Hybridenergiespeichersystem und Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridenergiespeichersystems, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiter ein solches Hybridenergiespeichersystem und ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.

In vielerlei verschiedenen Bereichen wird heutzutage eine Elektrifizierung angestrebt. Dafür sind entsprechend leistungsfähige Energiespeicher notwendig. Dabei gibt es eine Vielzahl von Herausforderungen und Problemen, beispielsweise hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Lebensdauer bzw. Zyklenfestigkeit, der Energie- und Leistungsdichte, der Sicherheit, der zulässigen oder geeigneten Einsatz- oder Umgebungsbedingungen und dergleichen mehr. Keine Art von bisher bekanntem Energiespeicher stellt in allen diesen Bereichen eine optimale Lösung dar, sodass stets Kompromisse notwendig sind. So werden für elektrische Kraftfahrzeuge heutzutage oftmals Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt. Diese verlieren jedoch beispielsweise bei niedrigen Temperaturen an Leistungsfähigkeit und haben zudem eine vergleichsweise geringe Leistungsdichte. Ein anderer Ansatz besteht in der Verwendung von Superkondensatoren, die im Vergleich zu herkömmlichen Akkumulatoren zwar eine deutlich größere Leistungsdichte, allerdings nur eine deutlich geringere Energiedichte als Akkumulatoren gleichen Gewichts aufweisen.

Eine Herstellung von Superkondensatoren ist beispielsweise in der US 9,779,882 B2 beschrieben. Dort ist auch ein Einsatz von Superkondensatoren in einem Kraftfahrzeug beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Langlebigkeit, Robustheit und Leistungsfähigkeit bei der Verwendung eines elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Figur offenbart. Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden zum Betreiben eines Hybridenergiespeichersystems, das wenigstens eine herkömmliche wiederaufladbare Batteriezelle und wenigstens einen Superkondensator umfasst. Erfindungsgemäß wird dabei der wenigstens eine Superkondensator beim Laden und Entladen des Hybridenergiespeichersystems über die wenigstens eine Batteriezelle priorisiert.

Mit anderen Worten kann der wenigstens eine Superkondensator, der im Folgenden stellvertretend für mehrere oder alle Superkondensatoren des Hybridenergiespeichersystems stehen kann, also in einem Ladebetrieb, in dem das Hybridenergiespeichersystem aufgeladen wird, bevorzugt aufgeladen und bei Belastung, also beim Entladen des Hybridenergiespeichersystems, also beim Abrufen von Energie aus dem Hybridenergiespeichersystem, bevorzugt entladen werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass beim Laden zunächst der Superkondensator aufgeladen wird und erst wenn dieser voll aufgeladen ist, die wenigstens eine Batteriezelle, die im Folgenden stellvertretend für mehrere oder alle Batteriezellen des Hybridenergiespeichersystems stehen kann, aufgeladen wird. Analog kann bei einer Belastung, also beim Entladen des Hybridenergiespeichersystems zunächst nur Energie aus dem Superkondensator und erst anschließend Energie aus der Batteriezelle bereitgestellt werden. Ebenso kann eine Priorisierung des Superkondensators im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass stets so viel Energie wie möglich beim Laden dem Superkondensator zugeführt wird und eine Belastung so weit wie möglich aus dem Superkondensator gedeckt wird und ein verbleibender Energiezustrom der Batteriezelle zugeführt bzw. ein restlicher, nicht aus dem Superkondensator allein deckbarer oder bedienbarer Teil der Belastung, also einer jeweiligen Energieanforderung aus der Batteriezelle bedient, also gedeckt wird. Dies kann zumindest jeweils bis zu einem vorgegebenen Grenzwert erfolgen bzw. der Fall sein. So kann beispielsweise - zumindest für bestimmte vorgegebene Betriebszustände oder Bedingungen - ein unterer Schwellenwert oder Minimalladezustand für den Superkondensator vorgegeben sein und eine Belastung des Hybridenergiespeichersystems dann nur bis zum Erreichen dieses unteren Schwellenwerts bzw. Minimalladezustands des Superkondensators nur oder priorisiert aus diesem bedient werden.

Das Laden und Entladen des Hybridenergiespeichersystems unter Priorisierung des Superkondensators kann beispielsweise durch ein entsprechend eingerichtetes Steuergerät gesteuert oder geregelt werden. Ein solches Steuergerät kann Teil des Hybridenergiespeichersystems, insbesondere in dieses integriert, sein. Superkondensatoren weisen im Vergleich zu heutzutage verfügbaren chemischen Batteriezellen eine größere Leistungsdichte auf, sodass sie entsprechend größere Ströme bzw. Leistungen aufnehmen und abgeben können. Dies ist im Gegensatz zu Batteriezellen zudem ohne signifikant gesteigerte Degradation möglich. Zudem weist der Superkondensator im Vergleich zu der Batteriezelle eine höhere Lebensdauer und Zyklenfestigkeit auf. Somit kann durch die Priorisierung des Superkondensators die Batteriezelle entlastet und geschont werden. Dadurch kann also die Alterung oder Degradierung der Batteriezelle minimiert werden, insbesondere ohne die Leistungsfähigkeit des Hybridenergiespeichersystems insgesamt im Vergleich zu einer herkömmlichen, ausschließlich zellbasierten Batterie einzuschränken. Beispielsweise können durch die Priorisierung des Superkondensators relativ kurze Belastungen vollständig aus dem Superkondensator bedienbar sein, sodass dann die alterungsanfälligere Batteriezelle überhaupt nicht belastet wird und somit auch nicht oder nur im unvermeidlichen minimalen Maße degradiert.

Zudem sind Superkondensatoren hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Leistungsfähigkeit weniger empfindlich auf Umgebungs- oder Einsatzbedingungen, wie etwa eine Temperatur. Damit kann durch die Priorisierung des Superkondensators unter verschiedenen Umgebungs- oder Einsatzbedingungen bereits von Anfang an, also unmittelbar ab Inbetriebnahme des Hybridenergiespeichersystems eine konstante Leistungsfähigkeit des Hybridenergiespeichersystems erreicht bzw. sich sichergestellt werden.

Gegebenenfalls kann durch die Priorisierung des Superkondensators zudem zusätzliche Zeit für die Temperierung oder Konditionierung der Batteriezelle gewonnen werden. Dadurch kann die Batteriezelle auch dann, wenn die jeweilige Belastung nicht dauerhaft aus dem Superkondensator allein bedient werden kann, die Batteriezelle bei ihrer letztendlichen Nutzung weniger stark degradieren als wenn sie bereits initial zum Bedienen der Belastung verwendet wurde.

Somit kann insgesamt eine verbesserte Langlebigkeit, Robustheit, Konsistenz der Leistungsentfaltung unter verschiedenen Umgebungs- oder Einsatzbedingungen und eine verbesserte Nachhaltigkeit des Hybridenergiespeichersystems im Vergleich zu herkömmlichen rein zellbasierten Energiespeichern erreicht werden. Darüber hinaus kann aufgrund der vergleichsweise hohen Leistungsdichte des Superkondensators eine vorgegebene Spitzenleistung mit einem Hybridenergiespeichersystem erzielt bzw. bereitgestellt werden, das kleiner, also bauraumsparender als eine herkömmliche rein zellbasierte Batterie gleicher Spitzenleistung sein kann, die dafür mehr Zellen benötigen würde als das hier vorgeschlagene bzw. verwendete Hybridenergiespeichersystem.

Das hier vorgeschlagene bzw. verwendete Hybridenergiespeichersystem kann eine Vielzahl von parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen sowie eine Vielzahl von parallel und/oder seriell verschalteten Superkondensatoren umfassen. Damit kann die vorliegende Erfindung je nach Ausgestaltung flexibel und bedarfsgerecht für vielfältige unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann das Hybridenergiespeichersystem und das erfindungsgemäße Verfahren für einen Betrieb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Das Hybridenergiespeichersystem kann also als Traktionsenergiespeichersystem für ein Kraftfahrzeug ausgestaltet sein.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zu Beginn eines Ladens des Hybridenergiespeichersystems zunächst eine voraussichtliche Zeit bzw. Dauer bis zur nächsten Belastung nach dem Ende des jeweiligen Ladens, bei der das Hybridenergiespeichersystem Entladen wird, also Energie aus dem Hybridenergiespeichersystem abgerufen wird, ermittelt bzw. abgeschätzt. Nur wenn diese Zeit höchstens einem vorgegebenen Schwellenwert, also einer vorgegebenen Maximalzeit bzw. Maximaldauer entspricht, wird dann der wenigstens eine Superkondensator bei dem jeweils aktuellen Laden mit aufgeladen. Mit anderen Worten wird also dann, wenn die ermittelte bzw. abgeschätzte Zeit bzw. Dauer größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, nur die wenigstens eine Batteriezelle aufgeladen und der wenigstens eine Superkondensator nicht aufgeladen, also beispielsweise in seinem aktuellen Ladezustand belassen. Dadurch kann die im Vergleich zu heutigen Batteriezellen größere Selbstentladung des Superkondensators berücksichtigt und ein entsprechender Energieverlust in der Zeit zwischen dem Ende des Aufladens und dem Beginn der nächsten Belastung vermieden oder reduziert werden. Bei der nächsten Belastung, also dem nächsten Einsatz des Hybridenergiespeichersystems ist der Superkondensator dann zwar gegebenenfalls nicht oder nicht vollständig aufgeladen, was jedoch dadurch ausgeglichen werden kann, dass dann bereits initial entsprechend mehr freie Kapazität in dem Superkondensator beispielsweise für eine Rekuperation, also eine Energierückgewinnung zur Verfügung steht. Im Falle eines Kraftfahrzeugs kann dadurch gegebenenfalls zumindest ein Teil des Reichweitenverlustes durch das Nichtaufladen des Superkondensators ausgeglichen und insgesamt, also unter Berücksichtigung der Selbstentladung des Superkondensators eine größere Gesamteffizienz erreicht werden. Zum Abschätzen der voraussichtlichen Zeit bis zur nächsten Belastung nach dem jeweils aktuellen Laden können beispielsweise eine Nutzungshistorie, ein bisheriges oder typisches Nutzerverhalten, eine Einsatzplanung für das Hybridenergiespeichersystem, eine Terminplanung eines Nutzers, eine Tageszeit, ein Wochentag, Umgebungs- oder Wetterbedingungen und/oder dergleichen mehr berücksichtigt, also beispielsweise abgerufen oder ermittelt und ausgewertet werden. Dazu kann beispielsweise ein entsprechendes Vorhersagemodell oder ein entsprechender Vorhersagealgorithmus oder eine tabellarische Zuordnung oder dergleichen vorgegeben sein.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Hybridenergiespeichersystem für eine gewisse Dauerleistungsabgabe, also einen Normaloder Dauerbetrieb, und eine im Vergleich dazu größere, aber zeitlich begrenzte, also nur zeitlich begrenzt zur Verfügung stehende Spitzenleistungsabgabe, also beispielsweise eine Overboost-Funktion oder einen Overboost- Betrieb, ausgelegt bzw. eingerichtet. Es wird dann eine Anforderung für die Spitzenleistungsabgabe aus dem wenigstens einen Superkondensator, also durch Energieabgabe aus dem wenigstens einen Superkondensator, bedient. Dies kann insbesondere erfolgen, ohne die wenigstens eine Batteriezelle stärker zu belasten als dies im Rahmen der Dauerleistungsabgabe maximal vorgesehen ist. Die Belastung, also die Leistungsabgabe der Batteriezellen kann also auch während der zeitlich begrenzten Spitzenleistungsabgabe, also in dem Overboost-Betrieb des Hybridenergiespeichersystems auf einen für die Dauerleistungsabgabe bzw. den Dauerbetrieb vorgegebenen Wert begrenzt werden. Dementsprechend kann die Spitzenleistungsabgabe, also der Overboost-Betrieb bzw. die Overboost-Funktion hier also nur dann verfügbar, also nutzbar oder abrufbar sein, wenn der wenigstens eine Superkondensator zumindest teilweise geladen ist. Auf diese Weise kann zwar die Spitzenleistungsabgabe zumindest zeitweise ermöglicht, gleichzeitig aber die wenigstens eine Batteriezelle geschont werden. Dies kann einen besonders nützlichen Kompromiss aus einer entsprechenden Leistungsfähigkeit und komfortablen Nutzung des Hybridenergiespeichersystems und einer möglichst langen Lebensdauer und einer möglichst großen Nachhaltigkeit des Hybridenergiespeichersystems ermöglichen. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann in gewisser Weise als maximale oder vollständige Priorisierung des Superkondensators über die Batteriezelle bezüglich der Spitzenleistungsabgabe aufgefasst werden. In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Spitzenleistungsabgabe nur freigegeben, also nur dann verfügbar gemacht, wenn der Ladezustand des wenigstens einen Superkondensators wenigstens einem vorgegebenen Schwellenwert, also einem vorgegebenen Mindestladezustand entspricht. Bei entsprechender Verfügbarkeit, also Nutzbarkeit der Spitzenleistungsabgabe wird ein entsprechendes Signal, beispielsweise ein vorgegebenes Steuersignal, ausgegeben, um dies anzuzeigen, insbesondere in mehreren Stufen abhängig vom jeweils aktuellen Ladezustand des wenigstens einen Superkondensators. Im Falle eines Kraftfahrzeugs kann die Verfügbarkeit bzw. die Stufe der Verfügbarkeit beispielsweise mittels eines Kombiinstruments oder dergleichen angezeigt werden. Die verschiedenen Stufen können beispielsweise verschiedene verfügbare Dauern und/oder Leistungsniveaus für die Spitzenleistungsabgabe repräsentieren bzw. anzeigen. Das jeweilige Signal kann beispielsweise durch ein Steuergerät des Hybridenergiespeichersystems ausgegeben werden. Ebenso kann das Hybridenergiespeichersystem selbst eine entsprechende Anzeigeeinrichtung umfassen, an welche das Signal ausgegeben werden kann. Durch den hier vorgesehenen Schwellenwert, ab dem die Spitzenleistungsabgabe ermöglicht wird, kann eine besonders praktikable Nutzbarkeit der Spitzenleistungsabgabe sichergestellt und somit eine besonders komfortable Nutzung des Hybridenergiespeichersystems ermöglicht werden.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird in einem Normal- bzw. Dauerbetrieb, in dem die Spitzenleistungsabgabe nicht abgerufen bzw. nicht bereitgestellt wird, wenn der Ladezustand der wenigstens einen Batteriezelle wenigstens einem vorgegebenen Minimalwert entspricht, der wenigstens eine Superkondensator nur bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert des Ladezustands des Superkondensators priorisiert, also entladen. Damit wird möglichst eine - zumindest je Nutzungs- oder Ladezyklus einmalige - Verfügbarkeit der Spitzenleistungsabgabe, also der auf Overboost-Funktion sichergestellt. Bei Nutzung der Spitzenleistungsabgabe wird dann ein vollständiges Entladen des wenigstens einen Superkondensators zugelassen. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung können die Vorteile des Superkondensators bzw. der Priorisierung des Superkondensators auch im Normalbetrieb zumindest teilweise genutzt und zudem eine relativ häufige und zuverlässige Verfügbarkeit der Spitzenleistungsabgabe erreicht werden. Dabei kann die Spitzenleistungsabgabe, wenn sie genutzt wird, durch das dann zugelassene vollständige Entladen des Superkondensators besonders effektiv genutzt werden. Da eine entsprechend große Leistungsabgabe, wie sie bei der Nutzung der Spitzenleistungsabgabe auftritt, die Batteriezelle besonders stark belasten würde, kann somit die Batteriezelle besonders effektiv geschont werden und somit insgesamt ein besonders günstiger Kompromiss aus maximaler Leistungsfähigkeit und maximaler Langlebigkeit des Hybridenergiespeichersystems erreicht werden.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hybridenergiespeichersystem, das wenigstens eine wiederaufladbare Batteriezelle, wenigstens einen ebenfalls wiederaufladbare Superkondensator und ein Steuergerät zum Steuern des Ladens und Entladens des Hybridenergiespeichersystems umfasst. Das erfindungsgemäße Hybridenergiespeichersystem ist dabei für einen Betrieb gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet. Dazu kann das Steuergerät beispielsweise eine Prozesseinrichtung, also etwa einen Mikrochip, Mikroprozessor oder Mikrocontroller oder dergleichen, und einen damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher umfassen. In diesem Datenspeicher kann dann ein entsprechendes Betriebs- oder Computerprogramm gespeichert sein, das die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Verfahrensschritte, Maßnahmen oder Abläufe oder entsprechende Steueranweisungen codiert oder implementiert. Dieses Betriebs- oder Computerprogramm kann dann durch die Prozesseinrichtung ausführbar sein, um das Hybridenergiespeichersystem gemäß dem entsprechenden Verfahren zu betreiben bzw. zu steuern. Das erfindungsgemäße Hybridenergiespeichersystem kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannte Hybridenergiespeichersystem sein oder diesem entsprechen. Zum Steuern des Ladens und, also zum Lenken oder Zuteilen von Energieströmen zu oder von dem Superkondensator und der Batteriezelle, kann das erfindungsgemäße Hybridenergiespeichersystem insbesondere eine elektronische oder digitale Weichenschaltung oder dergleichen umfassen. Damit kann, beispielsweise gemäß einem vorgegebenen Kennfeld, gesteuert oder geschaltet werden, ob, wie oder wann der Superkondensator und/oder die Batteriezelle verwendet, also geladen bzw. entladen wird. Eine solche Weichenschaltung kann beispielsweise Teil des Steuergeräts oder durch dieses ansteuerbar bzw. schaltbar sein. Das erfindungsgemäße Hybridenergiespeichersystem kann im Vergleich zu herkömmlichen rein zellbasierten Energiespeichern besonders kompakt, leistungsfähig, langlebig und nachhaltig sein. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Hybridenergiespeichersystem im Vergleich zu ähnlich leistungsfähigen rein zellbasierten Energiespeichern vorteilhaft mit weniger Materialien, die hinsichtlich ihrer Seltenheit und Umweltbilanz problematisch sind, hergestellt werden, da Superkondensatoren beispielsweise nicht auf seltene Erden, Edelmetalle, Kobalt oder dergleichen angewiesen sind.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung machen die Superkondensatoren 10 % bis 20 % der Gesamtkapazität des Hybridenergiespeichersystems aus die restlichen 90 % bis 80 % der Gesamtkapazität können durch die Batteriezellen ausgemacht, also bereitgestellt oder gebildet werden. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann ein erfahrungsgemäß besonders günstiger Kompromiss erreicht werden, insbesondere hinsichtlich der größeren Kosten pro Kapazität bzw. Energieinhalt, der geringeren Energiedichte und der größeren Leistungsdichte der Superkondensatoren im Vergleich zu den Batteriezellen. Die hier vorgeschlagene Anteil der Superkondensatoren kann insbesondere für eine Anwendung des Hybridenergiespeichersystems als Traktionsenergiespeicher für ein Kraftfahrzeug günstig sein, nicht zuletzt, da dort auch Gewicht und Bauraumbedarf berücksichtigt werden müssen.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst das Hybridenergiespeichersystem ein von einem flüssigen Temperierungsmedium durchströmbares Temperierungssystem. Dieses Temperierungssystem ist dabei zwar zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, der wenigstens einen Batteriezelle, also insbesondere zum Temperieren aller Batteriezellen des Hybridenergiespeichersystems, aber nicht zum Temperieren des wenigstens einen Superkondensators angeordnet. Mit anderen Worten können also die Batteriezellen mittels des Temperierungssystem flüssiggekühlt sein, während die Superkondensatoren beispielsweise luftgekühlt oder passiv bzw. radiativ gekühlt sein können. Einerseits können durch das hier vorgeschlagene Temperierungssystem die Batteriezellen besonders effektiv, effizient und schnell temperiert, also insbesondere gekühlt oder bei Bedarf erwärmt, werden. Andererseits kann das Temperierungssystem dadurch, dass es die Superkondensatoren ausspart, entsprechend kleiner und leistungsschwächer ausgelegt bzw. ausgestaltet sein. Dadurch kann Material, Kostenaufwand, Gewicht, Bauraumbedarf und Energie - beispielsweise für eine entsprechend schwächere Pumpe des Temperierungssystems - eingespart und somit die Gesamtbilanz des erfindungsgemäßen Hybridenergiespeichersystems hinsichtlich Energieeffizienz und Nachhaltigkeit weiter verbessert werden. Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht dabei auf der Erkenntnis, dass eine aktive Temperierung der Batteriezellen trotz des damit verbundenen Energieaufwands die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen soweit verbessern und die Alterung oder Degradierung der Batteriezellen soweit mindern kann, dass sich ein insgesamt positiver Effekt ergibt, während die Superkondensatoren weitaus weniger temperaturempfindlich sind, sodass dort entsprechender Temperierungsaufwand ohne signifikante Leistungs- oder Komforteinbußen eingespart werden kann.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Hybridenergiespeichersystem aufweist. Das Hybridenergiespeichersystem kann dabei insbesondere als Traktionsenergiespeichersystem des Kraftfahrzeugs ausgestaltet, also zur Versorgung eines elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs eingerichtet sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hybridenergiespeichersystem genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Kraftfahrzeug für eine Rekuperation eingerichtet. Dazu kann beispielsweise beim Verlangsamen des Kraftfahrzeugs ein Elektromotor des Kraftfahrzeugs als Generator zum Einspeisen von Energie in das Hybridenergiespeichersystem betrieben bzw. angesteuert oder geschaltet werden. Das Kraftfahrzeug ist dann weiter dazu eingerichtet, bei einer solchen Rekuperation eine Verteilung eines entsprechenden elektrischen Energieflusses in das Hybridenergiespeichersystem auf den wenigstens einen Superkondensator und die wenigstens eine Batteriezelle in Abhängigkeit von einem jeweils aktuellen Zustand der wenigstens einen Batteriezelle zu steuern. Dieser Zustand kann dabei insbesondere durch die aktuelle Temperatur und/oder den aktuellen Ladezustand der wenigstens einen Batteriezelle gegeben oder definiert sein. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug hier dazu eingerichtet sein, den Energiefluss, also rekuperierte Energie vollständig in den wenigstens einen Superkondensator zu lenken, also einzuspeisen, wenn zum einen dieser noch freie Kapazität aufweist und zum anderen die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle außerhalb eines vorgegebenen Temperaturintervalls liegt und/oder der Ladezustand der wenigstens einen Batteriezelle größer als ein vorgegebener Ladezustandsschwellenwert ist. Durch die Berücksichtigung des Zustands der Batteriezelle kann jeweils ein optimaler Kompromiss zwischen maximaler Rekuperation und minimaler Belastung oder Alterung der Batteriezelle erreicht werden. Beispielsweise kann dann, wenn der aktuelle Zustand der Batteriezelle eine Rekuperation in die Batteriezelle mit minimaler Degradierung zulässt, ein größerer Anteil des reparierten Energiestroms in die Batteriezelle geleitet oder auch eine Rekuperation bei vollständig geladenem Superkondensator ermöglicht bzw. durchgeführt werden. Bei einem Zustand der Batteriezelle, in dem eine Einspeisung von Energie in die Batteriezelle zu einer verstärkten Alterung oder Degradierung führen würde, kann hingegen der rekuperierte Energiefluss vollständig oder zu einem größeren Teil in den Superkondensator gelenkt werden.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung sowie anhand der Zeichnung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine ausschnittweise schematische Seitendarstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridenergiespeichersystem.

Für die Speicherung elektrischer Energie kann ein chemischer Speicher, wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie oder dergleichen, oder ein physikalischer Speicher, wie etwa ein Kondensator, verwendet werden. Insbesondere können diese beiden Mechanismen oder Prinzipien in Kombination miteinander genutzt werden, um die unterschiedlichen Vorteile beider Ansätze zu nutzen und die unterschiedlichen Nachteile beider Ansätze zumindest teilweise auszugleichen.

Als Anwendungsbeispiel dafür zeigt Fig. 1 eine ausschnittweise schematische Seitendarstellung eines Kraftfahrzeugs 1 , das mit einem Hybridenergiespeichersystem 2 ausgestattet ist. Das Hybridenergiespeichersystem 2 umfasst hier beispielhaft ein Hauptgehäuse 3, in dem eine Vielzahl von elektrochemischen wiederaufladbaren Batteriezellen 4 angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber ist hier nur eine repräsentative Auswahl der Batteriezellen 4 explizit gekennzeichnet. Weiter umfasst das Hybridenergiespeichersystem 2 hier ein Nebengehäuse 5, in dem mehrere Superkondensatoren 6 angeordnet sind. Die Superkondensatoren 6 sind ebenfalls wiederaufladbar, nutzen jedoch ein anderes Prinzip zur Energiespeicherung als die Batteriezellen 4 und weisen dementsprechend andere Eigenschaften als diese auf. Das Nebengehäuse 5 ist hier beispielhaft auf dem Hauptgehäuse 3 angeordnet. Ebenso können die Batteriezellen 4 und die Superkondensatoren 6 in einem einzigen, also gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Ebenso können die Superkondensatoren 6 bzw. das Nebengehäuse 5 von den Batteriezellen 4 bzw. dem Hauptgehäuse 3 beabstandet angeordnet sein. Ebenso können die Batteriezellen 4 und/oder die Superkondensatoren 6 verteilt bzw. in mehrere Gruppen aufgeteilt, also an unterschiedlichen Orten angeordnet sein. Damit ergeben sich, beispielsweise auch aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen der Batteriezellen 4 und der Superkondensatoren 6, etwa hinsichtlich der Kühlung bzw. Temperierung, der Brandsicherung und/oder dergleichen mehr, besonders flexible Anordnungsmöglichkeiten. Dies kann beispielsweise eine besonders effiziente Bauraumausnutzung, eine besonders günstige Gewichtsverteilung und/oder dergleichen mehr ermöglichen.

Beispielhaft umfasst das Hybridenergiespeichersystem 2 auch ein Flüssigkeitskühlsystem 7 zum Kühlen bzw. Temperieren der Batteriezellen 4.

Darüber hinaus umfasst das Hybridenergiespeichersystem 2 ein Steuergerät 8 zum Steuern eines Ladens und Entladens des Hybridenergiespeichersystems 2, also der Batteriezellen 4 und der Superkondensatoren 6. Dazu kann das Steuergerät 8 - wie hier schematisch angedeutet - beispielsweise einen Prozessor 9 und einen computerlesbaren Datenspeicher 10 umfassen. Das Hybridenergiespeichersystem 2, insbesondere das Steuergerät 8, ist dazu eingerichtet, beim Laden und Entladen die Superkondensatoren 6 über die Batteriezellen 4 zu priorisieren. Dazu kann das Steuergerät 8 beispielsweise eine hier schematisch angedeutete Weichenschaltung 11 ansteuern, um einen jeweiligen Energiestrom zu oder von den Superkondensatoren 6 und den Batteriezellen 4 zuzulassen, also zu ermöglichen, oder zu unterbrechen, also zu verhindern. Das Priorisieren der Superkondensatoren 6 über die Batteriezellen 4 kann an eine oder mehrere vorgegebene Bedingungen, Umstände oder Zustände, beispielsweise eine Temperatur der Batteriezellen 4 und/oder einen Ladezustand der Batteriezellen 4 und/oder der Superkondensatoren 6 oder dergleichen, gekoppelt sein. Entsprechende Daten, Steueranweisungen und/oder ein entsprechendes Kennfeld können beispielsweise in dem Datenspeicher 10 hinterlegt sein.

Insbesondere kann es hier vorgesehen sein, dass im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 rekuperierte Energie priorisiert in die Superkondensatoren 6 eingeleitet wird. Ebenso kann hier vorgesehen sein, dass eine Overboost-Funktion, welche eine zeitlich begrenzte Bereitstellung bzw. Abgabe einer überdurchschnittlich hohen Spitzenleistung bzw. eine überdurchschnittlich, nur zeitlich begrenzt zulässige Stromstärke ermöglicht, priorisiert oder ausschließlich aus den Superkondensatoren 6 bedient wird. Ein solches Hybridenergiespeichersystem 2 kann im Vergleich zu herkömmlichen, rein batteriezellenbasierten Energiespeichern kleiner, langlebiger, leistungsfähiger und nachhaltiger sein.

BEZUGSZEICHEN LISTE

I Kraftfahrzeug 2 Hybridenergiespeichersystem

3 Hauptgehäuse

4 Batteriezelle

5 Nebengehäuse

6 Superkondensator 7 Flüssigkeitskühlsystem

8 Steuergerät

9 Prozessor

10 Datenspeicher

I I Weichenschaltung