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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Energiespeichersysteme bekannt, welche aus einer Mehrzahl von Energiespeichern aufgebaut sind. Hierzu werden insbesondere mehrere Batterien gleicher Bauart elektrisch miteinander verbunden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung schlägt vor, einen elektromechanischen Adapter einzuführen, welcher insbesondere in einem aus mehreren Energiespeichern aufgebauten Energiespeichersystem Verwendung finden kann.
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Erfindungsgemäß umfasst der elektromechanische Adapter eine erste elektromechanische Schnittstelle, die mit einem vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher elektromechanisch verbindbar ist. Der elektrochemische Energiespeicher kann beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie, insbesondere ein Akkumulator, oder auch eine nicht wiederaufladbare Batterie sein. Weiter umfasst der Adapter eine zweite elektromechanische Schnittstelle, die mit einem Energiebus elektromechanisch verbindbar ist. Bei der ersten und/oder der zweiten elektromechanischen Schnittstelle kann es sich beispielsweise jeweils um einen Spannungseingang und/oder Spannungsausgang und/oder um einen Anschluss für ein Stromkabel handeln. Der Energiebus kann insbesondere eine Stromleitung sein. Zusätzlich umfasst der Adapter einen mit der ersten und der zweiten Schnittstelle elektrisch verbundenen Gleichspannungswandler zum Wandeln von Spannungsniveaus zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle.
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Ferner umfasst der Adapter eine erste elektromechanische Kommunikationsschnittstelle, die mit dem Energiespeicher elektromechanisch verbindbar ist sowie eine zweite elektromechanische Kommunikationsschnittstelle, die mit einer Steuereinheit elektromechanisch verbindbar ist; die erste elektromechanische Kommunikationsschnittstelle und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle können beispielsweise jeweils einen Anschluss für einen Kommunikationsbus wie zum Beispiel für einen CAN-Bus, Lin-Bus, Flex Ray oder MOST, aufweisen. Bei der Steuereinheit kann es sich insbesondere um einen Leitrechner handeln. Erfindungsgemäß umfasst der Adapter eine mit der ersten Kommunikationsschnittstelle und der zweiten Kommunikationsschnittstelle elektrisch verbundene elektrische und/oder elektronische Schaltung zum Umsetzen von Signalen zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle. Eine elektrische Schaltung kann beispielweise dadurch charakterisiert werden, dass sie einen elektrischen Strom leitet. Eine elektronische Schaltung kann sich beispielsweise dadurch auszeichnen, dass sie eine Steuereinheit und/oder eine Regeleinheit umfasst.
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Vorteile der Erfindung
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Ein derartiger Adapter hat den Vorteil, dass mit ihm auf flexible Weise ein Energiespeicher in ein Energiespeichersystem integrierbar ist. Hierzu kann vorzugsweise jeweils ein Adapter zwischen einem Energiespeicher und einem gemeinsam genutzten Energiebus geschaltet sein.
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Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Adapters hat beispielsweise den Vorteil, dass je nach Bedarf einer Energie und/oder in Abhängigkeit eines Zustands eines an den Adapter angeschlossenen Energiespeichers dieser Energiespeicher zugeschaltet oder vom Energiebus getrennt werden kann.
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Weiter erlaubt ein Adapter die Kombination von Energiespeichern unterschiedlicher Bauart zu einem gemeinsamen Energiespeichersystem. So können beispielsweise die Spannungsniveaus des an den Adapter angeschlossenen Energiespeichers und des an den Adapter angeschlossenen Energiebusses aufeinander abgestimmt werden. Weiter können Energiespeicher kombiniert werden, welche ein unterschiedliches Kommunikationsprotokoll verwenden.
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Die Kombination unterschiedlicher Energiespeicher kann nützlich sein, da eine große Anzahl von Energiespeichern existieren, welche beispielsweise unterschiedliche Leistungsparameter oder/oder verschiedene Kommunikationsprotokolle verwenden.
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Interessant könnte in Zukunft insbesondere werden, dass infolge der wachsenden Elektromobilität eine große Anzahl von Energiespeichern verfügbar werden, welche nach einer ersten Verwendung zwar möglicherweise nicht mehr eine für den Antrieb von Elektrofahrzeugen ausreichende Leistungsfähigkeit besitzen, jedoch noch weiter als Zwischenspeicher beispielsweise in Windparks oder Photovoltaikanlagen Verwendung finden können. Derartige Energiespeicher können mithilfe der vorliegenden Erfindung einer erneuten Verwendung zugeführt werden. Dies spart Kosten und schont zugleich die Umwelt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der elektromechanische Adapter eine Signalleitung zwischen der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung und dem Gleichspannungswandler zum Steuern des Gleichspannungswandlers mittels der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung umfasst. Dadurch kann insbesondere erreicht werden, dass die von dem Gleichspannungswandler erzielte Spannungsübersetzung änderbar ist. Derartige Ausgestaltungen können den Vorteil haben, dass mit ihnen eine Anpassung der Spannung eines Energiespeichersystems an einen Referenzspannungswert ermöglicht wird und/oder dass Batterien unterschiedlicher Ausgangsspannungen in das Energiespeichersystem integrierbar sind, insbesondere indem die unterschiedlichen Ausgangsspannungen an den für alle Batterien gleichen Referenzspannungswert umgewandelt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der elektromechanische Adapter einen mit der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung kabelgebundenen und/oder kabellos verbundenen Temperatursensor zum Erfassen einer Umgebungstemperatur des elektromechanischen Adapters aufweist. Hierbei kann die Umgebungstemperatur beispielsweise von einer Temperatur des Energiespeichers und/oder einer Zelle des Energiespeichers ausgehen oder abgebildet sein. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der elektromechanische Adapter einen mit der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung kabelgebundenen und/oder kabellos verbundenen Gassensor zum Messen einer Umgebungsgaskonzentration des elektromechanischen Adapters umfasst. Bei dem Gas kann es sich insbesondere um ein Abgas des Energiespeichers handeln. Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektromechanische Adapter einen mit der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung kabelgebundenen und/oder kabellos verbundenen Feuchtesensor zum Messen einer Umgebungsluftfeuchtigkeit des elektromechanischen Adapters aufweist. Die hier beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Adapters können beispielsweise den Vorteil haben, dass bei Überschreiten einer Maximaltemperatur und/oder einer Maximalgaskonzentration und/oder einer Maximalluftfeuchtigkeit der Energiespeicher abschaltbar ist, beispielsweise indem von der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung ein Abschaltsignal generiert oder weitergeleitet wird, welches vorzugsweise über die erste elektromechanische Kommunikationsschnittstelle und/oder über die bereits oben genannte Signalleitung übermittelt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Schnittstelle eine große Stromtragfähigkeit aufweisen. Dies kann vorteilhaft sein, da hierdurch ein angeschlossener Energiespeicher besonders leistungsfähig einsetzbar ist. Die Stromtragfähigkeit kann beispielsweise mindestens den Wert haben, welcher dem maximalen Lade- und/oder Entladestromwert des Energiespeichers entspricht. Diese Werte können beispielsweise den Werten einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines E-Autos, entsprechen und können beispielsweise zwischen 100A und 1.000A liegen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Schnittstelle einen Anschluss für eine Spannung umfassen, welche von einer derartige Traktionsbatterie erzeugt wird, beispielsweise ein 48V-Anschluss oder ein Anschluss für einen Spannungswert, der vorzugsweise zwischen 48 Volt und 1.500 Volt liegt.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass zwischen der ersten und der zweiten Schnittstelle Mittel zum galvanischen Trennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler und dem vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher und/oder dem Energiebus vorgesehen sind. Dies kann beispielsweise den Vorteil haben, dass der Energiespeicher abschaltbar ist, wenn er nicht benötigt wird und/oder defekt ist. Als Mittel zum galvanischen Trennen kommt beispielsweise ein Schalter in Betracht. Als Mittel zum galvanischen Trennen können auch oder stattdessen passive oder aktive Sicherheitsbauteile wie beispielsweise Schmelzsicherungen oder pyrotechnische Trenneinrichtungen dienen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass eine Stromversorgung der elektrischen und/oder elektronischen Schaltung mittels einer Niederspannung durch die erste und/oder zweite Kommunikationsschnittstelle und/oder durch den Gleichspannungswandler erfolgt. Hierdurch kann die Betriebsfähigkeit des Adapters erleichtert werden. Die Niederspannung kann beispielsweise 12V betragen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass die erste elektromechanische Kommunikationsschnittstelle einen Ausgang für eine Netzleitung niedriger Spannung, beispielsweise einer Spannung von 12V, aufweist. Dies kann vorteilhaft sein, da über diese Netzleitung ein analoges Spannungssignal übermittelbar ist, insbesondere welches von einem oder dem angeschlossenen Energiespeicher interpretierbar ist. Beispielsweise kann über dieses Spannungssignal ein Abschalten des Energiespeichers auslösbar sein.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass Mittel zur Anzeige eines Zustands und/oder eines Alarms vorgesehen sind. Als Mittel können beispielsweise Warnleuchten, Statusleuchten oder akustische Signale verwendet werden.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die bereits oben genannte elektrische und/oder elektronische Schaltung ferner eingerichtet ist, eine Umwandlung zwischen einem ersten Kommunikationsprotokoll und einem zweiten Kommunikationsprotokoll zu bewirken. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die mit der Schaltung umgesetzten Signale unterschiedlich kodiert sind, beispielsweise unter Verwendung verschiedener Kommunikationsprotokolle und/oder unter Verwendung sich voneinander unterscheidender Nachrichtenkodierkonventionen. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Schaltung zusätzlich eingerichtet ist, eine Umwandlung zwischen dem ersten Kommunikationsprotokoll und einem dritten Kommunikationsprotokoll zu bewirken, wobei sich das zweite und das dritte Kommunikationsprotokoll voneinander unterscheiden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Kodierung mit einer dritten Nachrichtenkodierkonvention erfolgen. Die Möglichkeit von mehr als zwei unterschiedlichen Kodierungen kann den Vorteil haben, dass der Adapter in der Lage ist, eine zentralisierte Kommunikation mit unterschiedlich kommunizierenden Energiespeichern zu bewirken. Hierfür kann vorgesehen sein, dass die Schaltung eine Übersetzungseinheit aufweist. Die Übersetzungseinheit umfasst vorzugsweise einen Speicher sowie ein Programm, mit dem die Kommunikationsprotokolle ineinander übersetzbar sind. Besonders vorteilhaft kann sein, wenn die Schaltung ferner eine Auswahleinheit aufweist, mit der die ineinander zu übersetzenden Kommunikationsprotokolle auswählbar sind. Die erforderliche Auswahl kann beispielsweise in einem Speicher der Schaltung änderbar hinterlegt sein, oder mittels eines entsprechenden, beispielsweise von einer Steuereinheit oder einer Batterie generierten Signals über die erste Kommunikationsschnittstelle oder über die zweite Kommunikationsschnittstelle unmittelbar oder zur elektronischen Verarbeitung bezogen werden. Dies dient insbesondere der oben beschriebenen Übersetzungsfunktionalität.
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Die Erfindung schlägt ferner vor, ein Energiespeichersystem mit einer Mehrzahl von vorzugsweise elektrochemischen Energiespeichern einzuführen, wobei zumindest ein Teil der Energiespeicher elektromechanisch mit jeweils einem elektromechanischen Adapter verbunden ist, wobei der jeweilige Adapter wie oben beschrieben erfindungsgemäß ausgebildet ist. Unter einer Mehrzahl soll an dieser Stelle beispielsweise zwei, vorzugsweise drei oder auch mehr als drei verstanden sein. Die Adapter sind jeweils mit einem Energiebus über eine zweite elektromechanische Schnittstelle des Adapters elektrisch verbunden. Außerdem ist vorgesehen, dass das Energiespeichersystem eine mit den Adaptern mittels eines Bussystems über eine zweite elektromechanische Kommunikationsschnittstelle des jeweiligen Adapters verbundene Steuereinheit zum Steuern einer Energieübertragung zwischen den Energiespeichern und dem Energiebus aufweist. Ein solches Energiespeichersystem kann vorteilhaft sein, da es auf flexible Weise eine Integration insbesondere auch unterschiedlicher Energiespeicher in das Energiespeichersystem ermöglicht.
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Bei einer Ausgestaltung des Energiespeichersystems kann vorgesehen sein, dass die vorzugsweise elektrochemischen Energiespeicher jeweils mindestens eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel- und/oder Lithium-Luft-Batteriezelle und/oder eine Batteriezelle mit einem Festkörperelektrolyt, umfassen. Derartig ausgebildete Energiespeicher eignen sich besonders gut zur Zwischenspeicherung von Energie.
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Die Erfindung schlägt ferner ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs vor. Das Verfahren hat das Betreiben eines wie oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Energiespeichersystems zum Inhalt. Ein solches Verfahren ist vorteilhaft, da es eine effiziente Energiebereitstellung ermöglicht, insbesondere auch unter Verwendung bauverschiedener Energiespeicher. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Anspruch 12 beschrieben. Diese Ausgestaltung verbessert die praktische Anwendbarkeit des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Energiebereitstellung.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein Format von Signalen, die mittels der ersten Kommunikationsschnittstelle bzw. zweiten Kommunikationsschnittstelle empfangen werden vor einem Senden mittels der zweiten Kommunikationsschnittstelle bzw. ersten Kommunikationsschnittstelle an die Steuereinheit bzw. an ein Batteriemanagementsystem des Energiespeichers durch die elektrische und/oder elektronische Schaltung umgesetzt wird. Die Umsetzung kann insbesondere erfolgen indem das Format von Signalen in ein anderes Format von Signalen übersetzt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem ein mit einem ersten CAN-Protokoll kodiertes Signal in ein Signal übersetzt wird, welches mit einem zweiten CAN-Protokoll kodiert ist, wobei sich das zweite CAN-Protokoll vom ersten CAN-Protokoll unterscheidet.
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Zur Verbesserung der Funktionstüchtigkeit des Energiespeichersystems kann bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass ein momentaner Zustand des jeweiligen Energiespeichers, beispielsweise der in Anspruch 11 genannte momentane Zustand, mit einem Sollzustand und/oder einem Grenzzustand abgeglichen wird. Der Grenzzustand kann beispielsweise dadurch charakterisiert werden, dass er eine Grenze eines Toleranzbereichs für den momentanen Zustand definiert. Der Abgleich kann in dem betreffenden Adapter erfolgen oder alternativ oder zumindest teilweise in der Steuereinheit. Beispielsweise kann eine Temperatur des Energiespeichers mit einer Maximaltemperatur verglichen werden. Es kann vorgesehen sein, dass für den Fall einer Abweichung des momentanen Zustands von dem Sollzustand und/oder einer Über- oder Unterschreitung des Grenzzustands von dem betreffenden Adapter ein Steuersignal generiert und an den Energiespeicher gesendet wird. Alternativ kann auch in einem solchen Fall von dem Adapter eine Steueranfrage generiert werden und an die Steuereinheit übermittelt werden. Bei dem Steuersignal kann es sich insbesondere um ein Abschaltsignal oder um ein Strombegrenzungssignal handeln. Beispielsweise kann das Strombegrenzungssignal erzeugt werden, wenn die Temperatur des Energiespeichers die Maximaltemperatur überschreitet. Vorzugsweise wird hierbei an den betreffenden Energiespeicher zusätzlich ein simuliertes Kühlsignal übermittelt. Die Übermittlung eines simulierten Kühlsignals kann besonders vorteilhaft sein, da hierdurch auf eine Kühlung des Energiespeichers verzichtet werden kann, selbst wenn der Energiespeicher mit einem Kühlsystem ausgestattet ist. Durch die Möglichkeit der Strombegrenzung wird eine übermäßige Erwärmung des Energiespeichers nämlich effektiv verhindert.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombination der Merkmale einzelner oder mehrerer Schutzansprüche untereinander und/oder mit einzelnen oder mehreren Merkmalen der unten beschriebenen Ausführungsbeispiele.
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Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Adapters;
- 2 einen Ausschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems; und
- 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Energiespeichersystems.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Elemente auch bei abweichender Gestaltung oder Formgebung regelmäßig übereinstimmende Bezugszahlen.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Adapters 1. Der erfindungsgemäße Adapter 1 ist insbesondere in einem erfindungsgemäßen Energiespeichersystem 14 integrierbar. Ein Ausschnitt eines solchen Energiespeichersystems 14 ist in 2 gezeigt.
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Der in 1 dargestellte elektromechanische Adapter 1 hat eine erste elektromechanische Schnittstelle 2. Diese erste Schnittstelle 2 umfasst einen elektromechanischen Anschluss für ein Stromkabel 18, an dessen abseitigen Ende eine Batterie 17, 17' anschließbar ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der elektromechanische Anschluss auch zum direkten Anschließen der Batterie 17, 17' ausgebildet sein. Hierzu kann beispielsweise eine Steckverbindung Verwendung finden. In dem hier beschrieben Ausführungsbeispiel ist die erste Schnittstelle 2 über eine zweiadrige elektrische Leitung 19 eingangsseitig mit einem Gleichspannungswandler 6 verbunden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die elektrische Leitung 19 auch mehr als zwei Adern aufweisen. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungswandler 6 über eine weitere zweiadrige elektrische Leitung 20 mit einer zweiten elektromechanischen Schnittstelle 4 elektrisch verbunden. Die zweite Schnittstelle 4 weist einen Anschluss für ein weiteres Stromkabel 21 mit Plus- und Minus-Leiter auf, wobei das weitere Stromkabel 21 an den Energiebus 5 anschließbar ist. Hierdurch ist ein Stromfluss und somit eine Energieübertragung zwischen den beiden Schnittstellen 2 und 4 herstellbar, wobei mit dem Gleichspannungswandler 6 ein an der ersten Schnittstelle 2 anliegender Spannungswert in einen umgewandelten Spannungswert umgewandelt wird, so dass der umgewandelte Spannungswert an der Schnittstelle 4 anliegt. Ebenso kann eine Umwandlung des an der Schnittstelle 4 anliegenden Spannungswerts in einen weiteren umgewandelten Spannungswert erfolgen, so dass dieser weitere umgewandelte Spannungswert an der Schnittstelle 2 anliegt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Anschluss der zweiten Schnittstelle 4 auch zum direkten Verbinden mit dem Energiebus 5 ausgebildet sein.
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Der Adapter 1 umfasst weiter eine erste elektromechanische Kommunikationsschnittstelle 7, welche mit einer Batterie 17, 17' elektrisch über einen CAN-Bus 22 sowie über eine zweiadrige 12V-Leitung 23 verbindbar ist. Hierfür weist die erste Kommunikationsschnittstelle einen CAN-Anschluss 24 sowie einen 12V-Anschluss 25 auf. Der Adapter 1 hat zusätzlich eine zweite elektromechanische Kommunikationsschnittstelle 8, welche ebenfalls einen nicht explizit in 1 abgebildeten Anschluss für einen CAN-Bus aufweist. Eine elektronische Schaltung 10 ist mit der ersten Kommunikationsschnittstelle 7 über eine Kommunikationsleitung 26 elektrisch verbunden sowie mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle 8 über eine weitere Kommunikationsleitung 27. Die elektronische Schaltung 10 hat einen Mikroprozessor, welcher seine benötigte Energie über die Kommunikationsschnittstelle 8 und die weitere Kommunikationsleitung 27 bezieht. Zur Stromversorgung wird eine Niederspannung im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel in Höhe von 12V benötigt.
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Die Schaltung 10 ist über eine Signalleitung 11 mit dem Gleichspannungswandler 6 elektrisch verbunden. Über diese Signalleitung 11 kann die Schaltung 10 den Gleichspannungswandler 6 steuern. Beispielsweise kann die Schaltung 10 einen Referenzspannungswert vorgeben, der von dem Gleichspannungswandler 6 ausgangsseitig eingestellt wird. Der Referenzspannungswert kann je nach konkreter Ausgestaltung des Adapter 1 beispielsweise in einem Speicher der Schaltung 10 hinterlegt sein, über die zweite Kommunikationsschnittstelle 8 empfangen werden oder durch Messen einer elektrischen Spannung eines mit dem Adapter 1 verbundenen Energiebusses 5 ermittelt werden.
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Der Adapter 1 umfasst ferner einen Temperatursensor 12, mit dem eine Umgebungstemperatur des Adapters 1 messbar ist. Der Temperatursensor 12 kann insbesondere eingesetzt werden, um eine Temperatur einer an den Adapter 1 angeschlossenen Batterie 17, 17' zu messen. Hierzu kann der Temperatursensor 12 mit einem Temperaturfühler ausgestattet sein, der in eine unmittelbare Nähe der Batterie 17, 17' herangeführt werden kann oder sogar in die Batterie 17, 17' eingeführt werden kann. Bei Überschreiten einer einstellbaren Maximaltemperatur wird ein Schalter betätigt, welcher den Stromfluss zwischen der ersten Schnittstelle 2 und dem Gleichspannungswandler 6 unterbricht. Durch die Unterbrechung des Stromflusses ist verhinderbar, dass eine angeschlossene Batterie 17, 17' während einer Ladung und/oder einer Entladung weiter Wärme produziert. Bei der Ladung und/oder Entladung können Wärmeverluste insbesondere infolge des Batterieinnenwiderstands entstehen oder auch durch exotherme Reaktionen innerhalb der Batterie 17, 17'. Durch die Unterbrechung des Stromflusses kann eine Brandgefahr unterbunden werden. Bei dem Schalter handelt es sich somit um ein Mittel zum galvanischen Trennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Gleichspannungswandler 6 und dem elektrochemischen Energiespeicher 3, 3'.
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Die Schaltung 10 ist ferner eingerichtet, eine Umwandlung zwischen einem ersten Kommunikationsprotokoll und einem zweiten Kommunikationsprotokoll zu bewirken. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei beiden Kommunikationsprotokollen um sich voneinander unterscheidende CAN-Protokolle. In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die beiden Kommunikationsprotokolle identisch, die von der Schaltung 10 umgesetzten Signale sind allerdings dennoch auf jeweils unterschiedliche Weise kodiert. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist weiter die Schaltung 10 auch eingerichtet, eine Umwandlung zwischen dem ersten Kommunikationsprotokoll und einem dritten Kommunikationsprotokoll zu bewirken. Mit dem Adapter 1 ist somit eine zentralisierte Kommunikation mit unterschiedlich kommunizierenden Energiespeichern 3, 3' bewirkbar. Hierfür weist die Schaltung 10 eine Übersetzungseinheit auf. Die Schaltung 10 weist ferner eine Auswahleinheit aus, mit der die ineinander zu übersetzenden Kommunikationsprotokolle auswählbar sind.
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2 zeigt einen Ausschnitt eines Energiespeichersystems 14. Von der Vielzahl von Batterien 17, 17', aus denen das Energiespeichersystem 14 aufgebaut ist, zeigt 2 lediglich zwei jeweils einen Energiespeicher 3, 3' bildende Batterien 17, 17'. Die Batterien 17, 17' sind jeweils über einen Adapter 1 der in 1 gezeigten und zuvor beschriebenen Art an einen eine Stromleitung bildenden Energiebus 5 angeschlossen.
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In dem in 2 gezeigten Ausschnitt des Energiespeichersystems 14 unterscheiden sich die an den jeweiligen Adapter 1 angeschlossen Batterien 17, 17' zumindest insoweit voneinander, dass sie unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen und dass sie jeweils ein unterschiedliches CAN-Protokoll verwenden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel verwenden die Batterien 17, 17' das gleiche CAN-Protokoll, die zu übermittelnden Signale werden allerdings unterschiedlich kodiert. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung der Batterien 17, 17'jeweils mittels eines Batteriemanagementsystems 16, 16', welches über einen nicht explizit in 2 dargestellten CAN-Anschluss Steuersignale mit dem jeweiligen Adapter 1 austauschen kann. Die beiden abgebildeten Adapter 1 sind jeweils über ein Stromkabel 21 an den Energiebus 5 angeschlossen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können der Adapter 1 und der Energiebus 5 auch auf andere Weise elektrisch miteinander verbunden sein, beispielsweise im Wege einer direkten elektrischen Verbindung.
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Ferner sind die Adapter 1 jeweils über ein einen Industriebus bildendes Bussystem 15 mit der Steuereinheit 9 verbunden. Die Steuereinheit 9 steuert das Energiespeichersystem 14. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel gibt sie einen Spannungswert des Energiebusses 5 vor und leitet diesen Wert an die Adapter 1. Weiter ist die Steuereinheit 9 programmiert, bei Erfüllen einer bestimmten Bedingung eine oder mehrere geeignete Batterien 3, 3' abzuschalten. Die Erfüllung der Bedingung kann extern auslösbar sein oder auch durch Empfang eines die Bedingung erfüllenden Zustandssignals der abzuschaltenden Batterie 3, 3'. Das Zustandssignal kann von der Batterie 3, 3' erzeugt sein, möglicherweise von dem Adapter 1 verarbeitet worden sein oder auch aus einem von dem Adapter 1 ermittelten Messwert erhalten sein.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßer Verfahrensverlauf gezeigt, wobei das Verfahren mit dem oben beschriebenen Energiespeichersystem 14 ausführbar ist. In einem ersten Schritt 101 werden die Adapter 1 eingeschaltet, indem die Steuereinheit 9 über das Bussystem 15 ein Einschaltsignal an die Adapter 1 sendet. In einem nächsten Schritt 102 werden von dem Adapter 1 herstellerspezifische Eigenschaften der an den jeweiligen Adapter 1 angeschlossenen Energiespeicher 3, 3' ermittelt, indem eine entsprechende Information über die erste Kommunikationsschnittstelle 7 empfangen wird und von der Schaltung 10 verarbeitet wird. In einem nachfolgenden Schritt 103 werden zuvor ermittelte herstellerspezifische Eigenschaften an die Steuereinheit 9 übermittelt. In einem Prüfschritt 104 wird in der Steuereinheit 9 sodann ermittelt, ob ein Energieübertragungsbedarf zwischen den Energiespeichern 3, 3' und dem Energiebus 5 besteht. Die Prüfung erfolgt wiederholt, bis ein solcher Bedarf festgestellt ist. In 3 ist die möglicherweise zu wiederholende Prüfung durch den Rückpfeil 105 angedeutet. Der Bedarf kann von einem Verbraucher ausgehen oder auch von einem teilweise oder vollständig entladenen Energiespeicher.
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Ist ein Bedarf festgestellt, wird das Verfahren in den Schritt 106 übergeleitet, in dem von dem jeweiligen Adapter 1 die von der an den Adapter 1 angeschlossenen Batterie 17, 17' aufgebaute elektrische Spannung ermittelt wird. In einem nachfolgenden Schritt 107 wird ein Referenzspannungswert ermittelt, indem mit dem jeweiligen Adapter 1 eine Spannung des an den jeweiligen Adapter 1 angeschlossenen Energiebusses 5 gemessen wird. In einem sich anschließenden Schritt 108 wird von den Adaptern 1 jeweils ein momentaner Zustand der jeweiligen an den Adapter 1 angeschlossenen Batterie 17, 17' ermittelt. Zu den ermittelten Zustandsdaten zählen insbesondere ein Ladezustand sowie eine Temperatur der jeweils angeschlossenen Batterie 17, 17'. Die Temperatur wird ermittelt, indem diese mithilfe des Temperatursensors 12 gemessen wird. Dies kann beispielsweise wie bereits oben beschrieben erfolgen. In einer alternativen Ausführungsform kann der Wert aus dem Batteriemanagementsystem 16 der angeschlossenen Batterie 17,17' über den CAN-Bus 22 ausgelesen werden. Sodann wird in einem Schritt 109 der jeweils ermittelte momentane Zustand der Steuereinheit 9 mitgeteilt.
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Die Steuereinheit 9 wertet in einem nächsten Schritt 110 die an sie übermittelten momentanen Zustandswerte aus und wählt diejenigen Energiespeicher 3, 3' aus, welche für eine Energieübertragung an den Energiebus 5 zugeschaltet werden sollen. Für jeden Energiespeicher 3, 3', welcher nicht zugeschaltet werden soll, erfolgt eine sich regelmäßig wiederholende Auswertung des momentanen Zustands und eine erneute Auswahlentscheidung, angedeutet durch den Pfeil 111.
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Bezüglich jedes Energiespeichers 3, 3', der zugeschaltet werden soll, wird das Verfahren in den Schritt 112 übergeleitet. In Schritt 112 wird dem jeweiligen Adapter 1 ein Steuersignal von der Steuereinheit 9 übermittelt, welches eine Zuschaltung der an den jeweiligen Adapter 1 angeschlossenen Batterie 17, 17' zulässt. Hierzu wird in einem nachfolgenden Schritt 113 unter Verarbeitung und/oder Weiterleitung des Steuersignals durch die Schaltung 10 des jeweiligen Adapters 1 dessen Gleichspannungswandler 6 angesteuert. Hierzu kann beispielsweise jeweils der Schalter geschlossen werden. Durch die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers 6 wird für den Fall einer Energieeinspeisung in den Energiebus 5 aus dem jeweiligen Energiespeicher 3, 3' der an der ersten Schnittstelle 2 des Adapter 1 anliegende Spannungswert in den Spannungswert umgewandelt, welcher der Netzspannung des Energiebusses 5 entspricht. Für den Fall des Ladens des jeweiligen Energiespeichers 3, 3' aus dem Energiebus 5 wird mithilfe des Gleichspannungswandlers 6 der an der Schnittstelle 4 anliegende Spannungswert in einen zur Ladung des jeweiligen Energiespeichers optimalen Ladespannungswert umgewandelt. Sodann wird in einem Schritt 114 Energie zwischen den ausgewählten Energiespeichern 3, 3' und dem Energiebus 5 übertragen, indem ein Strom zwischen dem Energiebus 5 und der betreffenden Batterie 17, 17' zu fließen beginnt. Dieser Stromfluss kann insbesondere zu einer Entladung oder zu einer Ladung des jeweiligen Energiespeichers 3, 3' führen.
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In einem weiteren Prüfschritt 115 wird der momentane Zustand jedes zugeschalteten Energiespeicher 3, 3' von der Steuereinheit 9 geprüft. Außerdem wird der Energieübertragungsbedarf geprüft. Soweit kein Bedarf mehr besteht, wird das Verfahren in Schritt 116 beendet. Hierzu wird insbesondere die Energieübertragung zwischen den Energiespeichern 3, 3' und dem Energiebus 5 beendet. Dies geschieht, indem der betreffenden Schalter geöffnet wird, insbesondere nachdem der DC/DC-Wandlers abgeschaltet werden die betreffenden Schalter lastfrei geöffnet, wodurch vorteilhafterweise ein Alterungsvorgang der Schalter reduziert wird. Hierdurch wird der zwischen dem Energiebus 5 und der betreffenden Batterie 17, 17' bestehende Stromfluss unterbrochen. Besteht weiterhin ein Bedarf für eine Energieübertragung, wird das Verfahren in Schritt 104 weitergeführt.
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Um eine Kommunikation zwischen den Batterien 17, 17' und der Steuereinheit 9 zu ermöglichen, erfolgt in dem jeweiligen Adapter 1 eine Übersetzung zwischen denjenigen Kommunikationssignalen, welche zwischen dem jeweiligen Adapter 1 und der an ihn angeschlossenen Batterie 17, 17' ausgetauscht werden, und denjenigen Kommunikationssignalen, welche zwischen der Steuereinheit 9 und dem jeweiligen Adapter 1 ausgetauscht werden. Hierzu erfolgt insbesondere eine Übersetzung zwischen dem von dem Bussystem 15 verwendeten ersten Kommunikationsprotokoll und dem von der Batterie 17 verwendeten zweiten Kommunikationsprotokoll sowie zwischen dem von dem Bussystem 15 verwendeten ersten Kommunikationsprotokoll und dem von der Batterie 17' verwendeten dritten Kommunikationsprotokoll. In einem alternativen Ausführungsbeispiel erfolgt die Übersetzung, indem zwar das Kommunikationsprotokoll gleich bleibt, die mit diesem Kommunikationsprotokoll kodierten Nachrichten jedoch gemäß einer jeweils unterschiedlichen Nachrichtenkodierkonvention kodiert werden.
