WO2012146434A1 - Verfahren zum betreiben einer speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie und speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie und speichervorrichtung zum speichern von elektrischer energie Download PDF

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Holger Claus
Alexander Osswald
Thomas Heinrich
Rainer Glauning
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    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a storage device for storing electrical energy.
  • the invention further relates to a storage device for storing electrical energy.
  • a temperature and / or a voltage in the memory cells are measured. If the temperature or the voltage in one of the cells rises above a permissible value, the charging process is terminated, for example by switching off an electrical charging current which is provided by means of a charging device.
  • a disadvantage of such a charging method is, in particular, that in the case of storage cells with different filling levels or charge states, as a rule, the
  • Memory cell with the highest degree of filling first reaches the shutdown temperature or cut-off voltage, whereupon the charging process is terminated.
  • the other memory cells have not yet reached their maximum possible degree of filling.
  • in the sum of the accumulator has a state of charge or degree of charge, which is below its maximum possible state of charge.
  • Several memory cells, each having a different degree of filling are commonly referred to as debalanced cells. Disclosure of the invention
  • the object underlying the invention can therefore be seen to provide a method for operating a memory device for storing electrical energy with at least two memory cells, which overcomes the known disadvantages and also allows for debalanced memory cells as high as possible filling level.
  • the object underlying the invention can also be seen to provide a corresponding memory device for storing electrical energy.
  • a method of operating a memory device to store electrical energy comprises at least two memory cells.
  • the memory cells are charged by means of a provided by an electric charger physical charging size.
  • a physical quantity in the individual memory cells is monitored.
  • a control signal is then transmitted to the charger, which can control the charger.
  • the charging size is successively reduced.
  • a storage device for storing electrical energy which has at least two storage cells.
  • the memory cells can be charged by means of a physical charging size provided by an electric charger.
  • the memory device comprises a monitoring device which monitors a physical quantity in the individual memory cells.
  • a control device for outputting a control signal, which is dependent on the monitored variables, for controlling the electric charging device is formed in order to successively reduce the charging quantity.
  • the invention thus encompasses the idea of carrying out a measurement of physical quantities of the memory cells in the memory device itself.
  • the physical quantity is thus monitored internally in the memory cells, ie in the memory device.
  • the measured values in the memory cells are therefore not led out of the memory device to the outside of the charger, which then performs an external monitoring accordingly.
  • the physical quantity may be the memory cell depending on a state of charge, which may also be referred to as a degree of filling. If this physical quantity increases above a predetermined value, this predetermined value being for example a maximum charge state of
  • control device outputs a control signal to the charger and thus controls the charger so that it reduces the physical load size successively. Successive in the sense of the present invention means in particular that the
  • Charger does not reduce the physical charge size in one step to zero units of physical charge size, i. off. Rather, in particular the charging size is continuously reduced here. In particular, the charge size is reduced to a minimum load value that is greater than zero units of physical load size. In particular, the charging size only then on
  • Zero reduced if it was previously successively reduced to the minimum value That is, in particular, that the charger only ends the charging process when the physical charge size has reached the minimum value.
  • a successive reduction in the charge size causes the physical quantity in the memory cell, in which the physical quantity previously increased above a predetermined value, to fall below this predetermined value again, so that this memory cell can also be charged without danger by means of the reduced charge size.
  • a lower voltage now drops at an internal resistance of the cell, so that a cell voltage decreases, whereupon the control device resets its control signal in particular.
  • the other cells, in which the physical quantity was not above a predetermined value are likewise further charged by means of the reduced charge size.
  • the charging process was already terminated here, so that the memory cells in which the physical quantity was below the predetermined value were no longer charged, although they were have not yet reached their maximum possible degree of filling.
  • the memory device according to the invention by the method according to the invention, which can also be referred to as a charging method, a higher degree of filling in comparison to the known storage devices, which were loaded according to the known charging method.
  • Debalanced memory cells in the sense of the present invention particularly designate memory cells which have a different degree of filling. That in particular, that a memory cell has a higher or a lower degree of filling.
  • a debalanced memory cell may also include a faulty memory cell which, for example, can no longer be completely charged.
  • the storage device is preferably formed as an accumulator (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.
  • Metal hydride accumulator a nickel-hydrogen accumulator, a nickel-zinc accumulator or be formed as a tin-sulfur lithium accumulator.
  • the memory cells may preferably be a galvanic cell.
  • a galvanic cell may also be referred to as a secondary cell.
  • the physical variable is preferably a temperature in the memory cell and / or an electrical voltage in the memory cell.
  • a temperature may also be referred to as a storage cell temperature.
  • a voltage may also be referred to as a memory cell voltage.
  • more than two memory cells are formed.
  • the memory cells can be connected in series to increase a voltage provided by the memory cells or in particular to increase a total capacity of the memory cells are preferably connected in parallel.
  • some memory cells are connected in parallel and some memory cells are connected in series, wherein the memory cells connected in parallel can in turn be connected in parallel or in series to the series-connected memory cell. It can preferably be provided that only in a plurality of memory cells does the physical quantity have to increase above a predetermined value in order to output a corresponding control signal for successively reducing the charging quantity.
  • the memory cells are charged by the CCCV charging method.
  • CCCV stands for the English term “constant currenct constant voltage”.
  • the memory cells are at least partially discharged.
  • this discharging process can be carried out by means of an electronic unit arranged in the storage device.
  • a discharge current can be about 1 A, in particular the discharge process is carried out for a period of a few seconds, in particular of about 1 s.
  • the electrical physical charging quantity is an electrical charging current.
  • the electrical physical charging size can also be an electrical charging voltage, by means of which the memory cells can be charged inductively.
  • the inductive embodiment has the advantage that can be dispensed with charging contacts or charging plugs, which reduces, for example, costs and technical production costs.
  • the charging size is at least partially reduced according to a step function.
  • a step function Preferably, such finds
  • a step reduction in the sense of the present invention means, in particular, that the charge size is virtually reduced instantly to a lower value.
  • a time course of such a stage reduction has a staircase shape.
  • the charging size can be reduced in steps corresponding to 1 A.
  • the charging quantity is at least partially reduced in accordance with an exponential function. That in particular, that the time course of the physical charge size is proportional to the exponential function.
  • further parameters can be provided in particular both in the exponent and as a proportionality factor in the exponential function.
  • the transmission of the control signal can be carried out by means of detuning a temperature signal (NTC). Since that
  • the control signals can be transmitted via the corresponding temperature sensor.
  • the control signal can also be transmitted by wire and / or wirelessly to the charger.
  • control device and the monitoring device may be integrally formed. That in particular, that the control device is integrated in the monitoring device.
  • an electronic device may be formed which comprises both a control device and a monitoring device. Such an electronic device may be formed, for example, as an integrated circuit.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method of operating a memory device for storing electrical energy
  • FIG. 2 shows a storage device for storing electrical energy
  • FIG. 3 is a time chart showing a cell voltage and a charging current in a prior art memory device
  • FIG. 4 shows a time profile of two memory cell voltages and a time profile of a charging current in a memory device according to the invention, when the two memory cells are debalanced;
  • FIG. 5 shows a time profile of two memory cell voltages and a time profile of a charging current in a memory device according to the invention, when the two memory cells are not debalanced.
  • a flowchart of a method for operating a storage device for storing electrical energy wherein the storage device has at least two memory cells.
  • the memory cells are charged by means of a physical charging size, in particular an electrical charging current and / or an electrical charging voltage for inductive charging of the memory cells.
  • the physical charge size is provided by means of an electric charger, not shown.
  • a physical quantity in the memory cells is monitored internally in the memory device.
  • the physical variable may preferably be the memory cell temperature and / or the memory cell voltage.
  • step 105 an evaluation of the monitored physical variables then takes place. If, in this evaluation step 105, it is determined that the physical quantities are below a predetermined value, then the loading process is continued again at step 101, which should be designated here by means of an arrow with reference number 106.
  • a control signal is transmitted to the charger in a step 107, which controls the charger such that it Step 109, the load size gradually reduced.
  • the charging process begins again at step 101, but now the memory cells are charged by means of the successively reduced charge size.
  • Fig. 2 shows a memory device 201 comprising two memory cells 203a and 203b. In an embodiment not shown, more than two memory cells may be provided. The two memory cells 203a and 203b can be charged by means of a physical charging size provided by a charger, not shown.
  • the storage device 201 further comprises a monitoring device 205 which internally monitors a physical quantity in the memory cells 203a, 203b with respect to the memory device 201.
  • the physical variable may be, in particular, the memory cell temperature and / or the memory cell voltage.
  • the memory device 201 comprises a control device 207 which, depending on the monitored variables, outputs a control signal for controlling an electric charging device, not shown, in order to control the charger such that it successively reduces the physical charging quantity.
  • the monitoring device 205 and the control device 207 may also be integrally formed, i. in particular, that the control device 207 is integrated in the monitoring device 205.
  • FIG. 3 shows a time profile of two memory cell voltages, which is designated here by the reference symbols 301 and 303.
  • a maximum permissible value for the storage cell temperature is designated by reference numeral 305.
  • Total voltage of the memory device is located, which is here designated by the reference numeral 307.
  • a maximum allowable value for the total voltage of the memory device is indicated by the reference numeral 309.
  • the time profile of the charging current is indicated by the reference numeral 31 1.
  • the two cells are charged according to the known charging method, which will be explained in more detail below.
  • the two memory cell voltages 301 and 303 are different. In this respect, these are debalanced memory cells. That is, in particular, that a degree of filling in the memory cell corresponding to the memory cell voltage 301 is higher than a filling level in the memory cell corresponding to
  • Memory cell voltage 303 The memory cell voltage 301 will thus increase in time before the memory cell voltage 303 over the maximum allowable value 305. As soon as this is the case, the charging current is reduced to 0 A at the time t 0 and the charging process is thus terminated. Although, as a result, the memory cell has not reached its maximum possible filling level in accordance with the memory cell voltage 303, the charging process is aborted. The total filling level of the memory device is unnecessarily low.
  • FIG. 4 shows the time profile of the corresponding voltages and currents in a memory device according to the invention, which is operated by means of the method according to the invention.
  • the memory cells are debalanced, which is particularly evident in that the two memory cell voltages 301 and 303 are different. Consequently, at the time t 0 , the memory cell voltage 301 will again reach the maximum permissible voltage value 305.
  • the charge current 311 is not reduced to 0 A, but at the time t 0 , this is successively reduced to a value which is above 0 A and below the friendshipladestromwerts.
  • the memory cell voltage 301 again falls below the maximum permissible voltage value 305, so that the memory cell corresponding to the memory cell voltage 301 can also be charged further safely.
  • the memory cell voltage 301 has again risen so far that it rises above the maximum permissible value 305.
  • the charging current 311 is successively reduced, so that in turn the memory cell voltage 301 falls below the maximum value 305. This process is repeated until at a time t 3, the charging current has reached a minimum value, for example 100 mA, whereupon the charging process is terminated, ie in particular that the charging current at time t 3 is reduced to 0 A.
  • the charging current 31 1 is reduced according to a step function.
  • three stages are shown, to which each of the charging current 311st reduced by one level, in particular by 1 A In a further embodiment not shown, more or fewer stages may be provided. The number of current stages depends in particular on the maximum charging current, wherein, for example, at a maximum charging current of 6 A, the charging current 311 is reduced by 1 A at each stage.
  • the charging current 311 is successively reduced in accordance with an exponential function, which is shown in FIG.
  • Fig. 5 the temporal characteristics of the individual voltages and charging currents are also shown.
  • both memory cells are not debalanced, that is, they are balanced. That in particular, that they have an equal charge state such that the memory cell voltage 301 and the memory cell voltage 303 are equal.
  • the invention particularly includes the idea that in the battery pack, the cell voltage and / or the cell temperature are measured, which are evaluated internally in the battery pack. According to the evaluation, a control signal is then transmitted to the charger in order to reduce the charging current and / or the charging voltage successively. According to the invention, therefore, the battery pack controls the charger.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung (201) zum Speichern von elektrischer Energie mit zumindest zwei Speicherzellen (203a, 203b), wobei die Speicherzellen (203a, 203b) mittels einer von einem elektrischen Ladegerät bereitgestellten physikalischen Ladegröße aufgeladen und eine physikalische Größe (301, 303) jeweils in den Speicherzellen (203a, 203b) überwacht werden, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den überwachten Größen (301, 303) ein Steuersignal zum Steuern des Ladegeräts an das Ladegerät übermittelt wird, wobei abhängig von dem Steuersignal die Ladegröße sukzessiv reduziert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Speichervorrichtung (201) zum Speichern von elektrischer Energie.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie. Die Erfindung betrifft ferner eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass während eines Ladevorgangs eines Akkumulators umfassend mehrere Speicherzellen eine Temperatur und/oder eine Spannung in den Speicherzellen gemessen werden. Wenn in einer der Zellen die Temperatur oder die Spannung über einen zulässigen Wert ansteigt, so wird der Ladevorgang beendet, indem beispielsweise ein elektrischer Ladestrom, welcher mittels eines Ladegeräts bereitgestellt wird, abgeschaltet wird.
Nachteilig an einem solchen Ladeverfahren ist insbesondere, dass bei Speicher- zellen mit unterschiedlichen Füllgraden bzw. Ladungszuständen in der Regel die
Speicherzelle mit dem höchsten Füllgrad als erstes die Abschalttemperatur bzw. Abschaltspannung erreicht, woraufhin der Ladevorgang beendet wird. Die anderen Speicherzellen haben dann aber noch nicht ihren maximal möglichen Füllgrad erreicht. Insofern weist in der Summe der Akkumulator einen Ladungszu- stand bzw. Füllgrad auf, welcher unterhalb seines maximal möglichen Ladungszustands liegt. Mehrere Speicherzellen, welche jeweils einen unterschiedlichen Füllgrad aufweisen, werden üblicherweise auch als debalancierte Zellen bezeichnet. Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit zumindest zwei Speicherzellen anzugeben, welches die bekannten Nachteile überwindet und auch bei debalancierten Speicherzellen einen möglichst hohen Füllgrad ermöglicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, eine entsprechende Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie anzugeben.
Diese Aufgaben werden mittels des Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie bereitgestellt. Die Speichervorrichtung umfasst zumindest zwei Speicherzellen. Hierbei werden die Speicherzellen mittels einer von einem elektrischen Ladegerät bereitgestellten physikalischen Ladegröße aufgeladen. Während des Ladevorgangs wird eine physikalische Größe in den einzelnen Speicherzellen überwacht. Abhängig von den überwachten physikalischen Größen wird dann ein Steuersignal an das Ladegerät übermittelt, welches das Ladegerät steuern kann. Abhängig von diesem Steuersignal wird die Ladegröße sukzessiv reduziert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie bereitgestellt, welche zumindest zwei Speicherzellen aufweist. Die Speicherzellen können mittels einer von einem elektrischen Ladegerät bereitgestellten physikalischen Ladegröße aufgeladen werden. Ferner umfasst die Speichervorrichtung eine Überwachungsvorrichtung, welche eine physikalische Größe in den einzelnen Speicherzellen überwacht. Ferner ist eine Steuervorrichtung zum Ausgeben eines von den überwachten Größen abhängigen Steuersignals zum Steuern des elektrischen Ladegeräts gebildet, um die Ladegröße sukzessiv zu reduzieren. Die Erfindung umfasst also den Gedanken, eine Messung von physikalischen Größen der Speicherzellen in der Speichervorrichtung selber durchzuführen. Die physikalische Größe wird insofern in den Speicherzellen intern, also in der Speichervorrichtung, überwacht. Die gemessenen Werte in den Speicherzellen wer- den also nicht aus der Speichervorrichtung nach außen zu dem Ladegerät geführt, welches dann entsprechend eine externe Überwachung durchführt. Die physikalische Größe kann insbesondere abhängig von einem Ladungszustand, weicher auch als ein Füllgrad bezeichnet werden kann, der Speicherzelle sein. Falls diese physikalische Größe über einen vorbestimmten Wert ansteigt, wobei dieser vorbestimmte Wert beispielsweise einem Maximalladungszustand der
Speicherzelle entspricht, gibt die Steuervorrichtung ein Steuersignal an das Ladegerät aus und steuert insofern das Ladegerät derart, dass dieses die physikalische Ladegröße sukzessiv reduziert. Sukzessiv im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere, dass das
Ladegerät die physikalische Ladegröße nicht in einem Schritt auf Null Einheiten der physikalischen Ladegröße reduziert, d.h. abschaltet. Vielmehr wird hier insbesondere die Ladegröße kontinuierlich reduziert. Insbesondere wird die Ladegröße auf einen Minimalladewert reduziert, welcher größer als Null Einheiten der physikalischen Ladegröße ist. Insbesondere wird die Ladegröße erst dann auf
Null reduziert, wenn sie zuvor auf den Minimalladewert sukzessiv reduziert wurde. D.h. also insbesondere, dass das Ladegerät erst dann den Ladevorgang beendet, wenn die physikalische Ladegröße den Minimalladewert erreicht hat. Ein sukzessives Reduzieren der Ladegröße bewirkt insbesondere, dass die physikalische Größe in der Speicherzelle, in welcher zuvor die physikalische Größe über einen vorbestimmten Wert anstieg, wieder unterhalb dieses vorbestimmten Werts sinkt, so dass auch diese Speicherzelle mittels der reduzierten Ladegröße gefahrlos weiter geladen werden kann. Insbesondere fällt nun an einem Innenwi- derstand der Zelle eine geringere Spannung ab, so dass eine Zellenspannung sinkt, woraufhin die Steuervorrichtung insbesondere ihr Steuersignal zurücksetzt. Die anderen Zellen, in welchen die physikalische Größe nicht über einem vorbestimmten Wert lag, werden entsprechend ebenfalls mittels der reduzierten Ladegröße weitergeladen. Im Stand der Technik wurde hier bereits der Ladevorgang beendet, so dass die Speicherzellen, in welchen die physikalische Größe unter dem vorbestimmten Wert lag, nicht mehr weiter aufgeladen wurden, obwohl sie ihren maximal möglichen Füllgrad noch nicht erreicht haben. Insofern weist die erfindungsgemäße Speichervorrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches auch als ein Ladeverfahren bezeichnet werden kann, einen höheren Füllgrad auf im Vergleich zu den bekannten Speichervorrichtungen, welche ent- sprechend den bekannten Ladeverfahren geladen wurden.
Debalancierte Speicherzellen im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen insbesondere Speicherzellen, welche einen unterschiedlichen Füllgrad aufweisen. D.h. also insbesondere, dass eine Speicherzelle einen höheren oder einen niedrigeren Füllgrad aufweist. Eine debalancierte Speicherzelle kann auch eine fehlerhafte Speicherzelle umfassen, welche beispielsweise nicht mehr komplett geladen werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Speichervorrichtung vorzugsweise als ein Akkumulator (Akku) gebildet. Ein Akkumulator kann auch als ein Akku-Pack 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 Ni- ckel-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.
Nach einer Ausführungsform kann es sich bei den Speicherzellen vorzugsweise um eine galvanische Zelle handeln. Im Zusammenhang mit Akkumulatoren kann eine solche galvanische Zelle auch als eine Sekundärzelle bezeichnet werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei der physikalischen Größe um eine Temperatur in der Speicherzelle und/oder eine elektrische Spannung in der Speicherzelle. Eine solche Temperatur kann vorzugsweise auch als eine Speicherzellentemperatur bezeichnet werden. Eine solche Spannung kann vorzugsweise auch als eine Speicherzellenspannung bezeichnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform sind mehr als zwei Speicherzellen gebildet. Die Speicherzellen können insbesondere zur Erhöhung einer mittels der Speicherzellen bereitgestellten Spannung beispielsweise in Reihe geschaltet werden oder insbesondere zur Erhöhung einer Gesamtkapazität der Speicherzellen vorzugsweise parallel geschaltet werden. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass einige Speicherzellen parallel geschaltet sind und einige Speicherzellen in Reihe geschaltet sind, wobei die parallel geschalteten Speicherzellen zu der in Reihe geschalteten Speicherzelle wiederum parallel oder in Reihe geschaltet sein können. Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass erst in mehreren Speicherzellen die physikalische Größe über einen vorbestimmten Wert ansteigen muss, um ein entsprechenden Steuersignal zum sukzessiven Reduzieren der Ladegröße auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Speicherzellen mittels des CCCV- Ladeverfahrens geladen. Hierbei steht CCCV für die englischen Begriffe „constant currenct constant voltage".
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass abhängig von dem Steuersignal die Speicherzellen zumindest teilweise entladen werden. Dies bewirkt insbesondere, dass die physikalischen Größen in den einzelnen Speicherzellen weiter sinken, so dass, selbst wenn das sukzessive Reduzieren der Ladegröße nicht ausreichend sein sollte, um gefahrlos den Ladevorgang fortzusetzen, dies nach der zumindest teilweisen Entladung wieder möglich ist. Insbesondere kann dieser Entladevorgang mittels einer in der Speichervorrichtung angeordneten Elektronik durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Entlade- strom etwa 1 A betragen, insbesondere wird der Entladevorgang für eine Zeitdauer von einigen Sekunden, insbesondere von etwa 1 s, durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die elektrische physikalische Ladegröße ein elektrischer Ladestrom. Vorzugsweise kann die elektrische physikalische Ladegröße auch eine elektrische Ladespannung sein, mittels welcher die Speicherzellen induktiv aufgeladen werden können. Insbesondere die induktive Ausführungsform bietet den Vorteil, dass auf Ladekontakte bzw. Ladestecker verzichtet werden kann, was beispielsweise Kosten und einen technischen Fertigungsaufwand reduziert.
Nach einer weiteren Ausführungsform wird die Ladegröße zumindest teilweise entsprechend einer Stufenfunktion reduziert. Vorzugsweise findet eine solche
Stufenreduktion bis zu dem vorbestimmten Minimalladewert, welcher allgemein insbesondere etwa 100 mA betragen kann, statt. Eine Stufenreduktion im Sinne der vorliegend Erfindung bedeutet insbesondere, dass die Ladegröße quasi in- stantan auf einen niedrigeren Wert reduziert wird. Ein zeitlicher Verlauf einer solchen Stufenreduktion weist eine Treppenform auf. Insbesondere kann die Lade- große in Stufen entsprechend 1 A reduziert werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Ladegröße zumindest teilweise entsprechend einer Exponentialfunktion reduziert wird. D.h. also insbesondere, dass der zeitliche Verlauf der physikalischen Ladegröße proportional zu der Exponentialfunktion ist. Hierbei können insbesondere sowohl im Exponenten als auch als Proportionalitätsfaktor in der Exponentialfunktion weitere Parameter vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Übermittlung des Steuersignals mit- tels Verstimmen eines Temperatur-Signals (NTC) durchgeführt werden. Da das
Ladegerät insbesondere eine Temperatur der Speichervorrichtung misst, können hierüber über den entsprechenden Temperaturfühler die Steuersignale übertragen werden. In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann das Steuersignal auch drahtgebunden und/oder drahtlos an das Ladegerät übermittelt werden.
Nach einer anderen Ausführungsform können die Steuervorrichtung und die Überwachungsvorrichtung integral gebildet sein. D.h. insbesondere, dass die Steuervorrichtung in der Überwachungsvorrichtung integriert ist. Es kann insbe- sondere eine Elektronikvorrichtung gebildet sein, welche sowohl eine Steuervorrichtung als auch eine Überwachungsvorrichtung umfasst. Eine solche Elektronikvorrichtung kann beispielsweise als eine integrierte Schaltung gebildet sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispie- len und unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie;
Fig. 2 eine Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie; Fig. 3 ein zeitlicher Verlauf einer Zellenspannung und eines Ladestroms bei einer Speichervorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 4 ein zeitlicher Verlauf von zwei Speicherzellenspannungen und ein zeitlicher Verlauf eines Ladestroms in einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung, wenn die beiden Speicherzellen debalanciert sind; und
Fig. 5 ein zeitlicher Verlauf von zwei Speicherzellenspannungen und ein zeitlicher Verlauf eines Ladestroms in einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung, wenn die beiden Speicherzellen nicht debalanciert sind.
Im Folgenden werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Speichervorrichtung zumindest zwei Speicherzellen aufweist. In einem ersten Schritt 101 werden die Speicherzellen mittels einer physikalischen Ladegröße, insbesondere eines elektrischen Ladestroms und/oder einer elektrischen Ladespannung zum induktiven Aufladen der Speicherzellen, aufgeladen. Die physikalische Ladegröße wird hierbei mittels eines nicht gezeigten elektrischen Ladegeräts bereitgestellt. In einem Schritt 103 wird intern in der Speichervorrichtung eine physikalische Größe in den Speicherzellen überwacht. Bei der physikalischen Größe kann es sich vorzugsweise um die Speicherzellentemperatur und/oder die Speicherzellenspannung handeln.
In einem Schritt 105 findet dann eine Auswertung der überwachten physikalischen Größen statt. Wenn bei diesem Auswertungsschritt 105 festgestellt wird, dass die physikalischen Größen unterhalb eines vorbestimmten Werts liegen, so wird der Ladevorgang wieder bei Schritt 101 fortgesetzt, was hier mittels eines Pfeils mit Bezugszeichen 106 gekennzeichnet sein soll.
Wenn aber in dem Auswertungsschritt 105 festgestellt wird, dass zumindest in einer Speicherzelle die überwachte physikalische Größe oberhalb eines vorbestimmten Maximalwerts liegt, wird in einem Schritt 107 ein Steuersignal an das Ladegerät übermittelt, welches das Ladegerät derart steuert, dass dieses in ei- nem Schritt 109 die Ladegröße sukzessiv reduziert. Nachdem die Ladegröße sukzessiv reduziert wurde, beginnt das Ladeverfahren wieder bei dem Schritt 101 , wobei jetzt aber die Speicherzellen mittels der sukzessiv reduzierten Ladegröße geladen werden.
Fig. 2 zeigt eine Speichervorrichtung 201 umfassend zwei Speicherzellen 203a und 203b. In einer nicht gezeigten Ausführungsform können auch mehr als zwei Speicherzellen vorgesehen sein. Die beiden Speicherzellen 203a und 203b können mittels einer physikalischen Ladegröße aufgeladen werden, die von einem nicht gezeigten Ladegerät bereitgestellt wird. Die Speichervorrichtung 201 um- fasst ferner eine Überwachungsvorrichtung 205, welche intern bezogen auf die Speichervorrichtung 201 jeweils eine physikalische Größe in den Speicherzellen 203a, 203b überwacht. Bei der physikalischen Größe kann es sich insbesondere um die Speicherzellentemperatur und/oder die Speicherzellenspannung handeln.
Des Weiteren umfasst die Speichervorrichtung 201 eine Steuervorrichtung 207, welche abhängig von den überwachten Größen ein Steuersignal zum Steuern eines nicht gezeigten elektrischen Ladegeräts an dieses ausgibt, um das Ladegerät derart zu steuern, dass dieses die physikalische Ladegröße sukzessiv redu- ziert.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform können die Überwachungsvorrichtung 205 und die Steuervorrichtung 207 auch integral gebildet sein, d.h. insbesondere, dass die Steuervorrichtung 207 in der Überwachungsvorrichtung 205 integriert ist.
Fig. 3 zeigt einen zeitlichen Verlauf von zwei Speicherzellenspannungen, was hier mit den Bezugszeichen 301 und 303 gekennzeichnet ist. Ein maximal zulässiger Wert für die Speicherzellentemperatur ist mit dem Bezugszeichen 305 ge- kennzeichnet. Ferner ist in dem Graphen der Fig. 3 auch der zeitliche Verlauf der
Gesamtspannung der Speichervorrichtung eingezeichnet, was hier mit dem Bezugszeichen 307 gekennzeichnet ist. Ein maximal zulässiger Wert für die Gesamtspannung der Speichervorrichtung ist mit dem Bezugszeichen 309 gekennzeichnet. Der zeitliche Verlauf des Ladestroms ist mit dem Bezugszeichen 31 1 gekennzeichnet. Hierbei werden die beiden Zellen gemäß den bekannten Ladeverfahren geladen, was im Folgenden näher erläutert wird. Die beiden Speicherzellenspannungen 301 und 303 sind unterschiedlich. Es handelt sich hier insofern um debalancierte Speicherzellen. D.h. also insbesondere, dass ein Füllgrad in der Speicherzelle entsprechend der Speicherzellen- Spannung 301 höher ist als ein Füllgrad in der Speicherzelle entsprechend der
Speicherzellenspannung 303. Die Speicherzellenspannung 301 wird insofern zeitlich gesehen vor der Speicherzellenspannung 303 über den maximal zulässigen Wert 305 ansteigen. Sobald dies der Fall ist, wird der Ladestrom zu dem Zeitpunkt t0 auf 0 A reduziert und der Ladevorgang insofern beendet. Obwohl al- so die Speicherzelle entsprechend der Speicherzellenspannung 303 noch nicht ihren maximal möglichen Füllgrad erreicht hat, wird der Ladevorgang abgebrochen. Der Gesamtfüllgrad der Speichervorrichtung ist insofern unnötig niedrig.
Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der entsprechenden Spannungen und Ströme in einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung, welche mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben wird. Auch hier sind die Speicherzellen debalanciert, was sich insbesondere darin zeigt, dass die beiden Speicherzellenspannungen 301 und 303 unterschiedlich sind. Zum Zeitpunkt t0 wird folglich wieder die Speicherzellenspannung 301 den maximal zulässigen Spannungswert 305 erreichen. Allerdings wird im Gegensatz zum Stand der Technik der Ladestrom 311 nicht auf 0 A reduziert, sondern zum Zeitpunkt t0 wird dieser sukzessiv reduziert auf einen Wert, welcher oberhalb 0 A und unterhalb des Ausgangsladestromwerts liegt. Dadurch wird insbesondere bewirkt, dass die Speicherzellenspannung 301 wieder unter dem maximal zulässigen Spannungswert 305 fällt, so dass auch die Speicherzelle entsprechend der Speicherzellenspannung 301 weiter gefahrlos geladen werden kann. Zu einem Zeitpunkt ti wird aufgrund des weiteren Ladevorgangs die Speicherzellenspannung 301 wieder soweit angestiegen sein, dass sie über den maximal zulässigen Wert 305 ansteigt. Wiederum wird der Ladestrom 311 sukzessiv reduziert, so dass dadurch wiederum die Speicherzellenspannung 301 unter den Maximalwert 305 fällt. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis zu einem Zeitpunkt t3 der Ladestrom einen Minimalladewert erreicht hat, beispielsweise 100 mA, worauf dann der Ladevorgang beendet wird, d.h. insbesondere, dass der Ladestrom zum Zeitpunkt t3 auf 0 A reduziert wird.
In Fig. 4 wird der Ladestrom 31 1 entsprechend einer Stufenfunktion reduziert. In Fig. 4 sind drei Stufen eingezeichnet, zu denen sich jeweils der Ladestrom 311 um eine Stufe, insbesondere um 1 A, reduziert. In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform können auch mehr oder weniger Stufen vorgesehen sein. Die Anzahl der Stromstufen richtet sich insbesondere nach dem maximalen Ladestrom, wobei beispielsweise bei einem maximalen Ladestrom von 6 A jeweils an jeder Stufe der Ladestrom 311 um 1 A reduziert wird.
In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass der Ladestrom 311 entsprechend einer Exponentialfunktion sukzessiv reduziert wird, was in Fig. 5 gezeigt ist.
In Fig. 5 sind ebenfalls die zeitlichen Verläufe der einzelnen Spannungen und Ladeströme eingezeichnet. Im Gegensatz zu Fig. 4 sind aber beide Speicherzellen nicht debalanciert, also balanciert. D.h. insbesondere, dass sie einen gleichen Füllgrad bzw. Ladungszustand aufweisen, so dass die Speicherzellenspannung 301 und die Speicherzellenspannung 303 gleich sind.
Zusammenfassend umfasst also die Erfindung insbesondere den Gedanken, dass im Akku-Pack die Zellenspannung und/oder die Zellentemperatur gemessen werden, welche im Akku-Pack intern ausgewertet werden. Entsprechend der Auswertung wird dann ein Steuersignal an das Ladegerät übermittelt, um den Ladestrom und/oder die Ladespannung sukzessiv zu reduzieren. Erfindungsgemäß steuert also das Akku-Pack das Ladegerät.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Speichervorrichtung (201) zum Speichern von elektrischer Energie mit zumindest zwei Speicherzellen (203a, 203b), wobei die Speicherzellen (203a, 203b) mittels einer von einem elektrischen Ladegerät bereitgestellten physikalischen Ladegröße aufgeladen (101) und eine physikalische Größe (301 , 303) jeweils in den Speicherzellen (203a, 203b) überwacht werden (103), dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von den überwachten Größen (301 , 303) ein Steuersignal zum Steuern des Ladegeräts an das Ladegerät übermittelt wird (107), wobei abhängig von dem Steuersignal die Ladegröße sukzessiv reduziert wird (109).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei abhängig von dem Steuersignal die Speicherzellen (203a, 203b) zumindest teilweise entladen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrische physikalische Ladegröße ein elektrischer Ladestrom (31 1) und/oder eine elektrische Ladespannung zum induktiven Aufladen der Speicherzellen (203a, 203b) ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ladegröße zu- mindest teilweise entsprechend einer Stufenfunktion reduziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ladegröße zumindest teilweise entsprechend einer Exponentialfunktion reduziert wird.
6. Speichervorrichtung (201) zum Speichern von elektrischer Energie, mit zumindest zwei mittels einer von einem elektrischen Ladegerät bereitgestellten physikalischen Ladegröße aufladbaren Speicherzellen (203a, 203b) und einer Überwachungsvorrichtung (205) zum jeweiligen Überwachen einer physikalische Größe (301 , 303) in den Speicherzellen (203a, 203b), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (207) zum Ausgeben eines von den überwachten Größen (301 , 303) abhängigen Steuersignals zum Steuern des elektrischen Ladegeräts gebildet ist, um die Ladegröße sukzessiv zu reduzieren.
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