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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 angegebenen Gattungen.
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Die Nutzbarkeit oder auch Verfügbarkeit eines wieder aufladbaren elektrochemischen Speichers, nachfolgend kurz als Batterie bezeichnet, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als ein Begriff verstanden, der Auskunft darüber gibt, welche Lade- bzw. Entladevorgänge zu einem ausgewählten Zeitpunkt gut oder schlecht für die Batterie sind. Es ist in diesem Zusammenhang z. B. bekannt, daß es bei einer Batterie wie z. B. einem Bleiakkumulator in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand erforderlich sein kann, die Batterie rechtzeitig zu laden, damit ihre Spannung nicht unter eine kritische Entladeschluß-Spannung absinkt, oder zum Laden möglichst eine Ladespannung zu verwenden, die nur wenig oberhalb einer kritischen Ladesollspannung liegt, deren Höhe u. a. vom Batterietyp, von der Temperatur und von der Vorgeschichte der Batterie abhängig ist. Sowohl eine sogenannte Tiefentladung unter die Entladeschluß-Spannung als auch die Anwendung einer wesentlich oberhalb der Ladesollspannung liegenden Spannung können der Batterie schaden und insbesondere ihre Lebensdauer und ihre Zyklenlebensdauer vermindern.
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Bisher wird die Nutzbarkeit einer Batterie nur anhand des auf verschiedene Arten bestimmbaren Ladezustands beurteilt (z. B.
DE 43 39 568 A1 ,
DE 43 16 471 A1 ). Dabei ist der Ladezustand definiert als der Quotient aus der momentan vorhandenen Ladung einer Batterie in Amperestunden (Ah) und dem maximal nutzbaren, als Nennkapazität bezeichneten und ebenfalls in Ah gemessenen Speicherinhalt der Batterie. Als Hilfsgrößen für die Bestimmung des Ladezustandes werden u. a. der Batteriestrom, die Ruhespannung und die Temperatur, d. h. wie üblich physikalische Meßgrößen verwendet, die sich beim Betrieb der Batterie einstellen. Eine komplexe Aussage über die Nutzbarkeit einer Batterie wird nicht in Erwägung gezogen.
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Bekannt ist ferner, daß eine Batterie mit einem gasungsfähigen Elektrolyten oberhalb der Ladesollspannung stärker zu gasen beginnt und dadurch bei einem Bleiakkumulator ein Teil der Ladeenergie zur Zersetzung von Wasser in H2 und O2 verloren geht. Außerdem ist es bekannt, daß eine Batterie im Laufe der Benutzung irreversiblen, mit einer Alterung verbundenen Veränderungen unterliegt. Dennoch werden derartige Erkenntnisse bisher weder quantitativ erfaßt noch gar zur Beurteilung oder Bestimmung der Nutzbarkeit einer Batterie verwendet. Das führt dazu, daß die Nutzbarkeit aufgrund des Umstands, daß allein der Ladezustand in vorgewählten Grenzen gehalten wird, nicht immer optimal ist.
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Daneben sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die der Bestimmung von physikalischen Größen von Batterien dienen, wobei derartige Größen z. B. von Alterungszuständen abhängige Parameter und die aktuell noch verfügbare Ladekapazität sind (z. B.
DE 40 14 737 A1 ,
DE 195 40 827 A1 ). Andere Druckschriften befassen sich insbesondere mit Verfahren und Vorrichtungen zum Laden und/oder Entladen von Batterien (z. B.
DE 42 03 854 A1 ,
DE 195 02 842 A1 ,
DE 44 22 329 A1 ). Die Nutzbarkeit der Batterien bleibt dabei weitgehend unberücksichtigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Vorrichtung der eingangs bezeichneten Gattungen so zu gestalten, daß zur Beurteilung und Bestimmung der Nutzbarkeit einer Batterie auch andere wichtige Größen erfaßt und in vorgewählten Grenzen gehalten werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 7.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Nutzbarkeit einer Batterie in Richtung einer Aufladung, die z. B. der Nutzung überschüssiger Solarenergie dient, beispielsweise durch Gasungseffekte erheblich verschlechtert wird und ein solcher Zustand vermieden werden muß. Entsprechend kann es trotz Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten für den Ladezustand ungünstig sein, die Batterie weiter zu entladen, bevor nicht vorher eine Volladung vorgenommen wurde. Durch Einbeziehung weiterer Kriterien wird so die Möglichkeit geschaffen, die aktuelle Nutzbarkeit einer Batterie viel feiner als bisher zu beurteilen bzw. zu bestimmen und die Batterie in Abhängigkeit davon so zu betreiben, daß die verschiedenen Batteriezustände innerhalb von für die Nutzbarkeit insgesamt günstigen Grenzwerten bleiben.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen am Beispiel eines Bleiakkumulators näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Diagramm zur Definition eines erfindungsgemäßen Gesundheitszustands;
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2 die erfindungsgemäße Definition von diskreten Nutzbarkeitsstufen und ihre Zuordnung zu verschiedenen Nutzbarkeitsbereichen;
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3 die quantitative Erfassung der verschiedenen Nutzbarkeitsstufen und Nutzbarkeitsbereiche nach 2;
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4 mögliche Wechsel zwischen den Nutzbarkeitsstufen und Nutzbarkeitsbereichen nach 2 und 3;
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5 und 6 schematische Blockschaltbilder von zwei erfindungsgemäßen Vorrichtungen zum Betreiben einer Batterie; und
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7 und 8 schematische Steuerungsfunktionen für die Vorrichtungen nach 5 bzw. 6.
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Normalerweise wird die Nutzbarkeit oder Verfügbarkeit einer Batterie allein durch den eingangs definierten Ladezustand beschrieben. Erfindungsgemäß wird dagegen zur Beurteilung und/oder Bestimmung der Nutzbarkeit wenigstens ein weiterer Zustand der Batterie, insbesondere ein Alterungs-, Gesundheits- und/oder Gasungszustand verwendet.
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Der Alterungszustand wird erfindungsgemäß z. B. als Quotient einer momentan erreichbaren Kapazität und der Nennkapazität definiert, wobei unter ”momentan erreichbarer” Kapazität diejenige Kapazität verstanden wird, die momentan durch Volladung noch erreichbar, aber aufgrund von irreversiblen, durch Langzeiteffekte, chemische Vorgänge od. dgl. bewirkten Zustandsveränderungen bzw. Alterungsprozessen kleiner als die Nennkapazität ist. Der Alterungszustand kann somit z. B. Werte zwischen Eins und Null oder in Prozent ausgedrückt zwischen 100% (keine Alterung) und 0% (völlige Alterung) aufweisen. Möglich wäre auch, den genannten Quotienten von Eins abzuziehen, um dadurch eine Größe zu erhalten, die 0% beim Vorliegen des Idealzustands und 100% nach völliger Alterung beträgt.
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Der Gesundheitszustand erfaßt erfindungsgemäß eine Mehrzahl von reversiblen Alterungszuständen einer Batterie. Wird ein Bleiakkumulator z. B. entladen und über eine längere Zeitspanne stehen gelassen, können sich die beim Entladen gebildeten PbSO4-Moleküle zu großen, als Isolatoren wirkenden PbSO4-Feldern zusammenballen, die die Nutzbarkeit in Richtung der Entladung beeinträchtigen und einem Gesundheitszustand entsprechen, der kleiner als der optimale ist. Durch ein ausreichend frühzeitig erfolgendes Volladen der Batterie können diese PbSO4-Felder reversibel beseitigt werden, wodurch wieder ein Gesundheitszustand von 100% entsteht. Eine auftretende Säureschichtung oder Ladungsdifferenzen zwischen positiven und negativen Elektroden oder zwischen einzelnen Zellen sind weitere reversible Effekte, die durch eine Volladung oder auch eine Ausgleichsladung beseitigt werden können. Dabei wird unter einer Ausgleichsladung eine nur bei mehrzelligen Batterien durchführbare Aufladung verstanden, die zu einer weitgehenden Anpassung der Zustände der einzelnen Zellen aneinander führt und von Zeit zu Zeit für erforderlich gehalten wird, wenn sich der Gesundheitszustand der Batterie insgesamt nicht verschlechtern soll. Für die Zwecke der Erfindung sind in diesem Zusammenhang insbesondere drei Größen bedeutsam, nämlich a) der seit der jeweils letzten Volladung vorgenommene Ladungstransfer in Entladerichtung, d. h. die seit der letzten Volladung durch Entladen der Batterie umgesetzte Ladungsmenge QV, b) die seit der letzten Volladung abgelaufene Zeit tV und c) die seit der letzten Ausgleichsladung abgelaufene Zeit tA.
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Wie 1 zeigt, können die genannten drei Größen QV, tV und tA unterschiedlichen Bereichen zugeteilt werden. In einem ersten Bereich ist tA größer oder gleich Null und kleiner als 8 w (= 8 Wochen), tV größer oder gleich Null und kleiner als 3 w und QV größer oder gleich Null und kleiner als 15 QN, worin QN die zur Verfügung stehende Nennladung bedeutet und wobei sich Ladungstransfers in Entladerichtung von 15 QN z. B. durch 15maliges völliges Entladen und erneutes Volladen der Batterie, aber auch z. B. durch 150maliges Entladen um 10% von QN und entsprechendes Wiederaufladen der Batterie ergeben können. Zwei weitere Bereiche für die drei Größen sind aus 1 ablesbar. Der vierte aus 1 ersichtliche Bereich ist schließlich gegeben für tA ≥ 12 w, tV ≥ 5 w und QV ≥ 20 QN. Außerdem ist aus 1 ersichtlich, daß den Grenzwerten der vier Bereiche die Werte 100%, 67%, 33% und 0% zugeordnet sind.
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Erfindungsgemäß wird aus der Tabelle nach 1 abgeleitet, daß der Gesundheitszustand der Batterie z. B. bei tA = tV = QV = 0 sehr gut ist. Dagegen wird der Gesundheitszustand in den anderen Bereichen danach beurteilt, welche der drei Größen am schlechtesten ist, wobei ein hoher Prozentsatz einem hohen und ein niedriger Prozentsatz einem niedrigen Gesundheitszustand entspricht. Das bedeutet z. B., daß der Gesundheitszustand der Batterie bei 10 w ≤ tA < 12 w zwischen 33% und 0% liegt, selbst wenn die anderen beiden Größen tV und QV irgendwo im Bereich zwischen 33% und 100% liegen. Entsprechend liegt der Gesundheitszustand bei z. B. 15 QN ≤ QV < 18 QN zwischen 33% und 67%, selbst wenn tA = tV = 0 gelten sollte. Insgesamt ist der Gesundheitszustand somit ein Maß für die Wichtigkeit oder Notwendigkeit, die Batterie umgehend zu laden, wobei eine Verbesserung des Gesundheitszustands stets nur durch eine Volladung oder Ausgleichsladung herbeigeführt werden kann. Außerdem ist klar, daß 1 nur ein Beispiel darstellt und sowohl andere Bereiche als auch andere Grenzwerte für die verschiedenen Größen definiert werden können. Möglich wäre auch, den Gesundheitszustand nicht von der jeweils schlechtesten der drei Größen abhängig zu machen, sondern z. B. als eine von zwei oder mehr Größen abhängige Funktion zu definieren.
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Der Gasungszustand der Batterie wird erfindungsgemäß durch die Stärke der Gasung beim Laden der Batterie mit einer vorgegebenen Ladespannung definiert, wobei z. B. die Abweichung der Ladespannung von einer Ladesollspannung, die z. B. von der Temperatur, von der Vorgeschichte oder vom Batterietyp abhängt, als Meßgröße verwendet wird. Bei einem Bleiakkumulator mit sechs Zellen entspricht z. B. eine mittels eines Ladegeräts festlegbare Ladesollspannung einem Wert von 2,4 V pro Zeile bei 20°C. Die Ladesollspannung ist dazu geeignet, die Batterie schonend, d. h. mit geringem Strom und bei vertretbarer Gasung aufzuladen. Allerdings ist die Ladezeit für eine Volladung hierbei mit z. B. 48 h vergleichsweise groß, was die Energieaufnahme bzw. die Nutzbarkeit der Batterie in Laderichtung beeinträchtigt. Daher wäre es denkbar, die Ladespannung um 0,2 V pro Zelle auf insgesamt 15,6 V zu vergrößern. Das führt zwar zu kürzeren Ladezeiten, hat aber eine verstärkte Gasung zur Folge, was vermieden werden muß. Erfindungsgemäß ist daher z. B. vorgesehen, den Gasungszustand in drei Bereiche einzuteilen. Dabei entspricht die Anwendung der Ladesollspannung beim Laden definitionsgemäß einem Gasungszustand von 33% und einer gegenüber der Ladesollspannung um z. B. 0,2 V oder mehr pro Zelle reduzierten Ladespannung von 2,2 V oder weniger pro Zelle einem Gasungszustand von 0%. Eine Erhöhung der Ladesollspannung um 0,2 V pro Zelle führt dagegen zu einem Gasungszustand von 67% und schließlich eine Erhöhung der Ladespannung um 0,4 V oder mehr pro Zelle auf insgesamt 16,8 V oder mehr zu einem Gasungszustand von 100%. Ein hoher Prozentwert des Gasungszustands bedeutet somit eine schlechte Nutzbarkeit der Batterie in Laderichtung infolge der Gasung. Alternativ könnte der Gasungszustand auch mit Werten zwischen Null und Eins definiert werden.
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Im übrigen versteht sich, daß die oben angegebenen Zustände nur Beispiele darstellen und sowohl die qualitativen als auch die quantitativen Angaben je nach Zweckmäßigkeit geändert werden können. So könnte z. B. der Gesundheitszustand alternativ oder zusätzlich durch andere Größen als die angegebenen Größen QV, tA und tV definiert oder der Gasungszustand alternativ oder zusätzlich durch den zum Laden der Batterie verwendeten Strom definiert werden, da auch hohe Ladeströme eine erhöhte Gasung zur Folge haben können.
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Insgesamt zeigen die obigen Betrachtungen, daß die Nutzbarkeit einer Batterie durch zusätzliche Anwendung von wenigstens einem der drei Zustände Alterungszustand, Gesundheitszustand und Gasungszustand sehr viel besser qualitativ beurteilt und quantitativ bestimmt werden kann, als wenn hierfür nur der Ladezustand betrachtet wird. Abgesehen davon kann der Alterungszustand erfindungsgemäß zumindest teilweise auch in den Ladezustand eingebunden werden, indem dieser nicht auf die Nennkapazität, sondern auf die momentan durch Volladung noch erreichbare Kapazität bezogen wird.
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2 zeigt, wie die verschiedenen Zustände einer Batterie erfindungsgemäß klassifiziert bzw. gewichtet werden können. Zunächst sind in 2 acht diskrete Nutzbarkeitsstufen angegeben, die als ”Überladung 1 und 2”, ”Versorgung 1 bis 3” sowie ”Alterung 1 bis 3” bezeichnet sind. Mit diesen Nutzbarkeitsstufen werden drei Nutzbarkeitsbereiche definiert, wobei der Nutzbarkeitsbereich 1 die Nutzbarkeitsstufen ”Versorgung 1 bis 3” und der Nutzbarkeitsbereich 2 die drei Nutzbarkeitsstufen ”Alterung 1 bis 3” enthält, während der Nutzbarkeitsbereich 3 schließlich die beiden Nutzbarkeitsstufen ”Überladung 1 und 2” umfaßt. Die Pfeile in 2 geben an, in welcher Richtung sich die Nutzbarkeit im jeweiligen Nutzbarkeitsbereich verbessert.
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Eine derartige qualitative Beurteilung bzw. Bewertung der Nutzbarkeit kann gemäß 3 auch quantitativ definiert werden. In 3 sind der Ladezustand, der Gesundheitszustand und der Gasungszustand jeweils in unterschiedlichen Zeilen erfaßt, wobei der Alterungszustand gemäß obiger Definition mit im Ladezustand enthalten ist. Jeder der aus 2 ersichtlichen diskreten Nutzbarkeitsstufe sind in unterschiedlichen Spalten vorgewählte Grenzwerte der Lade-, Gesundheits- und Gasungszustände zugeordnet. Die Nutzbarkeitsstufe ”Versorgung 1” bzw. ”V1” ist z. B. gekennzeichnet durch einen Ladezustand von 60% bis 100%, einen Gesundheitszustand von 67% bis 100% und einen Gasungszustand von weniger als 33%, wobei diese drei Werte einer UND-Funktion genügen. Das bedeutet, daß die Nutzbarkeitsstufe ”V1” durch einen hohen Ladezustand, einen hohen Gesundheitszustand und einen sehr niedrigen Gasungszustand definiert ist.
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Die Nutzbarkeitsstufe ”Versorgung 2” bzw. ”V2” ist nach 3 gegeben, wenn der Ladezustand 40% bis 60% beträgt, der Gesundheitszustand größer oder gleich 33% ist und der Gasungszustand unter 33% liegt. Alternativ im Sinne einer ODER-Funktion ist die Nutzbarkeitsstufe ”V2” aber auch für einen Ladezustand von mehr als 40%, einen Gesundheitszustand von 33% bis 67% und einen Gasungszustand von weniger als 33% gegeben. Das bedeutet, daß die im Vergleich zur Stufe ”V1” reduzierte Nutzbarkeit im einen Fall bei einem guten Gesundheitszustand und einer praktisch nicht vorhandenen Gasung hauptsächlich durch den Ladezustand von 40% bis 60% und im anderen Fall bei einem ausreichenden Ladezustand und einer praktisch nicht vorhandenen Gasung hauptsächlich durch den Gesundheitszustand von 33% bis 67% eingeschränkt ist.
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Entsprechende Überlegungen gelten für die übrigen aus 3 ersichtlichen Nutzbarkeitsstufen ”Versorgung 3” bzw. ”V3”, ”Alterung 1” bis ”Alterung 3” bzw. ”A1” bis ”A3” und ”Überladung 1 und 2” bzw. ”U1” und ”U2”. In den Nutzbarkeitsstufen ”A2” und ”A3” ist der Ladezustand unabhängig vom Gesundheitszustand sehr schlecht und bestimmt die Nutzbarkeit daher unabhängig davon, wie groß der Gesundheitszustand ist. In den Nutzbarkeitsstufen ”U1” und ”U2”, denen die beiden Bereiche zugeordnet sind, in denen der Gasungszustand größer oder gleich 33% und kleiner als 67% bzw. größer gleich 67% ist, ist dagegen die Gasung unabhängig davon, wie groß die Lade- und Gesundheitszustände sind, für die schlechte Nutzbarkeit verantwortlich.
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Erfindungsgemäß kann außerdem vorgegeben werden, welche Übergänge zwischen den verschiedenen Nutzbarkeitsbereichen bzw. -stufen zugelassen sind (4). Danach ist z. B. vorgesehen, daß aus der Nutzbarkeitsstufe ”U2” mit der höchsten Gasung nur in die Stufe ”U1” (und umgekehrt) gewechselt werden soll, d. h. es soll zunächst einmal durch eine Verminderung der Gasung eine verbesserte Nutzbarkeit hergestellt werden. Aus der Stufe ”U1” kann durch Reduktion der Gasung sowohl die Stufe ”V1” als auch in die übrigen Stufen gewechselt werden, was im wesentlichen davon abhängt, in welcher Stufe die erhöhte Gasung eingetreten ist. Im übrigen sind Übergänge jeweils von irgendeiner Stufe in die nächst höhere oder nächst tiefere Stufe möglich, wobei lediglich für die Stufe ”A1” ein direkter Übergang in die Stufe ”V3” nicht möglich ist, sondern ein direkter Übergang in die Nutzbarkeitsstufe V1 vorgeschlagen wird, um zunächst einmal den schlechten Gesundheits- oder Ladezustand durch eine Volladung bzw. eine Voll- und Ausgleichsladung zu beseitigen. Dadurch soll erreicht werden, daß ein Wechsel vom Nutzbarkeitsbereich 2 in den Nutzbarkeitsbereich 1 stets nur durch Wiederherstellung des vollen Gesundheits- und Ladezustands mittels einer Volladung oder Ausgleichsladung der Batterie möglich ist. Auch 4 ist allerdings nur als eines von mehreren möglichen Ausführungsbeispielen zu verstehen.
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Die Erfindung ermöglicht es somit nicht nur, die Nutzbarkeit einer Batterie unter Einbindung des Ladezustands, des Alterungszustands, des Gesundheitszustands und des Gasungszustands präzise festzulegen, sondern sie eröffnet vor allem auch die Möglichkeit, die verschiedenen Zustände so innerhalb der genannten Grenzwerte zu halten, wie es für eine lange Lebensdauer der Batterie günstig ist. Dabei werden sowohl energetische Aspekte (Ladezustand) als auch ökonomische Aspekte (Gesundheitszustand, Gasungszustand) in die Betrachtungen einbezogen, und die Wechsel zwischen verschiedenen Nutzbarkeitsstufen einerseits unter Berücksichtigung der momentanen Werte für den Ladezustand, den Gesundheitszustand und den Gasungszustand, andererseits nach eindeutigen, quantitativ festgelegten Kriterien durchgeführt.
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Schließlich werden erfindungsgemäß Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, mittels derer eine Batterie so betrieben werden kann, wie es für sie aufgrund ihres aktuellen Zustands besonders günstig ist. Hierzu ist eine aus 5 ersichtliche Vorrichtung zum Betreiben einer Batterie mit einer Schaltungsanordnung versehen, die einen Generator 1 in Form eines photovoltaischen(PV-)Moduls 1 enthält, der über einen als Gleich- und/oder Wechselrichter ausgeführten Wandler 2 und einen Schalter 3 an ein Gleich- oder Wechselspannungsnetz 4 angeschlossen ist. Entsprechend ist eine Batterie 5 unter Zwischenschaltung eines dem Wandler 2 entsprechenden Wandlers 6 an das Netz 4 angeschlossen. Schließlich ist über einen Schalter 7 auch ein Verbraucher 8 an das Netz 4 angeschlossen.
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Demgegenüber zeigt 6 eine Schaltungsanordnung, die zusätzlich noch einen dem PV-Generator 1 parallel geschalteten Diesel-Generator 9 und einen dem Verbraucher 8 parallel geschalteten, zweiten Verbraucher 10 enthält, wobei der Diesel-Generator 9 und der Verbraucher 10 über weitere Schalter 11 und 12 an das Gleich- oder Wechselspannungsnetz 4 angeschlossen sind.
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Beide Schaltungen dienen in an sich bekannter Weise dem Zweck, die mittels des PV-Moduls 1 bei Sonneneinstrahlung erzeugte elektrische Energie über das Netz 4 den Verbrauchern 8 und 10 zuzuführen und überschüssige Energie in der Batterie 5 zu speichern. Dabei werden die Schalter 3 und 7 in 5 im einfachsten Fall entsprechend der Steuerungsfunktion nach 7 wie folgt gesteuert:
Der Schalter 3 befindet sich in allen Nutzbarkeitsstufen mit Ausnahme der Nutzbarkeitsstufe ”U2” im eingeschalteten Zustand (E). Der Schalter 7 ist mit Ausnahme der Stufe ”A2” und ”A3” im eingeschalteten Zustand (E). Dagegen ist der Schalter 3 in der Stufe ”U2” und der Schalter 7 in den Stufen ”A2” und ”A3” im ausgeschalteten Zustand (A). Das hat zur Folge, daß das PV-Modul 1 die bei Sonneneinstrahlung erzeugte Energie in den Stufen ”U1” bis ”A1” insbesondere dem Verbraucher 8 und überschüssige Energie auch der Batterie 5 zuführt. In der Nutzbarkeitsstufe ”U2”, die starke Gasung bedeutet, weil z. B. der Verbraucher nichts abnimmt und alle erzeugte Energie in die Batterie 5 geliefert wird, wird der Schalter 3 geöffnet (A) und dadurch das PV-Modul 1 vom Netz 4 abgekoppelt. Der Verbraucher 8 entnimmt etwa erforderliche Energie dann der Batterie 5, bis diese wieder die Stufe ”U1” erreicht hat, in dem die Gasung erheblich zurückgegangen ist. Liegen dagegen z. B. die Stufen ”A2” und ”A3” vor, wird der Schalter 7 geöffnet, und dadurch der Verbraucher 8 vom Netz 4 abgekoppelt, um dadurch zunächst einmal die Batterie 5 entsprechend 4 zu laden und über die Stufe A1 durch eine Volladung bzw. durch eine Voll- und eine Ausgleichsladung in die Stufe ”V1” zu überführen. Bereits in Stufe A1 wird der Schalter 7 wieder geschlossen werden.
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Die Steuerung übernimmt z. B. ein Block 14, der als ”Batteriemanagement” bezeichnet werden könnte, z. B. der Batterie 5 zugeordnet ist und die Schalter 3 bzw. 7 in Abhängigkeit von der aktuell erreichten Nutzbarkeitsstufe so öffnet bzw. schließt, wie oben beschrieben wurde. Dadurch werden insbesondere Überladungen und Tiefentladungen der Batterie 5 vermieden. Zur Vermeidung von Überladungen und Tiefentladungen kann die Batterie 5 auch über einen Schalter an das Netz 4 gelegt werden, damit sie in Nachtzeiten, wenn das PV-Modul 1 nicht arbeitet oder die übliche Verbraucherabschaltung defekt ist, nicht ungewollt vom Verbraucher 8 unter die Entladeschluß-Spannung entladen werden kann.
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Bei der Schaltungsanordnung nach 6 werden die Schalter 3, 7, 11 und 12 z. B. entsprechend der aus 8 ersichtlichen Steuerungsfunktion gesteuert. Im Unterschied zu 5 kann der Schalter 12 des Verbrauchers 10 schon ausgeschaltet werden (A), wenn die Batterie die Stufe ”A1” erreicht. Außerdem kann der Schalter 11 für den Diesel-Generator 9 immer dann eingeschaltet werden, wenn die vom PV-Modul 1 erzeugte Energie nicht ausreicht, um einerseits beide Verbraucher 8 und 10 zu versorgen und andererseits die Batterie 5 in einem günstigen Nutzbarkeitsbereich zu halten oder zu bringen. Auch bei dieser Schaltungsanordnung kann die Batterie 5 anstatt direkt über einen zusätzlichen Schalter mit dem Netz 4 verbunden sein.
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Wie in 5 ist der Batterie 5 ein Block 14 (Batteriemanagement) od. dgl. zugeordnet. Zusätzlich ist hier jedoch noch ein Block 15 vorhanden, der als ”Energiemanagement” bezeichnet werden kann und z. B. dem Block 14 übergeordnet ist. Der Block 14 schaltet hier die Schalter 3, 7, 11 und 12 nicht direkt, sondern gibt ein der momentanen Nutzbarkeitsstufe entsprechendes Signal an den Block 15 ab, der seinerseits die Schalter 3, 7, 11 und 12 so steuert, wie es für die Nutzbarkeit günstig ist. Allerdings könnte mit dem Block 14 ”Batteriemanagement” allein z. B. kein Notfall berücksichtigt werden. Ein solcher Notfall kann z. B. vorliegen, wenn bei einem Inselbetrieb, für den die Schaltungsanordnung nach 6 verwendet werden kann, ein Krankenhaus od. dgl. mit Notstrom versorgt werden muß. In diesem Fall kann der Block 15 den Block 14 übersteuern und z. B. im Bedarfsfall eine Tiefentladung der Batterie 5 herbeiführen, einen nicht für den Notfall benötigten Verbraucher (z. B. eine Straßenbeleuchtung) vom Netz 4 abkoppeln oder andere Schaltungen vornehmen, die im Block 14 nicht vorgesehen sind. Außerdem können mit dem Block 14 systemtechnische Notwendigkeiten oder gewollte Änderungen der im Block 14 vorgesehenen Steuerungsfunktion berücksichtigt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Zahlreiche Elemente und Verfahrensschritte können auch anders als in der beschriebenen Weise ausgeführt sein. Die Werte des Lade-, Gesundheits- und Gasungszustands, die die Nutzbarkeitsstufen ”V1” bis ”U2” festlegen, können auch innerhalb einer anderen Wertekombination vorgegeben und zur Definition von mehr oder weniger als acht Nutzbarkeitsstufen bzw. von mehr oder weniger als drei Nutzbarkeitsbereichen verwendet werden. Die Vorrichtungen nach 5 und 6 können auch direkt in einer Batterie als digitale Meßelektronik-Einheiten oder Mikroprozessoren integriert und zur Realisierung einer erfindungsgemäßen Steuerungsfunktion eingerichtet sein. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf Bleiakkumulatoren beschränkt, sondern auch auf andere aufladbare elektrochemische Speicher wie z. B. Nickel/Cadmium-Batterien anwendbar, wobei je nach Batterietyp nicht nur andere Nutzbarkeitsstufen und Nutzbarkeitsbereiche, sondern auch andere Kriterien zur Definition des Lade-, Alterungs-, Gesundheits- und/oder Gasungszustands verwendet werden können. Schließlich versteht sich, daß die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den dargestellten und beschriebenen Kombinationen angewendet werden können.
