DK2532041T3 - Elektrisk energilager - Google Patents

Description

Teknisk område

Opfindelsen vedrører et elektrisk energilager med kontaktelektroder i det mindste til udtag afen elektrisk nyttespænding, flere energilagerceller, som er forbundet med kontaktelektroderne over en fælles forbindelsesenhed under mellemkobling af en kontrolenhed til påvirkning af i det mindste en afladningsproces af de enkelte energilagerceller.

Den kendte teknik På området elektromobil fremdrift inden for individuel trafik indtager modulære elektriske energilagre en central rolle, især da de er af væsentlig betydning for kommercialiseringen af elektriske køretøjer.

Elektriske energilagre, såkaldte sekundærbatterier, til elektriske køretøjer består typisk af en fast tilsluttet gruppe af enkelte energiceller, som er monteret i et hus til udtag af den elektriske nyttespænding, samt til genopladning med et batteristyringssystem og fortrinsvist med en ekstra køling. Alle komponenter er monteret fast med hinanden og udgør en såkaldt komplet, samlet batteripakke. Sådanne energilagersystemer, som er installeret fast i et køretøj, kræver flere timer til genopladning, f.eks. ved fuldstændig afladning, hvorved accepten af sådanne elektriske køretøjer adskiller sig væsentligt fra konventionelle køretøjer med forbrændingsmotorer, især da en typisk tankning kun tager få minutter. Hvis dette skal ændres til fordel for elektromobiliteten, er en væsentlig reducering af opladningsprocessen eller alternativt et hurtigt skift af energilageret i det mindste midlertidigt uundgåelig. I dag findes der forslag om at udforme energilageret til elektriske køretøjer som moduler og ved behov, dvs. ved afladet energilager, at udskifte det med et nyopladet energilager ved en skiftestation. En sådan udskiftningsproces kræver nogenlunde det samme tidsforbrug som tankning af et konventionelt drevet køretøj, dog kræver et sådant energiforsyningskoncept til elektriske køretøjer, som beror på udskiftning af modulært udformede energilagre, standardiserede energilagermoduler. Produktmangfoldigheden, som forventes på det konstant voksende marked for elektriske køretøjer, kan dog ikke forventes at leve op til dette krav, da netop energilagerteknologien får en teknologisk nøglerolle, som kan sammenlignes med den, som gælder for forbrændingsmotorer i dag. Det forventes dog, at materialerne og kvaliteten i fremtidens elektriske køretøjer i første omgang ikke vil blive bestemt af det elektromotoriske drev, men i første række af energilagerteknologien. Man må derfor gå ud fra, at energilagersystemerne fra forskellige producenter vil være forskellige, hvad kvalitet, effekt og effektivitet angår. Hvis det ovenfor beskrevne koncept, udskiftningen af modulopbyggede energilagre slår igennem på grund af den tidsmæssige fordel, så vil det ifølge de hidtidige overvejelser medføre et lager af opladede energilagermoduler fra forskellige producenter i skiftestationerne. Det ville dog kræve en logistik, som næppe kan realiseres og finansieres.

Elektriske energilagre, som er på markedet i dag, består af flere enkelte energiceller, f.eks. i form af litium-ion- og/eller litiumpolymerceller, som er koblet i serie eller parallelt i forhold til hinanden over en fælles forbindelsesenhed til forøgelse af effektkapaciteten, så der ved energilagerets kontaktelektroder kan udtages en elektrisk nyttespænding i størrelsesordenen på flere 100 V og en mærkestrøm i størrelsesordenen på flere 100 A. Man har kendskab til, at der kan optræde uønskede tilstande under opladning og afladning, når en energilagercelle eller nogle energilagerceller i en elektrisk gruppe med alle andre energilagerceller viser væsentlige egenskaber, som i høj grad afviger fra andre energilagercellers. Hvis f.eks. ladespændingen ved en unormal energilagercelle overstiger en anført maksimal spændingsgrænse, så kan en sådan overspændingstilstand væsentligt beskadige cellen og reducere cellens samt andre cellers levetid i den elektriske gruppe. Derfor foreskriver moderne elektriske energilagersystemer en kontrolenhed, som overvåger de enkelte energilagerceller, også betegnet batteristyringssystem, som overvåger de enkelte energilagercellers afladnings- og opladningsproces.

Af DE 10 2007 038 532 Al fremgår en akku- eller batteripakke af den her omhandlede type, som omfatter mange energilagerceller, som er forbundet elektrisk med hinanden, til hvilke der hver især er tildelt en overvågningskobling for at overvåge den enkelte energilagercelles funktion og for uafhængigt af dette at stille celleinformationer til rådighed, f.eks. i form af cellespænding, celletemperatur, indvendigt celletryk, indvendig cellemodstand og/eller fugtighed i cellen. Disse informationer overføres til en signalbearbejdningskobling over en koblingsanordning. Afhængigt af dannelsesformen kan signalbearbejdningskoblingen anvendes adskilt fra akku- eller batteripakken eller integreret i denne.

Af DE 44 08 740 Cl fremgår en koblingsanordning til kontrol af et flercellet batteri, som eksempelvis anvendes til udvikling af batterier for at optimere deres levetid, eller til enkel fjernaflæsning af kvalitetstilstanden for store batterianlæg, f.eks. i forbindelse med nødstrømsaggregater, som det fremgår af DE 37 02 591 A citeret i førnævnte publikation. Den velkendte koblingsanordning foreskriver flere seriekoblede battericeller, hvor hver enkelt battericelle over måleledninger er forbundet med en bearbejdningskobling. Hver af bearbejdningskoblingerne er over et koblingsled forbundet med en ekstern strømforsyning til deres drift. Derudover er hver bearbejdningskobling forbundet med en ekstern kontrol- og styreenhed over yderligere koblingsled.

Fra WO 2010/007681 Al kendes et batterilagersystem med enkelte elektriske energilagerceller, som hver især har en lagerenhed, en ladetilstandsmåling og en kontrolenhed. Alle energilagerceller er forbundet i serie med en batteristyringsenhed, over hvilken ensemblets samlede ladetilstand kan hentes frem.

Af US 2008/0274400 Al fremgår et battericelleensemble, som omfatter enkelte intelligent opbyggede energilagerceller, som over forbindelsesledninger er forbundet med et fælles kommunikationsknudepunkt, som igen er forbundet med en kontrolenhed.

Beskrivelse af opfindelsen

Til grund for opfindelsen ligger opgaven at videreudvikle et elektrisk energilager med kontaktelektroder i det mindste til udtag afen elektrisk nyttespænding, flere energilagerceller, som er forbundet med kontaktelektroderne over en fælles forbindelsesenhed under mellemkobling afen kontrolenhed til påvirkning af i det mindste en afladningsproces af de enkelte energilagerceller, hvor der i hver energilagercelle i det mindste er integreret et læse- og skriveegnet datalager samt kontrolenheden, hvor der i hver energilagercelle er integreret en enhed, som registrerer energilagercellens aktuelle ladetilstand dynamisk, som omfatter en mikrocontroller samt en cellespændingsmålesensor og dynamisk opretter ladetilstandsinformationer fra energilagercellen og overfører disse til det læse- og skriveegnet datalager til oprettelse og lagring afen ladetilstandshistorik, hvor kontrolenhederne for alle energilagerceller er forbundet med hinanden over forbindelsesenheden og danner et netværk, over hvilket informationer kan udveksles mellem de enkelte kontrolenheder med det formål i det mindste at påvirke afladningsprocessen, og hvor hver energilagercelle råder over elektriske tilslutningskontakter, som løsbart kan forbindes med forbindelsesenheden, på en sådan måde, at en individuel håndtering af de enkelte energilagerceller især bliver mulig for cellernes opladningsproces, så udskiftningen af energilagercellerne i et elektrisk energilager forenkles samt også forkortes tidsmæssigt. Der skal især træffes foranstaltninger, hvorved et energilagers værdibestemmende komponenter bibeholdes på trods af, at energilagercellerne i energilageret udskiftes. Således skal ikke mindst accepten af batteriudskiftningssystemer, især inden for sektoren elektriske køretøjer, forbedres. Løsningen af opgaven, som ligger til grund for opfindelsen, er anført i krav 1. Kendetegn, som med fordel videreudvikler løsningstanken, er omfattet af underkravene samt den yderligere beskrivelse, især med reference til et udførelseseksempel ifølge fig. 4. I henhold til løsningen er et elektrisk energilager med kontaktelektroder i det mindste til udtag afen elektrisk nyttespænding, flere energilagerceller, som er forbundet med kontaktelektroderne over en fælles forbindelsesenhed under mellemkobling afen kontrolenhed til påvirkning af i det mindste en afladningsproces af de enkelte energilagerceller, hvor der i hver energilagercelle i det mindste er integreret et læse- og skriveegnet datalager samt kontrolenheden, hvor der i hver energilagercelle er integreret en enhed, som registrerer energilagercellens aktuelle ladetilstand dynamisk, som omfatter en mikrocontroller samt en cellespændingsmålesensor og dynamisk opretter ladetilstandsinformationer fra energilagercellen og overfører disse til det læse- og skriveegnet datalager til oprettelse og lagring afen ladetilstandshistorik, hvor kontrolenhederne for alle energilagerceller er forbundet med hinanden over forbindelsesenheden og danner et netværk, over hvilket informationer kan udveksles mellem de enkelte kontrolenheder med det formål i det mindste at påvirke afladningsprocessen, og hvor hver energilagercelle har elektriske tilslutningskontakter, som løsbart kan forbindes med forbindelsesenheden, udviklet på en sådan måde, at forbindelsesenheden har koblingselementer, som kan styres aktivt af kontrolenheder, som muliggør til- eller frakobling af enkelte energilagerceller i det mindste til afladningsprocessen. Hver enkelt energilagercelle udgør dermed en enhed, som ikke kan adskilles fra datalageret, hvor det ikke er af betydning for energilagercellens tekniske funktionalitet, om datalageret kan ses overfladisk, er anbragt på energilagercellen eller er monteret som integreret komponent inden i energilagercellen. De elektriske tilslutningskontakter for hver enkelt energilagercelle har fortrinsvist et standardiseret, fejltilslutningssikkert layout, som formår at udelukke en fejlagtig kontaktering, især i tilfælde, hvor de enkelte energilagerceller manipuleres automatisk med f.eks. en håndteringsrobot. Derved råder kontakteringssystemet, som bruges til effektoverførsel og til kommunikation, over en høj robusthed og er konstrueret til høje stikcyklusser. Alternativt til den adskilte udformning af den løsbare grænseflade, som er foreskrevet til dataudveksling, og de elektriske tilslutningskontakter fra energilagercellernes side er det ved at anvende egnede modulationsteknikker muligt at realisere dataudvekslingen og nytteenergiudvekslingen over fælles brugbare elektriske kontaktsteder. Energilagerceller udformet på denne måde råder dermed kun over to elektriske kontaktsteder, som svarer til energilagercellernes to elektriske poler, over hvilke både nyttespændingen og datalagerindhold kan udtages. Dette bidrager til en omkostningsreducering samt til en forbedring af energilagercellens robusthed, som ved modulær håndtering under en nødvendig udskiftning fra energilagergruppen højst sandsynligt møder mekaniske belastninger.

Fra energilagercellens læse- og skriveegnede datalager kan de dynamisk registrerede ladetilstandsinformationer til hver en tid udlæses i form af en ladetilstandshistorik. Begrebet "ladetilstandshistorik" betegner en energilagercelles tidsmæssige forløb af afladnings- og opladningscyklusser og omfatter dermed informationer om energilagercellens hidtidige anvendelse, eksempelvis tilbageliggende opladnings- og afladningscyklusser.

Derudover er der informationer på datalageret, som er individuelle for den enkelte energilagercelle, som f.eks. celletype, cellenavn, fremstillingsdato, producent osv. Ved hjælp af samtlige informationer, som er lagret decentralt på hver enkelt energilagercelle, er en pålidelig analyse eller vurdering af hver enkelt energilagercelle mulig med henblik på dens aktuelle ladetilstand, dens generelle tilstands beskaffenhed samt den forventede restlevetid. Ved at anvende informationerne, som er registreret og kan udlæses fra det pågældende datalager, kan den enkelte energilagercelle styres optimalt og individuelt ved hjælp af den i det elektriske energilager planlagte kontrolenhed med både en kontrolleret afladning og genopladning for øje.

Hvis f.eks. tilfældet opstår, at en energilagercelle i et elektrisk energilager med hensyn til dens ladekapacitet afviger fra ladekapaciteterne for alle de øvrige energilagerceller, som findes i energilageret, så kan der ved en kontrolleret afladning tilsvarende tages højde for dette ved hjælp af kontrolenheden, eksempelvis gennem en underafladning af den pågældende energilagercelle, eller der træffes andre foranstaltninger. I en foretrukket udførelsesform for et elektrisk energilager er flere sensorer integreret i de enkelte energilagerceller, som overvåger den enkelte energilagercelles aktuelle tilstand og tilsvarende registrerer dens sensorsignaler i datalageret. Til dette egner sig således især en temperatursensor, som er integreret indvendigt i energilagercellen, hvormed det er muligt at registrere energicellens indvendige temperatur dynamisk. Herved kan overophedningsforekomster registreres uden forsinkelse i energilagercellen, som kan tilbagevises rettidigt med egnede kontrolforanstaltninger, eksempelvis gennem planlægning og aktivering afen køling, som er planlagt indvendigt i det elektriske energilager. Alternativt eller kombineret med temperatursensoren bruges en udvidelsessensor, som er integreret ved eller i energilagercellen, til dynamisk registrering aftrykket indvendigt i energicellen, hvorved cellefejlfunktioner allerede kan registreres tidligt. Således medfører f.eks. en celleintern gasdannelse eller væskeudledning en væsentlig ændring af cellens indvendige tryk.

Mikrocontrolleren, som foruden førnævnte læse- og skriveegnede datalager er integreret i energilagercellen, gemmer samtlige registrerede sensordata og informationer på datalageret på en tidsmæssigt ordnet måde. Mikrocontrolleren kan også vurdere samtlige sensorisk registrerede data og informationer efter teknisk relevans og til sidst lagre dem i filtreret og/eller komprimeret form, så kun de relevante informationer for ladetilstanden bevares, som er nødvendige for en pålidelig vurdering af den aktuelle ladetilstand. På den måde kan der spares omkostnings- og energiintensiv lagerplads.

Foruden informationerne, som beskriver ladetilstanden, som i sidste ende fås af den kronologiske registrering af cellespændingsværdierne foren energilagercelle, og som beskriver den aktuelle ladekapacitet, kan de ved en energilagercelle sensorisk registrerede informationer som cellespænding, temperatur og indvendigt tryk bruges til en videregående vurdering af energilagercellen, nemlig til bestemmelse af energilagercellens ældningstilstand. En energilagercelles ældningstilstand kvantificerer ladekapaciteten, som degraderes med energilagercellens tiltagende alder, og muliggør i det mindste en vurdering af den teknisk anvendelige resterende levetid, dvs. antallet af teknisk stadig brugbare opladnings- og afladningscyklusser. Med kendskab til de mange i energilageret anvendte energilagercellers ældningstilstand, kan eksempelvis en logistisk værdifuld information afledes med henblik på, hvor mange nye energilagerceller der er nødvendige, for ved behov at bruge dem i stedet for "opbrugte" energilagerceller.

De førnævnte udførelsesformer muliggør hver især en decentral, cellebaseret datahåndtering i et datalager, som er integreret i en energilagercelle, hvorved en individuel udskiftning af alle eller enkelte energilagerceller bliver mulig fra et elektrisk energilager.

Energilageret forudser således en udformning af flere "intelligente" energilagerceller, som er forbundet med hinanden til en netgruppe over forbindelsesenheden, hvor der i energilagercellerne decentralt er planlagt en kontrolenhed. Således udformede energilagerceller, hvor i det mindste et læse- og skriveegnet datalager samt en kontrolenhed, fortrinsvist i form af en mikrocontroller, er integreret, muliggør opbygning af energilagersystemer, som kan udvides stort set vilkårligt, hvori de enkelte energilagerceller, som er forbundet med hinanden i netværksgruppen, kan udveksle data med hinanden og dermed kan påvirke afladnings- eller opladningsprocessen adaptivt, dvs. afhængigt af tilfældet af ladetilstanden for hver enkelt energilagercelle. "Forbindelsesenheden er forsynet med koblingselementer, som kan styres aktivt af kontrolenheden eller kontrolenhederne, eksempelvis i form af fysiske, elektroniske eller induktive kontakter eller til-/frakoblingselementer, som muliggør til- eller frakobling af de enkelte energilagerceller i det mindste for afladningsprocessen.

Derudover antages eksempelvis, at et løsningsmæssigt udformet elektrisk energilager er anbragt i et køretøjsspecifikt, crash-sikkert udformet hus og bruges til elektrisk energiforsyning til et elektrisk køretøj. Ved en nødvendig udskiftning af et elektrisk energilager fjernes det elektriske energilager, som skal oplades på ny, fra køretøjet. Et opladet energilager, som allerede ligger på lager i skiftestationen, monteres i køretøjet, så køretøjet kan forlade skiftestationen inden for få minutter. Fra energilageret, som er fjernet fra køretøjet, fjernes de tomme energilagerceller, fortrinsvist automatiseret ved hjælp af en robot, og udskiftes med allerede fuldt opladede energilagerceller, som indføjes i de pågældende kontaktpladser. De tømte energilagerceller gennemgår en test og en efterfølgende ladeproces, hvor ladeprocessen foretages cellespecifik under hensyntagen til energilagercelleinformationerne, som fremgår af det pågældende datalager.

Opladning af energilagercellerne skal dog ikke kun finde sted gennem en ekstern ladestation, som forklaret ovenfor. Den kan også allerede under køretøjets igangværende drift målrettet tilføres enkelte dertil egnede energilagerceller i lagergruppen ved hjælp af returforsyning af optaget energi fra det mobile køretøj, f.eks. bremseenergi i drevenes generatordrift.

Kort beskrivelse af opfindelsen

Opfindelsen beskrives efterfølgende eksemplarisk uden begrænsning af den generelle opfindelsestanke ved hjælp af et udførelseseksempel ifølge fig. 4 under hensyntagen til tegningerne. Her viser:

Fig. 1 første enkle form for et elektrisk energilager,

Fig. 2 udvidet anden form af et elektrisk energilager,

Fig. 3 illustration af en ladeproces af tømte energilagerceller samt

Fig. 4 løsningsmæssig udførelsesform for et intelligent energilager.

Veje til udførelse af opfindelsen, industriel anvendelighed

Figur 1 viser i skematisk form et elektrisk energilager E, som er omgivet af et hus 1, som fortrinsvist køretøjsspecifikt er udformet til løsbar, fast implementering i et elektrisk køretøj. Ved den udvendige side af huset 1 er der til udtagning af en elektrisk nyttespænding U tilvejebragt to kontaktelektroder 2 samt en grænseflade 3, over hvilken informationer vedrørende energilageret kan overføres til en ekstern skiftestation (ikke vist). Dette behandles nærmere senere.

Huset 1 kan lukkes med et låg (ikke vist), figur 1 viser dog huset i åben tilstand. Indvendigt i huset 1 er der integreret fire energilagerceller 41 til 44 - de fire energilagerceller repræsenterer naturligvis et stort antal energilagerceller. Hver enkelt energilagercelle har tilslutningskontakter 5 til strømoverførsel, som løsbart er i elektrisk kontakt med en ligeledes i hus 1 planlagt forbindelsesenhed 6. Derudover har hver enkelt energilagercelle et datalager 7, som uløseligt er forbundet med energilagercellen. Datalageret 7 råder i det mindste over et dynamisk læse- og skriveegnet datalager 7', hvori ladetilstandsinformationer kan lagres dynamisk fra den pågældende energilagercelle. Til registrering af ladetilstanden er der i forbindelsesenheden 6, som er illustreret i figur 1, planlagt en til hver enkelt energilagercelle tildelt cellespændingsmåler 8, som er forbundet med datalageret 7, 7' over en grænseflade 9, og over hvilken ladetilstandsinformationerne overføres og lagres i det læse- og skriveegnede datalager 7'.

De enkelte energilagerceller 41 til 44 er over forbindelsesenheden 6 forbundet med en kontrolenhed, som bl.a. har en mikroprocessor 11, som eksempelvis sørger for gennemførelsen af den pr. energilagercelle planlagte cellespændingsmåling samt også for den dynamiske lagring af de pr. energilagercelle formidlede ladetilstandsinformationer i datalageret 7'. Derudover er der i huset 1 i området med energilagercellerne 41 til 44 flere sensorer S, som karakteriserer den enkelte energilagercelles aktuelle tilstand, i form af en temperatursensor samt også en udvidelsessensor, hvis sensorsignaler overføres over mikroprocessoren 11 til lagring i datalageret 7' sammen med ladetilstandsinformationerne. I forbindelse med en ligeledes i kontrolenheden 10 planlagt celleovervågningsenhed 12 finder den sensoriske samling afalle cellespecifikke tilstandsinformationer sted, dvs. ladetilstand, temperatur og udvidelse, som skal gennemgå en overvågning, så det kontrolleres, om de enkelte målte celleparametre hver især ligger i et forudbestemt toleranceområde. Hvis der optræder tilsvarende afvigelser, så drejer det sig om at træffe egnede modforholdsregler, idet eksempelvis afladningen ændres specifikt ved en tilsvarende energilagercelle eller ladeprocessen tilpasses tilsvarende til den aktuelle celletilstand. Herfor sørger en styreenhed 13, som i det mindste foretager afladningsprocessen for de enkelte energilagerceller afhængigt af kriterier forudbestemt af celleovervågningsenheden 12. Foruden det allerede nævnte læse-og skriveegnede datalager 7' råder datalageret 7 også over et statistisk, dvs. kun et læseegnet datalager 7", som i det mindste indeholder en information, som identificerer energilagercellen, som muliggør tilbagemeldinger om cellens type samt også dens placering i det elektriske energilager.

Energilagerets tekniske fordel består i, at hver eneste energilagercelle fuldkommen autonomt råder over samtlige informationer, som kræves til en individuel behandling eller anvendelse af energilagercellen inden for en afladnings- og ladningsproces. Ved hjælp af de i datalageret 7 gemte informationer er det for det første muligt at identificere energilagercellen og derudover ved hjælp af dens anvendelseshistorik med henblik på ladetilstand at kvalificere kvalitet og forventet levetid. Dette åbner op for muligheden for at fjerne hver enkelt energilagercelle fra det elektriske energilagers gruppe, eksempelvis ved hjælp af et automatiseret skiftesystem, og tilføre en genopladningsstation, som oplader energilagercellen igen meget cellespecifikt optimeret under hensyntagen til informationerne, som kan udlæses i datalageret.

Over den elektriske grænseflade 3, som er anbragt ved siden af kontaktelektroderne 2 i huset 1, kan samtlige informationer, som over mikroprocessoren 11 kan udlæses fra datalagerne 7 for hver enkelt energilager-celle 41 til 44, overføres i fællesskab til en ekstern bearbejdnings-enhed, eksempelvis til en skiftestation. Afhængigt af dette kan afladnings- og opladningsprocessen for hver enkelt energilagercelle udføres celle- og tidsoptimeret.

Figur 2 viser et udvidet eksempel på et elektrisk energilager, som ligeledes i et hus 1 er konstrueret med flere enkelte energilagerceller 41' til 44', som i modsætning til eksemplet i figur 1 derudover er konstrueret med en sensor S samt en mikrocontroller. Hver enkelt energilagercelle 41' til 44' udgør dermed en fuldstændig autonom energilagerenhed, som ved hjælp af en "onboard" sensor S formår at registrere den aktuelle cellespænding ved hjælp af en cellespændingsmåler, cellens indvendige temperatur ved hjælp af en temperaturføler samt cellens indvendige tryk ved hjælp afen udvidelsessensor, fortrinsvist i form af en forlængelsesmåler. Sensoren S styres over en mikrocontroller 14, som ligeledes er anbragt ved eller i huset 1 ved energilagercellen 41', 42', 43', 44', hvorved sensordataene, som genereres fra sensoren S, kan overføres og lagres i det læse- og skriveegnede datalager. I datalageret 7' findes der dermed informationer, som afspejler den aktuelle ladetilstand, de såkaldte vitaldata i form af temperatur og indvendigt tryk samt den deraf følgende cellehistorik. Derudover befinder informationerne, som identificerer den pågældende energilagercelle, sig i datalageret 7 i området med den statiske datalagerdel 7", disse informationer indeholder henvisninger om producent, fremstillingsdato, anvendelsesinformationer osv. På samme måde som i førnævnte eksempel i henhold til figur 1 råder energilagercellerne 41' til 44' over kontaktelektroder 5, som råder over et standardiseret fejltilslutningssikkert layout og ved hjælp af let og hurtig håndtering kan implementeres i det elektriske energilager eller fjernes fra dette. Det samme gælder også for kontakteringen af grænseflade 9 med den i energilageret planlagte forbindelsesenhed 6, som i modsætning til eksemplet i henhold til figur 1 nu ikke råder over separate cellespændingsmålere 8. På samme måde sørger en kontrolenhed 10 for en kontrolleret dataregistrering og - bearbejdning af informationerne, som kan udlæses fra datalagerne 7 for hver enkelt energilagercelle ved hjælp afen mikroprocessor 11, som kommunikerer med en overvågningsenhed 12', som igen er forbundet med en styreenhed 13, som i det mindste påvirker afladningen af de enkelte energilagerceller afhængigt af specifikke kriterier, som stilles til rådighed af bearbejdningsenheden 12'. I figur 3 er en ladestation 15 til opladning af energilagercellerne 41' til 44', som beskrives i figur 2. Allerede forklarede komponenter forsynes med allerede indførte referencetegn for at undgå gentagelser.

Fra energilagercellerne 41' til 44', som elektrisk forbundet med ladestationen 15 over forbindelsesenheden 6 skal oplades enkeltvist, udlæses samtlige informationer fra de pågældende datalagre 7 og bearbejdes i forbindelse med kontrolenheden 10', som findes i ladestationen 15. Dette sker ligeledes ved hjælp af en mikroprocessor 11 og en med denne forbundet overvågnings- og bearbejdningsenhed 12'. Afhængigt af den pågældende anvendelseshistorik samt en energilagercelles aktuelle ladetilstand skeren individuel læsning af denne hhv. kontrolleret og styret med en styreenhed 13, som er forbundet med ladestationens 15 ladeelektronik 16.

Gennem informationerne, som stilles til rådighed af hver enkelt energilagercelle 41', 42', 43', 44', og som både beskriver anvendelseshistorikken og opladningshistorikken samt den aktuelle tilstand, kan ladeprocessen gennemføres meget hurtigt og cellespecifikt, da tidsrøvende og komplicerede indmålingsprocesser for hver enkelt energilagercelle kan undgås. På den måde er det ligeledes muligt hurtigt at konstatere, om energilagerceller, der skal oplades, kan gennemgå en ladeproces mere, eller om de skal udskiftes på grund af konstaterede fejl eller ældningsbetingede degraderinger.

Gennem den decentraliserede, dvs. cellebaserede, datahåndtering kan de enkelte som standardmoduler udformede energilagerceller fjernes modulært fra det pågældende elektriske energilager, hvorimod værdibestemmende komponenter, som eksempelvis det crash-sikkert udformede hus 1, de effektive elektronikkomponenter, som eksempelvis forbindelsesenheden 6 samt kontrolenhed 10 og en køleanordning, som valgfrit kan anvendes i huset 1, bibeholdes i det elektriske energilager. Dermed kan det garanteres, at fremstillingsspecifikke energilagre forbliver uforandret i deres væsentlige værdibestemmende komponenter. Ved en skiftestation gælder det tilsvarende kun om at udskifte de enkelte standardiserede energilagerceller. I praksis betyder det, at det for brugeren af et elektrisk køretøj garanteres, at det ved udskiftning af et afladet elektrisk energilager med et nyopladet energilager garanteres, at det nyopladede energilager råder over de værdibestemmende, ofte fremstillingsspecifikke komponenter, hvorved accepten af et sådant energilagerskiftesystem kan forbedres afgørende.

Det i figur 4 illustrerede løsningsmæssige elektriske energilager forudsætter anvendelse af intelligent opbyggede enkelte energilagerceller 41", 42", 43", 44", som over den løsbare elektriske kontakt 5" kun er forbundet med en elektrisk forbindelsesenhed 6", som selv anvender de elektriske kontaktelektroder 2 til udtagning af nyttespændingen U. Der henvises til, at de elektriske kontakter 5" anvender adskilte tilslutningskontakter til effektforsyning og dataudveksling til og fra cellegruppen til modulær anvendelse og fjernelse af de enkelte energilagerceller 41", 42", 43", 44", som det er tilfældet ved energilagercellerne 41", 42" og 43", eller på særdeles fordelagtig vis kun har to kontaktpoler, over hvilke både cellenyttespændingen og dataene kan udtages, som det antydes i tilfældet med energilagercellen 44". Gennem f.eks. en "Power-Line kommunikation" kan adskilte og ekstra ledninger og kontakter til en datagrænseflade bortfalde helt. Så resterer kun energilagercellernes to poler selv som eneste elektrisk ledende kontaktsteder, se energilagercelle 44". I modsætning til førnævnte eksempel i figur 3 overtager den i de enkelte energilagerceller integrerede mikrocontroller 14" den hidtidige, centrale kontrolenheds (10, 10') opgaver med hensyn til batteristyring.

Alle andre komponenter vedrørende sensoren S og datalageret 7 forbliver uforandrede. Dermed udgør hver enkelt energilagercelle en selvstændig og intelligent overvåget energilagercelle, som stiller sine data til rådighed for samtlige andre energilagerceller i netgruppen over et netværk N, som realiseres af forbindelsesenheden 6". I forbindelse med dette intelligente netværk N, som kan sammenlignes med "cloud computing", kan hele energilagerdriften, dvs. afladning og opladning vedrørende hver enkelt energilagercelle, udføres inden for et adaptivt, regelbaseret lærende netværk. Den individuelle afladning eller opladning af enkelte energilagerceller i netværket N forudsætter en aktivt styret tilkoblingsfunktion. En sådan funktion kan realiseres gennem eksplicit styrbare fysiske, elektroniske eller induktive kontakter 17 i netværket N. Dette forbedrer og forenkler battericellestyringen væsentligt, især ved enkelte cellers ikke-regelmæssige driftstilstande (safety cases).

Liste over henvisningsbetegnelser 1 Hus 2 Kontaktelektroder 3 Elektrisk grænseflade 41 til 44 samt energilagercelle 41' til 44' 5 Tilslutningselektroder 6 Forbindelsesenhed 7 Datalager 7' Læse- og skriveegnet datalager 7" Statisk datalager 8 Cellespændingsmåler 9 Grænseflade 10 Kontrolenhed 11 Mikroprocessor til celledatabearbejdning 12, 12' Bearbejdningsenhed 13 Styreenhed 14 Mikrocontroller 15 Ladestation 16 Ladeelektronik 17 Kontakt U Nyttespænding E Elektrisk energilager S Sensor N Netværk

Claims (4)

1. Elektrisk energilager med kontaktelektroder (2) i det mindste til udtag af en elektrisk nyttespænding, flere energilagerceller (41, 42, 43, 44), som er forbundet med kontaktelektroderne (2) over en fælles forbindelsesenhed (6) under mellemkobling afen kontrolenhed (10) til påvirkning af i det mindste en afladningsproces af de enkelte energilagerceller (41, 42, 43, 44), hvor der i hver energilagercelle (41, 42, 43, 44) i det mindste er integreret et læse- og skriveegnet datalager (7') samt kontrolenheden (10), hvor der i hver energilagercelle (41, 42, 43, 44) er integreret en enhed, som registrerer energilagercellens (41, 42, 43, 44) aktuelle ladetilstand dynamisk, som omfatter en mikrocontroller (14) samt en cellespændingsmålesensor (8) og dynamisk opretter ladetilstandsinformationer fra energilagercellen (41, 42, 43, 44) og overfører disse til det læse- og skriveegnede datalager (7') til oprettelse og lagring afen ladetilstandshistorik, hvor kontrolenhederne (10) for alle energilagerceller (41, 42, 43, 44) er forbundet med hinanden over forbindelsesenheden (6) og danner et netværk (N), over hvilket informationer kan udveksles mellem de enkelte kontrolenheder (10) med det formål i det mindste at påvirke afladningsprocessen, og hvor hver energilagercelle (41, 42, 43, 44) råder over elektriske tilslutningskontakter (5), som løsbart kan forbindes med forbindelsesenheden (6), kendetegnet ved at forbindelsesenheden (6) har koblingselementer, som kan styres aktivt af kontrolenheder (10), som muliggør til- eller frakobling af enkelte energilagerceller i det mindste til afladningsprocessen.

2. Energilager ifølge krav 1, kendetegnet ved at der i hver energilagercelle (41, 42, 43, 44) mindst er indeholdt en temperatursensor til dynamisk registrering afen energicelles indvendige temperatur og/eller en udvidelsessensor til dynamisk registrering af trykket indvendigt i energicellen, og at sensorværdier svarende til det dynamisk registrerede tryk indvendigt i energicellen ved hjælp af en mikrocontroller (14) kan overføres til det læse- og skriveegnede datalager (7') til oprettelse og lagring af en historik for den indvendige temperatur og/eller det indvendige tryk.

3. Energilager ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved at kontrolenheden (10) mindst omfatter følgende komponenter: a) Bearbejdningsenhed (12, 12') til informationerne, som kan udlæses fra datalagrene (7) for de enkelte energilagerceller (41, 42, 43, 44), med hensyn til den aktuelle ladetilstand, indvendigt tryk og/eller indvendig temperatur samt med hensyn til historikken for ladetilstanden, det indvendige tryk og/eller den indvendige temperatur og b) styreenhed(13), en såkaldt fjederdæmpet balance, som i det mindste påvirker afladningsprocessen for de enkelte energilagerceller (41, 42, 43, 44) afhængigt af for energilagercellerne (41, 42, 43, 44) specifikke kriterier (12, 12'), som stilles til rådighed af bearbejdningsenheden (12, 12').

4. Energilager ifølge et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved at den løsbare grænseflade (9) og de elektriske tilslutningskontakter i hver energilagercelle lægges sammen og udføres som ensartede tilslutningskontakter, og/eller at kontaktelektroderne (2) og grænsefladen (3) ved huset (1) lægges sammen og udføres som ensartede tilslutningskontakter.