EP2684275A1 - Speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie und verfahren zum betreiben einer speichervorrichtung - Google Patents

Speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie und verfahren zum betreiben einer speichervorrichtung

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Publication number
EP2684275A1
EP2684275A1 EP12703718.2A EP12703718A EP2684275A1 EP 2684275 A1 EP2684275 A1 EP 2684275A1 EP 12703718 A EP12703718 A EP 12703718A EP 2684275 A1 EP2684275 A1 EP 2684275A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
memory cell
charging
switching element
storage device
charging circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12703718.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Osswald
Rainer Glauning
Thomas Heinrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2684275A1 publication Critical patent/EP2684275A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
    • H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage

Definitions

  • the invention relates to a storage device for storing electrical energy.
  • the invention further relates to a method for operating a storage device for storing electrical energy.
  • the memory cell In order to avoid damage to memory cells of a rechargeable battery, the memory cell must not be overloaded. It is known that a charger can be timely, i. before an overcharge of the memory cell, a charging process stops and a corresponding charging current turns off.
  • the object underlying the invention can therefore be seen to provide a memory device for storing electrical energy, wherein overcharging is effectively prevented even in a defective charger.
  • the object underlying the invention can also be seen in providing a corresponding method for operating a memory device for storing electrical energy.
  • a storage device for storing electrical energy.
  • the storage device is preferably formed as a rechargeable battery.
  • An accumulator may also be referred to as a battery pack.
  • the storage device may be in the form of a lead rechargeable battery, a lithium ion rechargeable battery, a lithium polymer rechargeable battery, a lithium iron phosphate rechargeable battery, a lithium titanate rechargeable battery, a sodium nickel chloride rechargeable battery, a sodium rechargeable battery.
  • Sulfur accumulator a nickel-iron accumulator, a nickel-cadmium accumulator, a nickel metal hydride accumulator, a nickel-hydrogen accumulator, a nickel-zinc accumulator or be formed as a tin-sulfur lithium accumulator ,
  • the memory device comprises a memory cell which can be charged by means of an electrical charging current.
  • the memory cell may be, for example, a galvanic cell. In the context of accumulators, such a memory cell can also be referred to in particular as a secondary cell.
  • Connected to the memory cell is a charging circuit via which the memory cell can be charged. That is, over the charging circuit, the electric charging current for charging the memory cell flows.
  • a discharge circuit is further connected, via which the memory cell can be discharged. This means that an electrical discharge current can flow via the discharge circuit.
  • This electrical discharge current can be made available in particular to an electrical consumer connected to the storage device.
  • the storage device further comprises a monitoring device that monitors a physical quantity in the memory cell.
  • the physical variable may be a temperature in the memory cell and / or an electrical voltage in the memory cell.
  • the temperature can also be referred to as a storage cell temperature.
  • Such an electrical voltage can in particular also be referred to as a memory cell voltage.
  • the storage device comprises a switching element, which is controllable by means of the monitoring device. This switching element can interrupt the charging circuit, wherein a control of the switching element and in this respect also an interruption of the charging circuit are dependent on the monitored physical quantity. This control thus takes place, in particular, depending on the monitored variable. This means, for example, that when the memory cell temperature rises and / or when the memory cell voltage rises above a predetermined voltage value or temperature value, the monitoring device sends a control signal to the switching element, so that it interrupts the charging current or charging circuit.
  • a switching element in the sense of the present invention has two switching states: an open switching state in which the charging circuit is interrupted, so that no electrical charging current for charging the memory cell can flow, and a closed switching state in which the charging circuit is closed, so that an electric Charging current for charging the memory cell can flow.
  • the switching element When the switching element is in the open switching state, the switching element may also be referred to as an open switching element.
  • the switching element When the switching element is in the closed switching state, the switching element may also be referred to as a closed switching element.
  • a method for operating the memory device according to the invention wherein the memory cell is charged by means of an electrical charging current and a physical quantity in the memory cell is monitored. Depending on the monitored size, the charging circuit is interrupted.
  • the invention thus encompasses the idea of monitoring a physical variable, in particular a temperature and / or a voltage in the memory cell, during the charging process of the memory cell and to interrupt the charging process as a function of the monitored physical variable by the charging device Charging circuit is interrupted. Since the monitored physical variable is dependent, in particular, on a state of charge of the memory cell, it is thus advantageously possible to effectively prevent overcharging of the memory cell and thus possibly any damage to the memory cell. For example, the charging circuit is interrupted when the physical
  • Size is greater than a predetermined value.
  • the memory device has both a charging circuit for charging the memory cell and a discharging circuit for discharging the memory cell means, in particular, that a discharging current flows through a different circuit than a charging current.
  • Both circuits have insofar separately formed on each other current paths.
  • both circuits also have common current paths.
  • both circuits may have a common ground connection.
  • the charging circuit comprises a charging contact to
  • the discharge circuit comprises a discharge contact for contacting or connecting an electrical consumer.
  • the charging contact and the discharging contact are formed separately from each other.
  • a plurality of memory cells are formed.
  • the memory cells can be connected in particular in series or connected in parallel to increase a total capacitance of the memory cells.
  • some memory cells are connected in parallel and some memory cells are connected in series, wherein the memory cells connected in parallel to the series-connected memory cells are in turn connected in parallel or in series.
  • it is sufficient for a plurality of memory cells that a physical quantity in a memory cell is above a predetermined value in order to interrupt the charging process.
  • the switching element is formed as a reversible switching element.
  • Reversible means in particular that the switching element between the open switching state and the closed switching state can be switched back and forth.
  • the switching element is a transistor, in particular a field effect transistor (FET), preferably a self-conducting field effect transistor or a relay.
  • FET field effect transistor
  • the switching element is closed in a normal operation, so that the charging circuit is a closed circuit, so that the memory cell can be charged by means of the charging current.
  • a normal mode is characterized in particular by the fact that the physical quantity is smaller than a predetermined value. Only in the event of a fault opens the switching element and interrupts the charging circuit, so that a charging of the memory cell is stopped.
  • the error case is characterized in particular by the fact that the physical quantity is greater than a predetermined value.
  • the charging circuit is interrupted when the memory cell voltage and / or the memory cell temperature are greater than an allowable voltage value or temperature value.
  • a field effect transistor this is controlled by the monitoring device in normal operation and locked in case of error.
  • a self-conducting field effect transistor is used as a switching element, which is locked in particular only in case of failure.
  • the switching element is connected serially or in series in the charging circuit and in this case in particular in series with the memory cell. Since charging currents in the charging circuit are significantly smaller than discharge currents in the discharge circuit, the switching element only has to be designed for the lower charging current. In contrast, in a storage device having a common charge / discharge circuit, such a switching element would also have to be designed for the significantly higher discharge current.
  • the invention thus makes it possible in particular advantageously to use a technically simpler, less complex and cheaper switching element.
  • the charging circuit is closed again when the monitored quantity is smaller than a predetermined value. So if in particular a memory cell voltage and / or a memory cell If the values are again permissible values, the memory cell can be recharged. In particular, the charging circuit is only closed again when the memory cell has been discharged via the discharge circuit.
  • 1 shows a storage device for storing electrical energy
  • Fig. 2 shows another storage device for storing electrical energy
  • FIG. 3 is a flow chart of a method of operating a memory device for storing electrical energy.
  • Fig. 1 shows a storage device 101 for storing electrical energy.
  • the storage device 101 may be formed, for example, as an accumulator (rechargeable battery). Such a rechargeable battery can also be referred to as a rechargeable battery pack.
  • the memory device 101 comprises a memory cell 103, which can be charged by means of an electrical charging current.
  • the memory cell 103 is connected to a charging circuit 105.
  • a discharge circuit 107 is formed, which is connected to the memory cell 103.
  • a corresponding discharge current can flow away from the memory cell 103 via the discharge circuit 107.
  • the memory device 101 comprises a monitoring device 109, which monitors a physical quantity in the memory cell 103.
  • the monitoring device 109 monitors the physical quantity in the memory cell 103 during the charging process.
  • the physical variable may in particular be a memory cell temperature and / or a memory cell voltage.
  • a switching element 1 1 1 is provided, which can interrupt the charging circuit 105.
  • the switching element 1 11 is controlled by the Ü monitoring device accordingly, this control is dependent on the monitored physical quantity. So if, for example, a temperature in the memory cell rises above a predetermined value or an electrical voltage in the memory cell rises above a predetermined voltage value, this is detected by means of the monitoring device and this then controls the switching element 1 11 accordingly, so that the switching element 11 1 the charging circuit 105th interrupts.
  • an overload of the memory cell is effectively avoided in an advantageous manner.
  • this is done independently of a charger, not shown here, so that even with a defective charger, which can no longer automatically switch off a charging current, an overload of the memory cell and thus also a possible damage can be effectively avoided. Furthermore, a charger does not have to have a corresponding automatic charging current cut-off, since the automatic switch-off is carried out in the storage device itself. The charger can thus be produced technically less expensive.
  • the switching element 1 11 is formed as a reversible switching element.
  • the switching element may be a transistor, in particular a field effect transistor, preferably a self-conducting field-effect transistor, or a relay.
  • Fig. 2 shows another memory device 201 for storing electrical
  • the memory device 201 includes a plurality of memory cells 203 connected in series.
  • a charging circuit 205 is formed with a charging contact 205a for contacting a charger.
  • a discharge circuit 207 is formed with a discharge contact 207a, wherein the charging contact 207a can be contacted in particular with an electrical consumer.
  • the storage device 201 comprises a monitoring device 209, which monitors a physical quantity, for example a memory cell voltage and / or a memory cell temperature, in the memory cells 203.
  • the monitoring device 209 controls a switching element 211, which is connected in series in the charging circuit between the charging contact 205a and the memory cells 203.
  • This switching element 1 11 is preferably formed as a transistor, a field effect transistor, in particular as a self-conducting field effect transistor, or as a relay and thus can advantageously interrupt the charging circuit 205, so that no more charging current to the Speicherzel len 203 can flow.
  • the switching element 21 1 is formed as a reversible switching element, so that the switching element 21 1 can close the charging circuit 205 again, so that the memory cells 203 can be charged again or further. In particular, the switching element 21 1 is closed again when the physical size again corresponds to a permissible value.
  • the charging circuit 205 and the discharge circuit 207 have two separate contacts, the charging contact 205a and the discharge contact 207a, they have a common current path 208 with a common ground contact 208a.
  • step 301 the memory cell is charged by means of an electrical charging current, wherein in step 303 a physical quantity in the memory cell is monitored. This monitoring happens in particular at the same time as the loading of the memory cell.
  • step 305 the charging circuit is then interrupted depending on the monitored variable. For example, if a memory cell temperature is below a predetermined temperature value, the charging circuit is not interrupted. Only when the temperature rises above the predetermined temperature value, the charging circuit is interrupted.
  • the charging circuit is closed again when the monitored size is again smaller than the predetermined value.
  • a redundant design of a charger is no longer required by the invention.
  • the memory cell is not damaged or even destroyed, since according to the invention an interruption of the charging circuit is performed independently of the charger.
  • the switching element must advantageously be designed only for the smaller charging currents.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung (101) zum Speichern von elektrischer Energie, mit einer mittels eines elektrischen Ladestroms aufladbaren Speicherzelle (103), einem mit der Speicherzelle (103) verbundenen Ladestromkreis (105) zum Aufladen der Speicherzelle (103), einem mit der Speicherzelle (103) verbundenen Entladestromkreis (107) zum Entladen der Speicherzelle (103) und einer Überwachungsvorrichtung (109) zum Überwachen einer physikalischen Größe in der Speicherzelle (103), wobei ein mittels der Überwachungsvorrichtung (109) steuerbares Schaltelement (111) zum Unterbrechen des Ladestromkreises (105) abhängig von der überwachten physikalischen Größe gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung (101) zum Speichern von elektrischer Energie.

Description

Beschreibung
Titel
SPEICHERVORRICHTUNG ZUM SPEICHERN VON ELEKTRISCHER ENERGIE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINER SPEICHERVORRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie.
Stand der Technik
Um Beschädigungen an Speicherzellen eines Akkumulators zu vermeiden, darf die Speicherzelle nicht überladen werden. Bekannt ist, dass ein Ladegerät rechtzeitig, d.h. vor einer Überladung der Speicherzelle, einen Ladevorgang abbricht und einen entsprechenden Ladestrom abschaltet.
Nachteilig hieran ist insbesondere, dass bei einem Defekt in dem Ladegerät dieses unter Umständen den Ladestrom nicht rechtzeitig abschaltet, so dass die Speicherzelle überladen werden kann, was gegebenenfalls zu einer Beschädigung der Speicherzelle führt.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie anzugeben, wobei ein Überladen auch bei einem defekten Ladegerät wirksam verhindert wird. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie anzugeben.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie bereitgestellt. Die Speichervorrichtung ist vorzugsweise als ein Akkumulator (Akku) gebildet. Ein Akkumulator kann auch als ein Akkupack bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Speichervorrichtung als ein Blei- Akkumulator, ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ein Lithium-Polymer-Akkumulator, ein Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator, ein Lithium-Titanat-Akkumulator, ein Natrium-Nickelchlorid-Akkumulator, ein Natrium-Schwefel-Akkumulator, ein Nickel-Eisen-Akkumulator, ein Nickel-Cadmium-Akkumulator, ein Nickel- Metallhydrid-Akkumulator, ein Nickel-Wasserstoff-Akkumulator, ein Nickel-Zink- Akkumulator oder als ein Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator gebildet sein.
Die Speichervorrichtung umfasst eine Speicherzelle, welche mittels eines elektrischen Ladestroms aufgeladen werden kann. Bei der Speicherzelle kann es sich beispielsweise um eine galvanische Zelle handeln. Im Zusammenhang mit Akkumulatoren kann eine solche Speicherzelle insbesondere auch als eine Sekundärzelle bezeichnet werden. Mit der Speicherzelle ist ein Ladestromkreis verbunden, über welchen die Speicherzelle aufgeladen werden kann. Das heißt, dass über den Ladestromkreis der elektrische Ladestrom zum Aufladen der Speicherzelle fließt. Mit der Speicherzelle ist ferner ein Entladestrom kreis verbunden, über welchen die Speicherzelle entladen werden kann. Das heißt also, dass über den Entladestromkreis ein elektrischer Entladestrom fließen kann. Dieser elektrische Entladestrom kann insbesondere einem mit der Speichervorrichtung verbundenen elektrischen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.
Die Speichervorrichtung umfasst des Weiteren eine Überwachungsvorrichtung, welche eine physikalische Größe in der Speicherzelle überwacht. Beispielsweise kann es sich bei der physikalischen Größe um eine Temperatur in der Speicherzelle und/oder eine elektrische Spannung in der Speicherzelle handeln. Eine sol- che Temperatur kann insbesondere auch als eine Speicherzellentemperatur bezeichnet werden. Eine solche elektrische Spannung kann insbesondere auch als eine Speicherzellenspannung bezeichnet werden. Darüber hinaus umfasst die Speichervorrichtung ein Schaltelement, welches mittels der Überwachungsvorrichtung steuerbar ist. Dieses Schaltelement kann den Ladestromkreis unterbrechen, wobei eine Steuerung des Schaltelements und insofern auch ein Unterbrechen des Ladestromkreises abhängig von der überwachten physikalischen Größe sind. Dieses Steuern geschieht also insbesonde- re in Abhängigkeit von der überwachten Größe. Das heißt beispielsweise, dass bei einem Anstieg der Speicherzellentemperatur und/oder bei einem Anstieg der Speicherzellenspannung über einen vorbestimmten Spannungswert bzw. Temperaturwert die Überwachungsvorrichtung ein Steuersignal an das Schaltelement sendet, so dass dieses den Ladestrom bzw. den Ladestromkreis unterbricht.
Ein Schaltelement im Sinne der vorliegenden Erfindung weist insbesondere zwei Schaltzustände auf: Einen offenen Schaltzustand, in welchem der Ladestromkreis unterbrochen ist, sodass kein elektrischer Ladestrom zum Aufladen der Speicherzelle fließen kann, und einen geschlossenen Schaltzustand, in welchem der Ladestromkreis geschlossen ist, sodass ein elektrischer Ladestrom zum Aufladen der Speicherzelle fließen kann. Wenn sich das Schaltelement in dem offenen Schaltzustand befindet, kann das Schaltelement auch als ein offenes Schaltelement bezeichnet werden. Wenn sich das Schaltelement in dem geschlossenen Schaltzustand befindet, kann das Schaltelement auch als ein ge- schlossenes Schaltelement bezeichnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Speichervorrichtung bereitgestellt, wobei die Speicherzelle mittels eines elektrischen Ladestroms aufgeladen und eine physikalische Größe in der Speicherzelle überwacht werden. Abhängig von der überwachten Größe wird der Ladestromkreis unterbrochen.
Die Erfindung umfasst also den Gedanken, während des Ladevorgangs der Speicherzelle eine physikalische Größe, insbesondere eine Temperatur und/oder eine Spannung in der Speicherzelle, zu überwachen und abhängig von der ü- berwachten physikalischen Größe den Ladevorgang abzubrechen, indem der Ladestromkreis unterbrochen wird. Da die überwachte physikalische Größe insbesondere abhängig von einem Ladungszustand der Speicherzelle ist, kann somit in vorteilhafter Weise eine Überladung der Speicherzelle und damit eventuell einhergehend eine Beschädigung der Speicherzelle wirksam vermieden werden. Beispielsweise wird der Ladestromkreis unterbrochen, wenn die physikalische
Größe größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Dass die Speichervorrichtung sowohl einen Ladestromkreis zum Aufladen der Speicherzelle und einen Entladestromkreis zum Entladen der Speicherzelle auf- weist, bedeutet insbesondere, dass ein Entladestrom über einen anderen Stromkreis fließt als ein Ladestrom. Beide Stromkreise weisen insofern getrennt voneinander gebildete Strompfade auf. Vorzugsweise kann hierbei aber auch vorgesehen sein, dass beide Stromkreise auch gemeinsame Strompfade aufweisen. Beispielsweise können beide Stromkreise einen gemeinsamen Masseanschluss aufweisen. Vorzugsweise umfasst der Ladestromkreis einen Ladekontakt zum
Kontaktieren bzw. Anschließen eines Ladegeräts. Insbesondere umfasst der Entladestromkreis einen Entladekontakt zum Kontaktieren bzw. Anschließen eines elektrischen Verbrauchers. Insbesondere sind der Ladekontakt und der Entladekontakt getrennt voneinander gebildet.
In einer anderen Ausführungsform sind mehrere Speicherzellen gebildet. Die Speicherzellen können zur Erhöhung einer mittels der Speicherzellen bereitgestellten Spannung insbesondere in Reihe geschaltet werden oder zur Erhöhung einer Gesamtkapazität der Speicherzellen parallel geschaltet werden. Vorzugs- weise kann auch vorgesehen sein, dass einige Speicherzellen parallel geschaltet sind und einige Speicherzellen in Reihe geschaltet sind, wobei die parallel geschalteten Speicherzellen zu den in Reihe geschalteten Speicherzellen wiederum parallel oder in Reihe geschaltet sind. Insbesondere reicht es bei mehreren Speicherzellen aus, dass eine physikalische Größe in einer Speicherzelle über einen vorbestimmten Wert liegt, um den Ladevorgang abzubrechen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Schaltelement als ein reversibles Schaltelement gebildet. Reversibel bedeutet hier insbesondere, dass das Schaltelement zwischen dem offenen Schaltzustand und dem geschlossenen Schalt- zustand hin- und hergeschaltet werden kann. Somit kann also in vorteilhafter
Weise die Speicherzelle weiter geladen werden bzw. neu aufgeladen werden, wenn die physikalische Größe wieder einem zulässigen Wert entspricht, da das reversible Schaltelement den Ladestromkreis wieder schließen kann.
Nach einer anderen Ausführungsform ist das Schaltelement ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransistor (FET), vorzugsweise ein selbstleitender Feldeffekttransistor oder ein Relais.
Insbesondere ist das Schaltelement in einem Normalbetrieb geschlossen, so dass der Ladestromkreis ein geschlossener Stromkreis ist, so dass die Speicherzelle mittels des Ladestroms aufgeladen werden kann. Ein Normalbetrieb kennzeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die physikalische Größe kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Erst im Fehlerfall öffnet sich das Schaltelement und unterbricht den Ladestromkreis, so dass ein Ladevorgang der Speicherzelle abgebrochen wird. Der Fehlerfall kennzeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die physikalische Größe größer als ein vorbestimmter Wert ist. Beispielsweise wird der Ladestromkreis unterbrochen, wenn die Speicherzellenspannung und/oder die Speicherzellentemperatur größer als ein zulässiger Spannungswert respektive Temperaturwert sind. Insbesondere bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors wird dieser mittels der Überwachungsvorrichtung im Normalbetrieb angesteuert und im Fehlerfall gesperrt. Vorzugsweise wird ein selbstleitender Feldeffekttransistor als Schaltelement verwendet, der insbesondere nur im Fehlerfalle gesperrt wird.
Nach einer anderen Ausführungsform ist das Schaltelement seriell bzw. in Reihe in dem Ladestromkreis und hierbei insbesondere in Reihe mit der Speicherzelle geschaltet. Da im Ladestromkreis Ladeströme deutlich kleiner sind als Entlade- ströme im Entladestromkreis, muss das Schaltelement lediglich für den niedrigeren Ladestrom ausgelegt sein. Im Gegensatz dazu müsste in einer Speichervorrichtung mit einem gemeinsamen Lade/Entladestromkreis ein solches Schaltelement auch für den deutlich höheren Entladestrom ausgelegt sein. Die Erfindung ermöglicht hier also insbesondere in vorteilhafter Weise die Verwendung eines technisch einfacheren, weniger komplexen und billigeren Schaltelements.
In einer anderen Ausführungsform wird der Ladestromkreis wieder geschlossen, wenn die überwachte Größe kleiner ist als ein vorbestimmter Wert. Sofern also insbesondere eine Speicherzellenspannung und/oder eine Speicherzellentempe- ratur wieder zulässige Werte aufweisen, kann die Speicherzelle wieder aufgeladen werden. Insbesondere wird der Ladestromkreis erst wieder geschlossen, wenn die Speicherzelle über den Entladestromkreis entladen worden ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie,
Fig. 2 eine weitere Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie.
Fig. 1 zeigt eine Speichervorrichtung 101 zum Speichern von elektrischer Energie. Die Speichervorrichtung 101 kann beispielsweise als ein Akkumulator (Akku) gebildet sein. Ein solcher Akkumulator kann auch als ein Akkupack bezeichnet werden. Die Speichervorrichtung 101 umfasst eine Speicherzelle 103, welche mittels eines elektrischen Ladestroms aufgeladen werden kann. Hierzu ist die Speicherzelle 103 mit einem Ladestromkreis 105 verbunden. Zum Entladen der Speicherzelle 103 ist ein Entladestromkreis 107 gebildet, welcher mit der Speicherzelle 103 verbunden ist. Über den Entladestromkreis 107 kann insofern ein entsprechender Entladestrom von der Speicherzelle 103 weg- bzw. abfließen.
Ferner umfasst die Speichervorrichtung 101 eine Überwachungsvorrichtung 109, welche eine physikalische Größe in der Speicherzelle 103 überwacht. Insbesondere überwacht die Überwachungsvorrichtung 109 die physikalische Größe in der Speicherzelle 103 während des Ladevorgangs. Bei der physikalischen Größe kann es sich insbesondere um eine Speicherzellentemperatur und/oder eine Speicherzellenspannung handeln.
Des Weiteren ist ein Schaltelement 1 1 1 vorgesehen, welches den Ladestromkreis 105 unterbrechen kann. Hierbei wird das Schaltelement 1 11 mittels der Ü- berwachungsvorrichtung entsprechend gesteuert, wobei diese Steuerung abhängig von der überwachten physikalischen Größe ist. Wenn also beispielsweise ei- ne Temperatur in der Speicherzelle über einen vorbestimmten Wert ansteigt bzw. eine elektrische Spannung in der Speicherzelle über einen vorbestimmten Spannungswert ansteigt, so wird dies mittels der Überwachungsvorrichtung erfasst und diese steuert dann das Schaltelement 1 11 entsprechend, so dass das Schaltelement 11 1 den Ladestromkreis 105 unterbricht. Somit wird in vorteilhafter Weise eine Überladung der Speicherzelle wirksam vermieden. Insbesondere geschieht dies unabhängig von einem hier nicht gezeigten Ladegerät, so dass auch bei einem defekten Ladegerät, welches einen Ladestrom nicht mehr selbstständig abschalten kann, eine Überladung der Speicherzelle und somit auch eine eventuelle Beschädigung wirksam vermieden werden. Weiterhin muss ein Ladegerät gar keine entsprechende Ladestromabschaltautomatik aufweisen, da die Automatische Abschaltung in der Speichervorrichtung selber durchgeführt wird. Das Ladegerät kann somit technisch weniger aufwendig hergestellt werden.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform ist das Schaltelement 1 11 als ein reversibles Schaltelement gebildet. In einer anderen nicht gezeigten Ausführungs form kann das Schaltelement ein Transistor, insbesondere ein Feldeffekttransis tor, vorzugsweise ein selbstleitender Feldeffekttransistor, oder ein Relais sein. Fig. 2 zeigt eine weitere Speichervorrichtung 201 zum Speichern von elektrischer
Energie. Die Speichervorrichtung 201 umfasst mehrere Speicherzellen 203, welche in Reihe geschaltet sind. Zum Aufladen der Speicherzellen 203 ist ein Ladestromkreis 205 mit einem Ladekontakt 205a zum Kontaktieren eines Ladegeräts gebildet. Zum Entladen der Speicherzellen 203 ist ein Entladestromkreis 207 mit einem Entladekontakt 207a gebildet, wobei der Ladekontakt 207a insbesondere mit einem elektrischen Verbraucher kontaktiert werden kann.
Ferner umfasst die Speichervorrichtung 201 eine Überwachungsvorrichtung 209, welche eine physikalische Größe, beispielsweise eine Speicherzellenspannung und/oder eine Speicherzellentemperatur, in den Speicherzellen 203 überwacht.
Die Überwachungsvorrichtung 209 steuert ein Schaltelement 211 , welches seriell in den Ladestromkreis zwischen dem Ladekontakt 205a und den Speicherzellen 203 geschaltet ist. Dieses Schaltelement 1 11 ist vorzugsweise als ein Transistor, ein Feldeffekttransistor, insbesondere als ein selbstleitender Feldeffekttransistor, oder als ein Relais gebildet und kann somit in vorteilhafter Weise den Ladestromkreis 205 unterbrechen, so dass kein Ladestrom mehr zu den Speicherzel- len 203 hin fließen kann. Insbesondere ist das Schaltelement 21 1 als ein reversibles Schaltelement gebildet, so dass das Schaltelement 21 1 den Ladestromkreis 205 wieder schließen kann, so dass die Speicherzellen 203 wieder bzw. weiter aufgeladen werden können. Insbesondere wird das Schaltelement 21 1 wieder geschlossen, wenn die physikalische Größe wieder einem zulässigen Wert entspricht.
Der Ladestromkreis 205 und der Entladestromkreis 207 weisen zwar zwei getrennte Kontakte, den Ladekontakt 205a und den Entladekontakt 207a, auf, sie weisen aber einen gemeinsamen Strompfad 208 mit einem gemeinsamen Massekontakt 208a auf.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie. In einem Schritt 301 wird die Speicherzelle mittels eines elektrischen Ladestroms aufgeladen, wobei in einem Schritt 303 eine physikalische Größe in der Speicherzelle überwacht wird. Dieses Überwachen geschieht insbesondere zeitgleich mit dem Laden der Speicherzelle. In einem Schritt 305 wird dann der Ladestromkreis abhängig von der überwachten Größe unterbrochen. Liegt beispielsweise eine Speicherzellentemperatur unter einem vorbestimmten Temperaturwert, so wird der Ladestromkreis nicht unterbrochen. Erst wenn die Temperatur über den vorbestimmten Temperaturwert ansteigt, so wird der Ladestromkreis unterbrochen. Die eben gemachten Ausführungen gelten analog auch für eine Speicherzellenspannung. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass der Ladestromkreis wieder geschlossen wird, wenn die überwachte Größe wieder kleiner ist als der vorbestimmte Wert.
Zusammenfassend ist mittels der Erfindung eine redundante Auslegung eines Ladegeräts nicht mehr erforderlich. Bei einem defekten Ladegerät wird die Speicherzelle nicht beschädigt oder sogar zerstört, da erfindungsgemäß eine Unterbrechung des Ladestromkreises unabhängig von dem Ladegerät durchgeführt wird. Dadurch, dass Ladeströme in der Regel kleiner sind als Entladeströme, muss in vorteilhafter Weise das Schaltelement nur für die kleineren Ladeströme ausgelegt sein.

Claims

Speichervorrichtung (101) zum Speichern von elektrischer Energie, mit einer mittels eines elektrischen Ladestroms aufladbaren Speicherzelle (103), einem mit der Speicherzelle (103) verbundenen Ladestromkreis (105) zum Aufladen der Speicherzelle (103), einem mit der Speicherzelle (103) verbundenen Entladestromkreis (107) zum Entladen der Speicherzelle (103) und einer Überwachungsvorrichtung (109) zum Überwachen einer physikalischen Größe in der Speicherzelle (103), wobei ein mittels der Überwachungsvorrichtung (109) steuerbares Schaltelement (1 11) zum Unterbrechen des Ladestromkreises (105) abhängig von der überwachten physikalischen Größe gebildet ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das Schaltelement (1 11) ein reversibles Schaltelement (1 11) ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schaltelement (1 11) ein Transistor, ein Feldeffekttransistor oder ein Relais ist.
Speichervorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Schaltelement (1 11) seriell in dem Ladestromkreis (105) geschaltet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung (101) zum Speichern von elektrischer Energie nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Speicherzelle (103) mittels eines elektrischen Ladestroms aufgeladen und eine physikalische Größe in der Speicherzelle (103) überwacht werden, wobei der Ladestromkreis (105) abhängig von der überwachten Größe unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Ladestromkreis (105) wieder geschlossen wird, wenn die überwachte Größe kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
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