Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Energiespeicher mit

Kontaktelektroden zumindest zum Abgriff einer elektrischen Nutzspannung, einer Vielzahl von Energiespeicherzellen, die über eine gemeinsame Kontaktierungseinheit unter Zwischenschaltung einer Kontrolleinheit zur Beeinflussung zumindest eines Entladevorganges der einzelnen Energiespeicherzellen mit den Kontaktelektroden verbunden sind.

Stand der Technik

Auf dem Gebiet elektromobiler Fortbewegung im Individualverkehr nehmen modulare elektrische Energiespeicher eine zentrale Rolle ein, zumal sie wesentlich

mitbestimmend für die Kommerzialisierung von Elektrofahrzeugen sind.

Typischerweise bestehen elektrische Energiespeicher, sog. Sekundärbatterien, für Elektrofahrzeuge aus einem fest verdrahteten Verbund einzelner Energiezellen, die zum Abgriff der elektrischen Nutzspannung sowie auch zum Wiederaufladen mit einem Batteriemanagementsystem und vorzugsweise mit einer zusätzlichen Kühlung innerhalb eines Gehäuses untergebracht sind. Alle Komponenten sind fest

miteinander verbaut und stellen ein sog. komplettes einheitliches Batteriepack dar.

Derartige fest in einem Fahrzeug installierte Energiespeichersysteme benötigen für das Wiederaufladen, bspw. bei vollständiger Entladung, mehrere Stunden, wodurch sich die Akzeptanz derartiger Elektrofahrzeuge erheblich von konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren unterscheidet, zumal ein typischer

Betankungsvorgang wenige Minuten benötigt. Soll dies zugunsten der

Elektromobilität geändert werden ist zumindest mittelfristig eine erhebliche

Verkürzung des Ladevorganges oder alternativ ein schneller Wechsel des

Energiespeichers unerlässlich.

Derzeit existieren Vorschläge, den Energiespeicher für Elektrofahrzeuge modulartig auszubilden und bedarfsweise, d. h. beim entladenen Energiespeicher gegen einen frisch aufgeladenen Energiespeicher an einer Wechselstation auszuwechseln. Ein derartiger Austauschvorgang benötigt in etwa den gleichen Zeitaufwand wie die Betankung eines konventionell angetriebenen Fahrzeuges, jedoch erfordert ein derartiges auf den Austausch modular ausgebildeter Energiespeicher beruhendes Energieversorgungskonzept für Elektrofahrzeuge standardisierte

Energiespeichermodule. Die zu erwartende Produktvielfalt auf dem stets größer werdenden Elektromobilmarkt wird dieser Forderung erwartungsgemäß jedoch nicht gerecht werden, zumal gerade der Energiespeichertechnologie eine technologische Schlüsselrolle zukommen wird, die mit jener vergleichbar ist, die derzeit für die Verbrennungsmotoren gilt. Erwartungsgemäß wird jedoch Güte und Qualität künftiger Elektromobile nicht in erster Linie durch den elektromotorischen Antrieb, sondern federführend durch die Energiespeichertechnologie bestimmt sein. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass sich die Energiespeichersysteme von unterschiedlichen Herstellern in puncto Qualität, Leistung und Effizienz

unterscheiden werden. Sollte das vorstehend beschriebene Konzept, des

Austausches von modulartig ausgebildeten Energiespeichern aufgrund des zeitlichen Vorteils durchsetzen, so wäre nach den bisherigen Überlegungen eine Bevorratung von aufgeladenen Energiespeichermodulen von unterschiedlichen Herstellern in den Wechselstationen die Folge wäre. Dies jedoch erfordert eine kaum realisierbare und finanzierbare Logistik.

Derzeit auf dem Markt befindliche elektrische Energiespeicher bestehen aus einer Vielzahl einzelner Energiezellen, bspw. in Form von Lithiumionen- und/oder Lithiumpolymerzellen, die über eine gemeinsame Kontaktierungseinheit zur

Erhöhung der Leistungskapazität in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind, so dass an den Kontaktelektroden des Energiespeichers eine elektrische

Nutzspannung in der Größenordnung von einigen 100 V und ein Nennstrom in der Größenordnung von einigen 100 A abgreifbar sind. Es ist bekannt, dass

unerwünschte Zustände während des Ladens und Entladens auftreten können, wenn eine Energiespeicherzelle oder einige Energiespeicherzellen im elektrischen

Verbund mit allen übrigen Energiespeicherzellen wesentliche Eigenschaften zeigt bzw. zeigen, die erheblich von denen anderer Energiespeicherzellen abweichen. Übersteigt bspw. die Ladespannung an einer anormalen Energiespeicherzelle eine vorgegebene Maximalspannüngsgrenze, so kann ein derartiger

Überspannungszustand die Zelle beschädigen und die Lebensdauer der Zelle sowie weiterer Zellen im elektrischen Verbund erheblich verringern. Aus diesem Grunde sehen moderne elektrische Energiespeichersysteme eine, die einzelnen

Energiespeicherzellen überwachende Kontrolleinheit, auch als

Batteriemanagementsystem bezeichnet, vor, die den Entlade- sowie auch

Ladevorgang der einzelnen Energiespeicherzellen überwacht.

Aus der DE 10 2007 038 532 A1 ist ein gattungsgemäßes Akku- bzw. Batteriepack zu entnehmen, das eine Vielzahl miteinander elektrisch verbundener

Energiespeicherzellen umfasst, zu denen einzeln jeweils eine

Überwachungsschaltung zugeordnet sind, um die Funktion der jeweiligen

Energiespeicherzelle zu überwachen und um abhängig davon Zelleninformationen bereitzustellen, bspw. in Form von Zellenspannung, Zellentemperatur,

Zelleninnendruck, Zelleninnenwiderstand und/oder Feuchtigkeit innerhalb der Zelle. Diese Informationen werden über eine Kopplungsanordnung an eine

Signalauswerteschaltung übermittelt. Je nach Ausbildungsform kann die

Signalauswerteschaltung getrennt vom Akku- bzw. Batteriepack oder in diesem integriert.

Der DE 44 08 740 C1 ist eine Schaltungsanordnung zur Überprüfung einer mehrzelligen Batterie zu entnehmen, wie sie beispielsweise für die Entwicklung von Batterien zum Einsatz kommt, um deren Lebensdauer zu optimieren, oder zur einfachen Fernabfrage des Qualitätszustandes von großen Batterieanlagen, bspw. im Rahmen von Notstromaggregaten, wie dies aus der in der vorstehenden

Druckschrift zitierten DE 37 02 591 A hervorgeht. Die bekannte

Schaltungsanordnung sieht eine Vielzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen vor, von denen jede einzelne Batteriezelle über Messleitungen mit einer

Auswerteschaltung verbunden ist. Jede der Auswerteschaltungen ist zu deren Betrieb über ein Kopplungsglied mit einer externen Stromversorgung verbunden. Über weitere Kopplungsglieder ist jede Auswerteschaltung zudem mit einer externen Kontroll- und Steuereinheit verbunden.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Energiespeicher mit Kontaktelektroden zumindest zum Abgriff einer elektrischen Nutzspannung, einer Vielzahl von Energiespeicherzellen, die über eine gemeinsame Kontaktierungseinheit unter Zwischenschaltung einer Kontrolleinheit zur Beeinflussung zumindest eines Entladevorganges der einzelnen Energiespeicherzellen mit den Kontaktelektroden verbunden sind, derart weiterzubilden, dass eine individuelle Handhabung einzelner Energiespeicherzellen insbesondere für den Aufladevorgang der Zellen möglich wird, um den Austausch bzw. Wechsel der Energiespeicherzellen innerhalb eines elektrischen Energiespeichers zu vereinfachen sowie auch zeitlich zu verkürzen. Insbesondere sollen Maßnahmen getroffen werden, durch die die

Wertbestimmenden Komponenten eines Energiespeichers trotz Auswechseln der Energiespeicherzellen im Energiespeicher erhalten bleiben. So soll insbesondere die Akzeptanz von Batteriewechselsystemen insbesondere auf dem

Elektrofahrzeugsektor verbessert werden.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 sowie 2 angegeben. Den Lösungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind

Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Lösungsgemäß ist ein elektrischer Energiespeicher mit Kontaktelektroden zumindest zum Abgriff einer elektrischen Nutzspannung, einer Vielzahl von

Energiespeicherzellen, die über eine gemeinsame Kontaktierungseinheit unter Zwischenschaltung einer Kontrolleinheit zur Beeinflussung zumindest eines

Entladevorganges der einzelnen Energiespeicherzellen mit den Kontaktelektroden verbunden sind, dadurch ausgebildet, dass in jeder einzelnen Energiespeicherzelle zumindest ein lese- und schreibfähiger Datenspeicher integriert ist, der über eine lösbare Schnittstelle mittel- oder unmittelbar mit der Kontrolleinheit verbindbar bzw. verbunden ist. Jede einzelne Energiespeicherzelle stellt somit eine mit dem

Datenspeicher untrennbare Baueinheit dar, wobei es für die technische Funktionalität der Energiespeicherzelle nicht von Bedeutung ist, ob der Datenspeicher oberflächig sichtbar, auf der Energiespeicherzelle aufgebracht oder als integrale Komponente innerhalb der Energiespeicherzelle verbaut ist. Ferner verfügt jede einzelne

Energiespeicherzelle über elektrische Anschlusskontakte derart, dass die

Energiespeicherzelle lösbar mit der Kontaktierungseinheit verbindbar ist. Sowohl die lösbare Schnittstelle zu dem lese- und schreibfähigen Datenspeicher als auch die elektrischen Anschlusskontakte jeder einzelnen Energiespeicherzelle weisen vorzugsweise ein standardisiertes, verpolungssicheres Layout auf, das eine fehlerhafte Kontaktierung, insbesondere in Fällen, in denen die einzelnen

Energiespeicherzellen automatisch, bspw. mit einem Handhabungsroboter

manipuliert werden, auszuschließen vermag. Dabei verfügt das für die

Leistungsübertragung als auch für die Kommunikation dienende

Kontaktierungssystem über eine hohe Robustheit und ist für hohe Steckzyklen ausgelegt. Alternativ zur getrennten Ausbildung der für den Datenaustausch vorgesehenen lösbaren Schnittstelle und den elektrischen Anschlusskontakten seitens der Energiespeicherzellen ist es unter Nutzung geeigneter

Modulationstechniken möglich den Datenaustausch und den Nutzenergieaustausch über gemeinsam nutzbare elektrische Kontaktstellen zu realisieren. Derartig ausgebildete Energiespeicherzellen verfügen somit lediglich über zwei elektrische Kontaktstellen, die den beiden elektrischen Polen der Energiespeicherzellen entsprechen, über die sowohl die Nutzspannung als auch die Datenspeicherinhalte abgegriffen werden können. Dies trägt zur Kostenreduzierung sowie auch zu einer Verbesserung der Robustheit der Energiespeicherzelle bei, die bei der modularen Handhabung während eines erforderlichen Austausches aus dem

Energiespeicherverbund durchaus mechanische Belastungen erfährt.

Schließlich ist jeder Energiespeicherzelle innerhalb des elektrischen

Energiespeichers eine den aktuellen Ladezustand der Energiespeicherzelle dynamisch erfassende Einheit zugeordnet, die dynamisch

Ladezustandsinformationen von der jeweiligen Energiespeicherzelle erstellt und diese in den lese- und schreibfähigen Datenspeicher der Energiespeicherzelle überträgt, aus der die Informationen in Form einer Ladezustandshistorie jederzeit ausgelesen werden können. Der Begriff„Ladezustandshistorie" bezeichnet den zeitlichen Verlauf von Entlade- und Ladezyklen einer Energiespeicherzelle und umfasst somit Informationen über die bisherige Nutzung der Energiespeicherzelle, bspw. zurückliegende Lade- und Entladezyklen. Die den aktuellen Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle dynamisch erfassende Einheit kann getrennt zu oder integriert in der jeweiligen Energiespeicherzelle vorgesehen sein. Im Falle einer separaten Ausbildung bietet es sich an die den aktuellen Ladezustand der

Energiespeicherzelle dynamisch erfassende Einheit in der Kontaktierungseinheit möglichst nahe am Kontaktierungsort zu den Anschlusselektroden der

entsprechenden Energiespeicherzelle vorzusehen.

Darüber hinaus befinden sich auf dem Datenspeicher die jeweilige

Energiespeicherzelle individualisierende Informationen, wie bspw. Zellentyp,

Zellenname, Herstellungsdatum, Hersteller etc.. Mit Hilfe sämtlicher dezentral auf jeder einzelnen Energiespeicherzelle abgespeicherten Informationen ist eine zuverlässige Analyse bzw. Bewertung jeder einzelnen Energiespeicherzelle im Hinblick auf ihren gegenwärtigen Ladezustand, ihre allgemeine

Zustandsbeschaffenheit sowie die zu erwartende Restlebensdauer möglich. Unter Nutzung der in dem jeweiligen Datenspeicher abgelegten und auslesbaren

Informationen kann sowohl zu Zwecken einer kontrollierten Entladung als auch Wiederaufladung die jeweilige Energiespeicherzelle durch die im elektrischen Energiespeicher vorgesehene Kontrolleinheit optimal und individuell angesteuert werden.

Tritt bspw. der Fall auf, dass innerhalb eines elektrischen Energiespeichers eine Energiespeicherzelle hinsichtlich ihrer Ladekapazität von den Ladekapazitäten aller übrigen im Energiespeicher vorhandenen Energiespeicherzellen abweicht, so kann dies mit Hilfe der Kontrolleinheit bei einer kontrollierten Entladung entsprechend berücksichtigt werden, bspw. durch eine Minderentladung der betreffenden

Energiespeicherzelle oder es werden anderweitige Maßnahmen getroffen.

In einer bevorzugten Ausführungsform für einen elektrischen Energiespeicher sind weitere Sensoren innerhalb der einzelnen Energiespeicherzellen integriert, die den aktuellen Zustand der jeweiligen Energiespeicherzelle überwachen und deren Sensorsignale entsprechend im Datenspeicher aufgezeichnet werden. So eignetsich hierzu insbesondere ein im Inneren der Energiespeicherzelle integrierter

Temperatursensor, mit dem es möglich ist, die Energiezelleninnentemperatur dynamisch zu erfassen. Hierdurch können Überhitzungserscheinungen

verzögerungsfrei innerhalb der Energiespeicherzelle erfasst werden, denen mit geeigneten Kontrollmaßnahmen rechtzeitig entgegengetreten werden können, bspw. durch Vorsehen und Aktivieren einer im Inneren des elektrischen Energiespeichers vorgesehenen Kühlung. Alternativ oder in Kombination mit dem Temperatursensor dient ein am oder innerhalb der Energiespeicherzelle integrierter

Ausdehnungssensor zur dynamischen Erfassung des Energiezelleninnendruckes, durch den Zellenfehlfunktionen bereits im Frühstadium detektiert werden können. So führt bspw. Eine zelleninterne Gasbildung oder Flüssigkeitsaustritt zu einer signifikanten Zellinnendruckänderung.

In besonders vorteilhafter Weise ist neben dem vorstehend erläuterten lese- und schreibfähigen Datenspeicher sowie den genannten Sensoren auch ein

Mikrocontroller in der Energiespeicherzelle integriert, der sämtliche erfassten

Sensordaten bzw. Informationen auf den Datenspeicher in zeitlich geordneter Weise abspeichert. Der Mikrocontroller ist auch in der Lage sämtliche sensorisch erfassten Daten und Informationen nach technischer Relevanz zu bewerten und in einer gefilterten und/oder komprimierten Form letztlich abzuspeichern, um auf diese Weise nur jene Ladungszustandsrelevanten Informationen zu erhalten, die für eine zuverlässige Bewertung des aktuellen Ladezustands erforderlich sind. Auf diese weise kann Kosten- und Energieaufwendiger Speicherplatz eingespart werden.

Zusätzlich zu den den Ladezustand beschreibenden Informationen, die sich letztlich aus der chronologischen Erfassung der Zellenspannungswerte jeweils für eine Energiespeicherzelle ergeben und die aktuelle Ladekapazität beschreiben, können die an einer Energiespeicherzelle sensorisch erfassten Informationen, wie

Zellspannung, Temperatur und Innendruck, für eine weiterführende Bewertung der Energiespeicherzelle verwendet werden, nämlich zur Bestimmung des

Alterungszustandes der Energiespeicherzelle. Der Alterungszustand einer

Energiespeicherzelle quantifiziert die mit zunehmendem Alter der

Energiespeicherzelle degradierende Ladekapazität und ermöglicht zumindest eine Abschätzung über die technisch nutzbare Restlebenddauer, d.h. Anzahl von technisch noch nutzbaren Lade- und Entladezyklen. In Kenntnis des

Alterungszustandes der Vielzahl im Energiespeicher eingesetzten

Energiespeicherzellen lässt sich bspw. eine logistisch wertvolle Information dahingehend ableiten, wie viel neue Energiespeicherzellen zu bevorraten sind, um sie bei Bedarf anstelle von„verbrauchten" Energiespeicherzellen einzusetzen.

Nicht notwendigerweise ist es jedoch erforderlich, die Sensoren sowie auch den MikroController als integrale Bestandteile in jeder Energiespeicherzelle zu

implementieren. So sieht eine alternative Ausführungsform eines lösungsgemäß ausgebildeten Energiespeichers lediglich die jeweils über einen Datenspeicher verfügenden Energiespeicherzellen vor, die mit einer Kontaktierungseinheit verbunden sind, in der vorzugsweise für jede einzelne Energiespeicherzelle eine Zellspannungsmesseinheit extern vorgesehen ist. Innerhalb der mit der

Kontaktierungseinheit verbundenen Kontrolleinheit ist eine entsprechende

Mikroprozessoreinheit angeordnet, durch die die pro Energiespeicherzelle aktuell erfasste Zellenspannung in den in der Energiespeicherzelle implementierten Datenspeicher übertragen und abgespeichert wird. Ebenso befindet sich in einer derartigen Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers unmittelbar angrenzend zu jeder einzelnen Energiespeicherzelle ein Temperatur- sowie auch Ausdehnungssensor, über die jeder Energiespeicherzelle zuordenbare Temperatur- sowie auch Druckwerte zuordenbar sind, die mit Hilfe der vorstehend erläuterten, innerhalb der Kontrolleinheit vorgesehenen Mikroprozessoreinheit in den

Datenspeicher der jeweiligen Energiespeicherzelle übertragen werden.

Beide vorstehend erläuterten Ausführungsformen ermöglichen jeweils eine

dezentrale, zellenbasierte Datenhaltung in einem Datenspeicher, der in einer

Energiespeicherzelle integriert ist, wodurch sich die Möglichkeit eines individuellen Wechsels aller oder einzelner Energiespeicherzellen aus einem elektrischen

Energiespeicher eröffnet.

Eine weitere alternative Ausbildung für einen lösungsgemäßen Energiespeicher sieht die Ausbildung von einer Vielzahl über die Kontaktierungseinheit zu einem

Netzverbund miteinander verbundener„intelligenter" Energiespeicherzellen vor, in denen jeweils die Kontrolleinheit dezentral vorgesehen ist. Derartig ausgebildete Energiespeicherzellen, in denen zumindest ein lese- und schreibfähiger

Datenspeicher sowie die Kontrolleinheit, vorzugsweise in Form eines

Mikrokontrollers integriert sind, ermöglicht den Aufbau von nahezu beliebig

erweiterbaren Energiespeichersystemen, in denen die im Netzwerkverbund

miteinander verschalteten einzelnen Energiespeicherzellen miteinander in einem Datenaustausch stehen und somit den Entlade- oder Ladevorgang adaptiv, d.h.

Fallabhängig vom Ladezustand einer jeden einzelnen Energiespeicherzelle

beeinflussen können. Vorzugsweise verfügen die Energiespeicherzellen neben der den aktuellen Ladezustand der Energiespeicherzelle dynamisch erfassenden Einheit, die dynamisch Ladezustandsinformationen von der Energiespeicherzelle erstellt und diese in den lese- und schreibfähigen Datenspeicher zur Erstellung und

Abspeicherung einer Ladezustandshistorie übertragt, auch weitere Sensoren, wie bspw. die Temperatur- und Innendrucksensor. Über entsprechend ausgebildete elektrische Anschlusskontakte können die Energiespeicherzellen mit der Kontaktierungseinheit zur Bewahrung des Modularitätsgedankens lösbar verbunden werden.

Unabhängig von der speziellen Ausgestaltung des elektrischen Energiespeichers ist es vorteilhaft die Kontaktierungseinheit mit von der Kontrolleinheit bzw. von den Kontrolleinheiten aktiv ansteuerbaren Schaltelementen, bspw. in Form von

physikalischen, elektronischen oder induktiven Schaltern bzw. An- /Abkopplungselementen, auszustatten, die ein Zu- oder Abschalten einzelner Energiespeicherzellen zumindest für den Entladevorgang ermöglichen.

Ferner sei bspw. angenommen, dass ein lösungsgemäß ausgebildeter elektrischer Energiespeicher in einem fahrzeugspezifischen, crashsicher ausgebildeten Gehäuse untergebracht ist und zur elektrischen Energieversorgung für ein Elektrofahrzeug dient. Bei einem erforderlichen Austausch bzw. Wechsel eines elektrischen

Energiespeichers wird der erneut aufzuladende elektrische Energiespeicher aus dem Fahrzeug entnommen. Ein bereits in der Wechselstation bevorrateter, aufgeladener Energiespeicher wird in das Fahrzeug eingesetzt, so dass das Fahrzeug innerhalb weniger Minuten die Wechselstation verlassen kann. Aus dem, aus dem Fahrzeug entnommene Energiespeicher werden die leeren Energiespeicherzellen entnommen, vorzugsweise automatisiert mit Hilfe eines Roboters, und gegen bereits voll aufgeladene Energiespeicherzellen ausgetauscht, die in die entsprechenden

Kontaktplätze eingefügt werden. Die entleerten Energiespeicherzellen werden einer Prüfung und einem anschließenden Ladevorgang unterzogen, bei dem der

Ladevorgang unter Berücksichtigung der aus dem jeweiligen Datenspeicher entnommenen Energiespeicherzelleninformation zellenspezifisch vorgenommen wird.

Das Aufladen der Energiespeicherzellen muss jedoch nicht nur durch eine externe Ladestation, wie vorstehend erläutert, erfolgen. Sie kann auch bereits im laufenden Fahrzeugbetrieb durch das Rückspeisen von aufgenommener Energie des mobilen Fahrzeuges, z.B. Bremsenergie im Generatorbetrieb der Antriebe, gezielt einzelnen dafür geeigneten Energiespeicherzellen im Speicherverbund zugeführt werden.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen

Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 erste einfache Ausführungsform für einen elektrischen Energiespeicher, Fig. 2 erweiterte zweite Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers, Fig. 3 Illustration eines Ladevorganges von entleerten Energiespeicherzellen sowie

Fig. 4 Alternative Ausführungsform für einen intelligenten Energiespeicher.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen lösungsgemäß ausgebildeten elektrischen Energiespeicher E, der von einem Gehäuse 1 umgeben ist, das vorzugsweise fahrzeugspezifisch zur lösbarfesten Implementierung an ein

Elektrofahrzeug ausgebildet ist. An der Außenseite des Gehäuses 1 sind zum Abgriff einer elektrischen Nutzspannung U zwei Kontaktelektroden 2 vorgesehen sowie eine Schnittstelle 3, über die den Energiespeicher betreffende Informationen an eine externe Wechselstation (nicht dargestellt) übertragen werden können. Hierauf wird im Weiteren im Einzelnen noch eingegangen.

Das Gehäuse 1 ist mit einem Deckel (nicht dargestellt) verschließbar, Figur 1 zeigt jedoch einen geöffneten Gehäusezustand. Im Inneren des Gehäuses 1 sind vier Energiespeicherzellen 41 bis 44 integriert - selbstverständlich stehen die vier Energiespeicherzellen stellvertretend für eine große Vielzahl von Energiespeicherzellen. Jede einzelne Energiespeicherzelle weist zur

Leistungsstromübergabe Anschlusskontakte 5 auf, die lösbar mit einer ebenso innerhalb des Gehäuses 1 vorgesehenen Kontaktierungseinheit 6 in elektrischem Kontakt stehen. Ferner weist jede einzelne Energiespeicherzelle einen

Datenspeicher 7 auf, der unlösbar jeweils mit der Energiespeicherzelle verbunden ist. Der Datenspeicher 7 verfügt zumindest über einen dynamischen lese- und schreibfähigen Datenspeicher 7', in den dynamisch Ladezustandsinformationen von der jeweiligen Energiespeicherzelle abspeicherbar sind. Zur Erfassung des

Ladezustandes ist in dem in Figur 1 illustrierten Ausführungsbeispiel in der

Kontaktierungseinheit 6 eine jeder einzelnen Energiespeicherzelle zugeordnete Zellspannungsmesseinheit 8 vorgesehen, die über eine Schnittstelle 9 mit dem Datenspeicher 7, 7' verbunden ist und über die die Ladezustandsinformationen in den lese- und schreibfähigen Datenspeicher 7' übertragen und dort abgespeichert werden.

Die einzelnen Energiespeicherzellen 41 bis 44 sind über die Kontaktierungseinheit 6 mit einer Kontrolleinheit 10 verbunden, die u. a. einen Mikroprozessor 1 1 aufweist, der bspw. für die Durchführung der pro Energiespeicherzelle vorgesehenen

Zellspannungsmessung sorgt sowie auch für die dynamische Abspeicherung der pro Energiespeicherzelle ermittelten Ladezustandsinformationen in den Datenspeicher 7'. Darüber hinaus befinden sich innerhalb des Gehäuses 1 im Bereich der

Energiespeicherzellen 41 bis 44 weitere, den aktuellen Zustand der einzelnen Energiespeicherzellen charakterisierende Sensoren S, in Form eines

Temperatursensors sowie auch eines Ausdehnungssensors, deren Sensorsignale über den Mikroprozessor 11 gemeinsam mit den Ladezustandsinformationen in den Datenspeicher 7' zur Abspeicherung übertragen werden. Im Rahmen einer ebenfalls in der Kontrolleinheit 10 vorgesehenen Zellenüberwachungseinheit 12 erfolgt die sensorische Zusammenführung aller zellenspezifischer Zustandsinformationen, d. h. Ladezustand, Temperatur und Ausdehnung, die einer Überwachung dahingehend unterzogen werden, so dass überprüft wird, ob die einzelnen gemessenen

Zellenparameter jeweils in einem vorgebbaren Toleranzbereichen liegen. Treten entsprechende Abweichungen auf, so gilt es geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen, indem bspw. die Entladung bei einer entsprechenden Energiespeicherzelle spezifisch geändert wird oder aber der Ladevorgang wird entsprechend auf den aktuellen Zellenzustand angepasst. Hierzu sorgt eine Steuereinheit 13, die

zumindest den Entladevorgang der einzelnen Energiespeicherzellen in Abhängigkeit von seitens der Zellüberwachungseinheit 12 vorgegebenen Kriterien vornimmt.

Neben dem bereits erwähnten lese- und schreibfähigen Datenspeicher 7 ^' verfügt der Datenspeicher 7 auch über einen statischen, d. h. lediglich einen lesefähigen

Datenspeicher 7", der zumindest eine die Energiespeicherzelle identifizierende Information enthält, die Rückschlüsse auf den Typ der Zelle sowie auch ihre

Anordnung innerhalb des elektrischen Energiespeichers ermöglicht.

Der technische Vorteil des lösungsgemäßen Energiespeichers besteht darin, dass jede einzelne Energiespeicherzelle vollkommen autonom über sämtliche

Informationen verfügt, die für eine individuelle Behandlung bzw. Nutzung der

Energiespeicherzelle im Rahmen eines Entlade- sowie auch Ladevorganges erforderlich sind. Mit Hilfe der in dem Datenspeicher 7 abgelegten Informationen ist es zum einen möglich, die Ehergiespeicherzelle zu identifizieren und darüber hinaus anhand ihrer Nutzungshistorie im Hinblick auf Ladezustand Qualität und zu erwartender Lebensdauer zu qualifizieren. Dies eröffnet die Möglichkeit jede einzelne Energiespeicherzelle aus dem Verbund des elektrischen Energiespeichers zu entnehmen, bspw. mit Hilfe eines automatisierten Wechselsystems und einer Wiederaufladestation zuzuführen, die die Energiespeicherzelle unter

Berücksichtigung der aus dem Datenspeicher auslesbaren Informationen sehr zellenspezifisch optimiert wieder auflädt.

Über die neben den Kontaktelektroden 2 am Gehäuse 1 angebrachte elektrische Schnittstelle 3 können sämtliche Informationen, die über den Mikroprozessor 1 aus den Datenspeichern 7 jeder einzelnen Energiespeicherzellen 41 bis 44 ausgelesen werden, an eine externe Auswerteeinheit bspw. an eine Wechselstation

gesamtheitlich übergeben werden. In Abhängigkeit davon kann der Entnahme- sowie Aufladevorgang jeder einzelnen Energiespeicherzelle zellen- und zeitoptimiert vorgenommen werden.

Figur 2 zeigt ein erweitertes Ausführungsbeispiel für einen elektrischen

Energiespeicher, der gleichfalls in einem Gehäuse 1 eine Vielzahl einzelner

Energiespeicherzellen 41 ^' bis 44 ^' vorsieht, die im Unterschied zum

Ausführungsbeispiel in Figur 1 zusätzlich eine Sensorik S sowie einen

MikroController 14 vorsehen. Jede einzelne Energiespeicherzelle 41 ^' bis 44 ^' stellt somit eine vollständig autonome Energiespeicherzelleneinheit dar, die mittels einer „onboard" Sensorik S die aktuelle Zellenspannung mit einem

Zellenspannungsmesser, die Zelleninnentemperatur mittels eines Temperaturfühlers sowie den Zelleninnendruck mit Hilfe eines Ausdehnungssensors, vorzugsweise in Form eines Dehnmess-Streifens zu erfassen vermag. Die Sensorik S wird über einen Mikrocontroller 14, der ebenfalls am oder innerhalb des Gehäuses 1 an die

Energiespeicherzelle 41 ', 42', 43', 44' angebracht ist, angesteuert, wobei die seitens der Sensorik S generierten Sensordaten in den lese- und schreibfähigen

Datenspeicher 7 ^' übertragen und abgespeichert werden. Im Datenspeicher 7 ^' befinden sich somit Informationen, die den aktuellen Ladezustand, die sog.

Vitaldaten in Form von Temperatur und Innendruck sowie die sich daraus ergebende Zellenhistorie widerspiegeln. Ferner befindet sich im Datenspeicher 7 im Bereich des statischen Datenspeicherteils 7" die jeweilige Energiespeicherzelle identifizierende Informationen, die Hinweise auf den Hersteller, das Herstellerdatum,

Nutzungsinformationen etc. enthalten.

In gleicher weise wie im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 verfügen die Energiespeicherzellen 41 ^' bis 44 ^' über Kontaktelektroden 5, die über ein standardisiertes verpolungssicheres Layout verfügen und mittels leichter und schneller Handhabung in den elektrischen Energiespeicher implementiert bzw. aus diesem entnommen werden können. Das gleiche gilt auch für die Kontaktierung der Schnittstelle 9 mit der innerhalb des Energiespeichers vorgesehenen

Kontaktierungseinheit 6, die im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 nun nicht über separate Zellspannungsmesseinrichtungen 8 verfügt. In gleicher Weise sorgt eine Kontrolleinheit 10 für eine kontrollierte Datenerfassung und - auswertung der aus den Datenspeichern 7 jeder einzelnen Energiespeicherzelle auslesbaren Informationen mit Hilfe eines Mikroprozessors 11 , der in Kommunikation mit einer Überwachungseinheit 12 ^' steht, die wiederum mit einer Steuereinheit 13 verbunden ist, die zumindest die Entladung der einzelnen Energiespeicherzellen in Abhängigkeit von Seiten der Auswerteeinheit 12' bereitgestellten

Energiespeicherzellen spezifischen Kriterien beeinflusst.

In Figur 3 ist eine Ladestation 15 zum Aufladen der in Figur 2 beschriebenen

Energiespeicherzellen 41 ^' bis 44 ^' . Um Wiederholungen zu vermeiden, werden bereits erläuterte Komponenten mit den bereits eingeführten Bezugszeichen versehen.

Aus den über die Kontaktierungseinheit 6 mit der Ladestation 15 elektrisch

verbundenen, einzeln aufzuladenden Energiespeicherzellen 41 ^' bis 44 ^' werden aus den jeweiligen Datenspeichern 7 sämtliche Informationen ausgelesen und im

Rahmen der in der Ladestation 15 vorhandenen Kontrolleinheit 10 ^' ausgewertet. Dies erfolgt gleichfalls mit Hilfe eines Mikroprozessors 11 und einer mit diesen verbundenen Überwachungs- und Auswerteeinheit 12'. In Abhängigkeit der jeweiligen Nutzungshistorie sowie auch des jeweils aktuellen Ladezustandes einer Energiespeicherzelle erfolgt eine individuelle Beladung derselben jeweils kontrolliert bzw. gesteuert durch eine Steuereinheit 13, die mit der Ladeelektronik 16 der

Ladestation 15 in Verbindung steht.

Durch die von jeder einzelnen Energiespeicherzelle 41 ', 42', 43', 44' bereitgestellten Informationen, die sowohl die Nutzugshistorie bzw. Ladungshistorie als auch den aktuellen Zustand beschreiben, kann der Ladevorgang sehr schnell und

zellenspezifisch durchgeführt werden, zumal zeitraubende und komplizierte

Einmessvorgänge jeder einzelnen Energiespeicherzelle vermieden werden können. Auf diese Weise ist es ebenfalls schnell möglich festzustellen, ob zu ladende

Energiespeicherzellen einem weiteren Ladevorgang unterzogen werden können oder aufgrund festgestellter Fehler oder alterungsbedingter Degradationen auszutauschen sind.

Durch die dezentralisierte, d. h. zellenbasierte Datenhaltung, können die einzelnen als Standardmodule ausgebildete Energiespeicherzellen aus dem jeweiligen elektrischen Energiespeicher modular entnommen werden, wohingegen

wertbestimmende Komponenten, wie bspw. das crashsicher ausgebildete Gehäuse 1 , die leistungsfähigen Elektronikkomponenten, wie bspw. die Kontaktierungseinheit 6 sowie Kontrolleinheit 10 als auch eine optional innerhalb des Gehäuses 1 vorzusehende Kühlvorrichtung innerhalb des elektrischen Energiespeichers erhalten bleiben. Somit kann gewährleistet werden, dass herstellungsspezifische

Energiespeicher in ihren wesentlichen wertbestimmenden Komponenten unverändert bleiben. Lediglich gilt es bei einer Wechselstation die einzelnen standardisierten Energiespeicherzellen entsprechend auszutauschen. Für die Praxis bedeutet dies, dass für den Nutzer eines Elektrofahrzeuges sichergestellt ist, dass beim Austausch eines entladenen elektrischen Energiespeichers gegen einen frisch aufgeladenen Energiespeicher gewährleistet ist, der frisch aufgeladene Energiespeicher über die wertbestimmenden, zumeist herstellungsspezifischen Komponenten verfügt, wodurch die Akzeptanz eines derartigen Energiespeicherwechselsystems

entscheidend verbessert werden kann.

Das in Figur 4 illustrierte Ausführungsbeispiel für einen elektrischen Energiespeicher setzt den Einsatz von intelligent aufgebauten einzelnen Energiespeicherzellen 41 ", 42", 43", 44" voraus, die über lösbare elektrische Kontakt 5" lediglich mit einer elektrischen Kontaktierungseinheit 6" verbunden sind, die ihrerseits die elektrischen Kontaktelektroden 2 zum Angriff der Nutzspannung U vorsieht. Es sei darauf hingewiesen, dass die elektrischen Kontakte 5" zum modularen Einsetzen und Entnehmen der einzelnen Energiespeicherzellen 41 ", 42", 43", 44" in bzw. aus den Zellenverbund sowohl getrennte Anschlusskontakte für die Leistungsversorgung und den Datenaustausch vorsehen, wie dies bei den Energiespeicherzellen 41 ", 42" und 43" der Fall ist, oder aber in besonders vorteilhafter Weise lediglich zwei Kontaktpole aufweisen, über die sowohl die Zellennutzspannnung als auch die Daten abgegriffen werden können, wie dies im Fall der Energiespeicherzelle 44" angedeutet ist. Durch eine z.B. aufmodulierte "Power-Line Kommunikation" können getrennte und zusätzliche Leitungen und Kontakte für eine Datenschnittstelle komplett wegfallen. Dann bleiben nur noch die beiden Pole der Energiespeicherzellen selbst als einzige elektrisch leitende Kontaktstellen, siehe Energiespeicherzelle 44".

Im Unterschied zum vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel in Figur 3

übernimmt der in den einzelnen Energiespeicherzellen integrierte MikroController 14" die Aufgaben der bisherigen, zentralen Kontrolleinheit (10, 10') hinsichtlich des Batteriemanagement. Alle übrigen Komponenten bezüglich der Sensorik S und des Datenspeichers 7 verbleiben unverändert. Somit stellt jede einzelne

Energiespeicherzelle eine autarke und intelligent überwachte Energiespeicherzelle dar, die ihre Daten über ein Netzwerk N, das durch die Kontaktierungseinheit 6" realisiert ist, sämtlichen übrigen im Netzverbund vorhandenen Energiespeicherzellen zur Verfügung stellt. Im Rahmen dieses intelligenten Netzwerkes N, vergleichbar mit „cloud Computing", kann der gesamte Energiespeicherbetrieb, d.h. Entladen und Laden bezogen auf jede einzelne Energiespeicherzelle, im Rahmen eines adaptiv, regelbasiert lernenden Netzwerkes vorgenommen werden. Das individuelle Entladen oder auch Aufladen einzelner Energiespeicherzellen im Netzwerk N setzt eine aktiv gesteuerte Zuschaltfunktion voraus. Eine solche Funktion kann durch explizit ansteuerbare physikalische, elektronische oder induktive Schalter 17 innerhalb des Netzwerkes N realisiert werden Dies verbessert und vereinfacht das

Batteriezellenmanagament maßgeblich insbesondere bei nicht-regulären

Betriebszuständen einzelner Zellen (safety cases).

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse'

2 Kontaktelektroden

3 Elektrische Schnittstelle

41 bis 44 sowie Energiespeicherzelle

41 ^' bis 44 ^'

5 Anschlusselektroden

6 Kontaktierungseinheit

7 Datenspeicher

7 ^' Lese- und schreibfähiger Datenspeicher

7" Statischer Datenspeicher

8 Zellspannungsmesseinheit

9 Schnittstelle

10 Kontrolleinheit

1 1 Mikroprozessor für Zelldatenauswertung

12, 12' Auswerteeinheit

13 Steuereinheit

14 Mikrocontroller

15 Ladestation

16 Ladeelektronik

17 Schalter

U Nutzspannung

E Elektrischer Energiespeicher S Sensorik N Netzwerk