärwick lung (72, 72') und dem Kondensator (82, 82') bestehender primärseiti ger Energieflusspfad (88, 88') gebildet ist.
  9. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrzeug (10) ein weiterer Energiespeicher (44) vorhanden ist, der mit dem Energieaustauschsystem (42) verbunden ist, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, das Verbindungsherstellungssystem (53) derart anzusteuern, dass zumindest eine der aufnehmenden Energiespeicherzellen (40') und/oder zumindest eine der abgebenden Energiespeicherzellen (40) mit dem weiteren Energiespeicher (44) verbunden ist, um einen Energieausaustausch zwischen der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') und dem weiteren Energiespeicher (44) zu ermöglichen.
  10. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob ein Ladebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher (26) elektrische Energie zugeführt wird, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Ladebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem (53) zumindest zeitweise derart anzusteuern, um zumindest einer der aufnehmenden Energiespeicherzellen (40') eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zuzuführen.
  11. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob ein Entnahmebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher (26) elektrische Energie entnommen wird, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Entnahmebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem (53) zumindest zweitweise derart anzu steuern, um zumindest einer der abgebenden Energiespeicherzellen (40) eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zu entneh men.
  12. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit zumindest einer für zumindest eine Energiespeicherzelle (40, 40') ermittelten, den Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') repräsentierenden Betriebszustandsgröße eine Auswertung durchzuführen und in Abhängigkeit eines dabei erhaltenen Auswerteergebnisses den Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden Energiespeicherzelle (40) und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle (40') zuzulassen.
  13. Energiespeicherzellenausgleichsystem, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße handelt, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der für die zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') ermittelten Ladezustandsgrößen einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenmaximalwert und einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenminimalwert zu ermitteln, und den Energieaustausch zuzulassen, wenn eine zwischen dem Ladezustandsgrößenminimalwert und dem Ladezustandsgrößenmaximalwert gegebene Differenz gleich oder größer einem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist.
  14. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße handelt, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, für zumindest eine Energiespeicher zelle (40, 40') zu ermitteln, ob ermittelte Ladezustandsgrößenwerte in nerhalb eines von einem unteren Ladezustandsgrenzwert und einem oberen Ladezustandsgrenzwert definierten Ladezustandsbetriebsfens ter liegen, und den Energieaustausch zuzulassen, solange die Lade zustandsgrößenwerte innerhalb des Ladezustandsbetriebsfensters liegen.
  15. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, für zumindest eine Energiespeicherzelle (40, 40') eine die Energiespeicherzellentemperatur repräsentierende Temperaturgröße auszuwerten, und in Abhängigkeit eines dabei erzielten Auswerteergebnisses den Energieaustausch zuzulassen.
  16. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten für die zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') wiederholt die jeweiligen Ladezustandsgrößen zu ermitteln und festzustellen, ob es sich um eine abgebende Energiespeicherzelle (40) oder aufnehmende Energiespeicherzelle (40') handelt, wobei die Feststellung, dass es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, für die jeweilige Energiespeicherzelle beibehalten bleibt, solange für die jeweils zugehörige Ladezustandsgröße eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist.
  17. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, beim Feststellen, ob es sich um eine aufnehmende oder abgebende Energiespeicherzelle handelt, ferner eine für den Hochvoltspeicher (26) vorgegebene Hochvoltspeicherbetriebs strategie zu berücksichtigen.
  18. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie um eine der folgenden Strategien handelt: eine Entladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher (26) durchgeführten Entladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen (40, 40') jeweils eine maximal mögliche Entladung zu erzielen; oder eine Ladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher (26) durchgeführten Ladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen (40, 40') jeweils eine maximal mögliche Ladung der einzelnen Energiespeicherzellen zu erzielen.
  19. Energiespeicherzellenausgleichssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um zumindest eine der folgenden Größen handelt: Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung oder Energiespeicherzellenladezustand.
  20. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, wobei die Steuereinheit (52) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines für die jeweiligen Energiespeicherzellenspannungswerte durchgeführten Vergleichs festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt.
  21. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, eine den Innenwiderstand der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') repräsentierende Widerstandsgröße zu berücksichtigen.
  22. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, wobei die Steuereinheit (52) dazu ausgebildet ist, für die zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') jeweils eine Differenzgröße zwischen der Ladezustandsgröße und einem für die jeweilige Energiespeicherzelle gegebenen Betriebsgrenzwert zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Differenzgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt.
  23. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsgrenzwert in Abhängigkeit einer für den Hochvoltspeicher (26) vorgegebenen Hochvoltspeicherbetriebsstrategie ermittelt ist.
  24. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, einen Mittelwert für die Differenzgrößen zu ermitteln, und für die zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') in Abhängigkeit der jeweiligen Differenzgröße und des Mittelwerts jeweils eine Abweichungsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Abweichungsgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt.
  25. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energie speicherzellenladung handelt, in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, und für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, in Abhängigkeit der Differenzgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt.
  26. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, wobei die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, vor Bildung der Differenzgröße, eine Korrektur des Ladezustandsgrößenwerts in Abhängigkeit einer den Alterungszustand der Energiespeicherzelle (40, 40') repräsentierenden Alterungszustandsgröße durchzuführen.
  27. Energiespeicherzellenausgleichsystem nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (52) ferner dazu ausgebildet ist, für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') jeweils ermittelten Abweichungsgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärsei tigen Schaltelemente (84, 84') und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente (78, 78') zu ermitteln, und für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Ener giespeicherzellenladezustand handelt, in Abhängigkeit der für die zu mindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') jeweils ermittelten Differenzgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente (84, 84') und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente (78, 78') zu ermitteln.
  28. Hochvoltspeicher, der dazu ausgebildet ist, einer elektrischen Maschine (16), die in einem Fahrzeug (10) angeordnet ist und die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder (12) des Fahrzeugs (10) anzutreiben, die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen, mit: einer Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen (32, 32'), wobei die Energiespeichermodule (32, 32') jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen (40, 40') aufweisen, und einem Energiespeicherzellenausgleichsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 27.
  29. Energiespeichermodul, das dazu ausgebildet ist, in einem Hochvoltspeicher (26) gemäß Anspruch 28 verwendet zu werden.
  30. Verfahren zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs für einen in einem Fahrzeug (10) angeordneten Hochvoltspeicher (26), wobei der Hochvoltspeicher (26) eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen (32, 32') aufweist, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen (40, 40') aufweisen, wobei das Fahrzeug (10) eine elektrische Maschine (16) aufweist, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder (12) des Fahrzeugs (10) anzutreiben, wobei der Hochvoltspeicher (26) dazu ausgebildet ist, der elektrischen Maschine (16) die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen, wobei der Hochvoltspeicher (26) ferner aufweist, ein Energieaustauschsystem (42), das dazu ausgebildet ist, einen Aus tausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeicher modulen (32, 32') zu ermöglichen, ein Verbindungsherstellungssystem (53), das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul (32, 32') zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle (40, 40') mit dem Energieaustauschsystem (42) zu verbinden, und eine Steuereinheit (52), die dazu ausgebildet ist, folgende Schritte auszuführen: – Ermitteln einer den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') repräsentierenden Ladezustandsgröße für zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40'), – Feststellen in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') um eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle (40) handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann, – Feststellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) in einem ersten Energiespeichermodul (32) und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') in einem zweiten Energiespeichermodul (32') angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul (32, 32') um unterschiedliche Energiespeichermodule (32, 32') handelt, und – Ansteuern des Verbindungsherstellungssystems (53) bei Vorliegen des definierten Speicherbetriebszustands derart, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden Energiespeicherzelle (40) und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle (40') erfolgen kann.
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