DE102013204346A1 - Balancing in the repair of battery packs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Angleichen eines ersten Ladezustands (25) eines Austauschmoduls (20) in einem Batteriepack (10), der neben dem Austauschmodul (20) mindestens ein Batteriemodul (30) umfasst. Das Batteriemodul (30) befindet sich in einem zweiten Ladezustand (35). Das Angleichen der Ladezustände (25, 35) umfasst ein Schließen mindestens eines Schalters (15) zum elektrischen Verbinden des Austauschmoduls (20) mit einem Netzteil. Ferner wird der erste Ladezustand (25) des Austauschmoduls (20) mit einem ersten und zweiten Schwellenwert (24, 34) verglichen, und der zweite Ladezustand (35) des mindestens einen Batteriemoduls (30) mit einem zweiten Schwellenwert (34) verglichen. Wenn der zweite Ladezustand (35) des mindestens einen Batteriemoduls (30) oberhalb des zweiten Schwellenwerts (34) liegt, wird das mindestens eine Batteriemodul (30) entladen, bis der zweite Ladezustand (35) den ersten Schwellenwert (24) erreicht. Das Austauschmodul (20) wird auf- bzw. entladen, bis der erste Ladezustand (25) gleich dem zweiten Ladezustand (34) ist.The invention relates to a method and a device for matching a first state of charge (25) of an exchange module (20) in a battery pack (10), which comprises at least one battery module (30) in addition to the exchange module (20). The battery module (30) is in a second state of charge (35). The adjustment of the charge states (25, 35) comprises closing at least one switch (15) for the electrical connection of the exchange module (20) to a power supply unit. Furthermore, the first state of charge (25) of the exchange module (20) is compared with a first and second threshold value (24, 34), and the second state of charge (35) of the at least one battery module (30) is compared with a second threshold value (34). If the second state of charge (35) of the at least one battery module (30) lies above the second threshold value (34), the at least one battery module (30) is discharged until the second state of charge (35) reaches the first threshold value (24). The exchange module (20) is charged or discharged until the first state of charge (25) is equal to the second state of charge (34).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Angleichen von Ladezuständen von Batteriemodulen eines Batteriepacks und eines Austauschmoduls. The invention relates to a method and apparatus for equalizing states of charge of battery modules of a battery pack and an exchange module.

Stand der TechnikState of the art

Batteriepacks, die in Antriebsbatterien in Hybrid-, Plug-in-Hybrid-, und Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, sind üblicherweise aus Batteriemodulen aufgebaut. Eine Mehrzahl von Modulen kann zu sogenannten Subunits zusammengefasst sein, die sich beispielsweise eine gemeinsame Kühleinrichtung teilen. Schäden in einem Batteriepack werden typischerweise durch einen Austausch eines beschädigten Moduls behoben. Um die volle Leistungsfähigkeit des Austauschmoduls nach der Montage ausschöpfen zu können, ist es erforderlich, die Ladezustände der Batteriemodule und des Austauschmoduls anzupassen. Zum Zeitpunkt des Modulaustausches kann der Batteriepack einen beliebigen Ladezustand annehmen, während Austauschmodule hingegen in einem Auslieferungszustand eingebaut werden, in dem sie teilweise geladen sind. Es besteht Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung, mit denen Ladezustände in einem Batteriepack und einem Austauschmodul schnell, einfach und präzise aneinander angepasst werden können. Battery packs used in traction batteries in hybrid, plug-in hybrid, and electric vehicles are usually constructed from battery modules. A plurality of modules can be combined to form so-called subunits which, for example, share a common cooling device. Damage in a battery pack is typically resolved by replacing a damaged module. In order to fully exploit the full capacity of the replacement module after assembly, it is necessary to adjust the charge states of the battery modules and the replacement module. At the time of module replacement, the battery pack may assume any state of charge, while replacement modules may be installed in a delivery condition in which they are partially charged. There is a need for a method and apparatus that can quickly, easily and accurately match states of charge in a battery pack and replacement module.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Angleichen eines ersten Ladezustands eines Austauschmoduls vorgeschlagen, das in einen Batteriepack eingesetzt wird. Neben dem Austauschmodul umfasst der Batteriepack mindestens ein Batteriemodul, das sich in einem zweiten Ladezustand befindet. In einem Verfahrensschritt wird mindestens ein Schalter geschlossen um das Austauschmodul mit einem Netzteil zu verbinden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird der erste Ladezustand des Austauschmoduls gemessen und erfasst. Der erfasste erste Ladezustand des Austauschmoduls wird ferner mit einem ersten und zweiten Schwellenwert verglichen. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird der zweite Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls ebenfalls gemessen und erfasst. Darauf wird der erfasste zweite Ladezustand mit einem zweiten Schwellenwert verglichen. According to the invention, a method for equalizing a first state of charge of a replacement module is proposed, which is inserted into a battery pack. In addition to the replacement module, the battery pack includes at least one battery module that is in a second state of charge. In one step, at least one switch is closed to connect the replacement module to a power supply. In a further method step, the first state of charge of the replacement module is measured and recorded. The detected first state of charge of the replacement module is further compared to a first and second threshold. In a subsequent method step, the second state of charge of the at least one battery module is also measured and detected. Then the detected second state of charge is compared with a second threshold.

Das mindestens eine Batteriemodul wird entladen, wenn dessen erfasster zweiter Ladezustand oberhalb des zweiten Schwellenwerts liegt. Das Entladen des mindestens einen Batteriemoduls wird durchgeführt, bis dessen zweiter Ladezustand den ersten Schwellenwert erreicht. Wenn in einem weiteren Verfahrensschritt der erfasste erste Ladezustand des Austauschmoduls unterhalb des zweiten Ladezustands des mindestens einen Batteriemoduls liegt, erfolgt ein Aufladen des Austauschmoduls, bis dessen erster Ladezustand den zweiten Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls erreicht. Wenn der erfasste erste Ladezustand oberhalb des zweiten Ladezustands des mindestens einen Batteriemoduls liegt, erfolgt in einem anschließenden Verfahrensschritt ein Entladen des Austauschmoduls, bis der erste Ladezustand gleich dem zweiten Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls ist.The at least one battery module is discharged when its detected second state of charge is above the second threshold. The discharging of the at least one battery module is carried out until its second state of charge reaches the first threshold value. If, in a further method step, the detected first state of charge of the replacement module is below the second state of charge of the at least one battery module, the exchange module is charged until its first state of charge reaches the second state of charge of the at least one battery module. If the detected first state of charge is above the second state of charge of the at least one battery module, the exchange module is discharged in a subsequent method step until the first state of charge equals the second state of charge of the at least one battery module.

Wenn der erfasste zweite Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls unterhalb des ersten Schwellenwerts liegt, kann in einer alternativen Ausführungsform das mindestens eine Batteriemodul aufgeladen werden, bis der zweite Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls gleich dem ersten Ladezustand des Austauschmoduls ist.If the detected second state of charge of the at least one battery module is below the first threshold, in an alternative embodiment, the at least one battery module can be charged until the second state of charge of the at least one battery module is equal to the first state of charge of the exchange module.

In einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens werden der erste Ladezustand des Austauschmoduls und der zweite Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls ermittelt und anschließend jeweils deren Abgleich mit dem ersten und zweiten Schwellenwert mittels einer Mess- und Steuereinheit durchgeführt. Die Auflade- und Entladevorgänge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt auch mit der Mess- und Steuereinheit durchgeführt. Der Ladezustand ist ein prozentualer Wert, wobei ein Ladezustand von 100% einem vollständig geladenen Batteriemodul bzw. Austauschmodul entspricht. Ein Ladezustand von 0% entspricht einem vollständig entladenen Batteriemodul bzw. Austauschmodul. Des Weiteren entspricht der erste Schwellenwert in einer bevorzugten Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens einem Ladezustand von 30 %. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht der zweite Schwellenwert einem Ladezustand von 40 %. Alternativ können der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert auch identisch sein. In a preferred embodiment of the proposed method, the first state of charge of the exchange module and the second state of charge of the at least one battery module are determined and then each of their comparison with the first and second threshold by means of a measuring and control unit. The charging and discharging processes according to the method of the invention are preferably also carried out with the measuring and control unit. The state of charge is a percentage value, with a state of charge of 100% corresponding to a fully charged battery module or replacement module. A charge state of 0% corresponds to a fully discharged battery module or replacement module. Furthermore, in a preferred embodiment of the proposed method, the first threshold corresponds to a charge state of 30%. In a further preferred embodiment, the second threshold corresponds to a charge state of 40%. Alternatively, the first threshold and the second threshold may also be identical.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt derart ausgelegt, dass beim Aufladen des Austauschmoduls ein Ladestrom von bis zu 20 Ampère, besonders bevorzugt bis zu 10 Ampère, fließt. Darüber hinaus fließt beim vorgeschlagenen Verfahren bevorzugt beim Entladen des mindestens einen Batteriemoduls ein Entladestrom von bis zu 30 Ampère, bevorzugt von bis zu 20 Ampère. Des Weiteren herrschen beim Entladen des mindestens einen Batteriemoduls Gleichstrom-Spannungen von bis zu 750 Volt. The method according to the invention is preferably designed such that a charging current of up to 20 amperes, particularly preferably up to 10 amperes, flows during the charging of the replacement module. In addition, in the proposed method preferably flows when discharging the at least one battery module, a discharge current of up to 30 amps, preferably of up to 20 amps. Furthermore, when discharging the at least one battery module, DC voltages of up to 750 volts prevail.

Bei den Verfahrensschritten, in denen ein Ladezustand des Austauschmoduls oder des mindestens einen Batteriemoduls erfasst wird, oder ein Auflade- bzw. Entladevorgang stattfindet, wird besonders bevorzugt ein 2- oder 4-Quadrantennetzteil eingesetzt, das als Stromquelle oder Last dienen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Anschluss des Austauschmoduls an das Netzteil mit der Mess- und Steuereinheit geprüft. In the method steps in which a state of charge of the replacement module or of the at least one battery module is detected, or a charging or discharging process takes place, a 2- or 4-quadrant power supply is used with particular preference, which can serve as a current source or load. In a further preferred embodiment of the method according to the invention, a connection of the replacement module to the power supply unit with the measuring and control unit is checked.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Angleichen eines ersten Ladezustands eines Austauschmoduls und eines zweiten Ladezustands mindestens einen Batteriemoduls in einem Batteriepack. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst eine Mess- und Steuereinheit, mindestens eine Messleitung und ein Netzteil. Dabei ist die Mess- und Steuereinheit zum Erfassen des ersten und zweiten Ladezustands ausgebildet. Des Weiteren ist das Netzteil zu einem Aufladen des Austauschmoduls bis zu einem ersten Schwellenwert und zum Auf- und Entladen des mindestens einen Batteriemoduls bis zu einem Schwellenwert ausgebildet. Als Netzteil wird bei in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein 2- oder 4-Quadrantennetzteil eingesetzt. Des Weiteren kann die mindestens eine Messleitung nach der Norm CAT IV 600V, CAT III 1000V oder CAT II 1000V ausgebildet sein. Derartige Messleitungen können einen Berührschutz für Spannungen von bis zu 600 Volt bzw. 1000 Volt aufweisen. Bei Batteriepacks mit Spannungen bis zu 600 Volt genügt es, Messleitungen CAT IV 600V zu verwenden, bei Batteriepacks mit Spannungen über 600 Volt werden Messleitungen gemäß CAT II oder CAT III verwendet.The invention further relates to a device for matching a first state of charge of a replacement module and a second state of charge of at least one battery module in a battery pack. The proposed device comprises a measuring and control unit, at least one measuring line and a power supply. In this case, the measuring and control unit is designed to detect the first and second state of charge. Furthermore, the power supply unit is configured to charge the replacement module up to a first threshold value and to charge and discharge the at least one battery module up to a threshold value. As a power supply is used in a preferred embodiment of the device according to the invention, a 2- or 4-quadrant power supply. Furthermore, the at least one measuring lead can be designed in accordance with the CAT IV 600V, CAT III 1000V or CAT II 1000V standard. Such test leads may have contact protection for voltages of up to 600 volts or 1000 volts. For battery packs with voltages up to 600 volts, it is sufficient to use CAT IV 600V test leads; for battery packs with voltages above 600 volts, CAT II or CAT III test leads are used.

Dem mindestens einen Schalter kann ferner eine Sicherung zugeordnet sein. Die vorgeschlagene Vorrichtung wird erfindungsgemäß beim Einsetzen eines Austauschmoduls in ein Batteriepack einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, oder eines Elektrofahrzeugs verwendet. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt es, den Ladezustand eines Austauschmoduls präzise an den Ladezustand mindestens eines Batteriemoduls in einem Batteriepack anzugleichen. Hierdurch wird ein exakt definierter Zustand des Batteriepacks erzeugt, in dem der Batteriepack sofort wieder in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Auf ein Angleichen der Ladezustände des Austauschmoduls und des mindestens einen Batteriemoduls durch eine interne Batteriesteuerung kann verzichtet werden. Der Batteriepack kann unmittelbar nach Abschluss des erfindungsgemäßen Verfahrens vollständig aufgeladen werden. Zusätzliche Reparaturschritte am Batteriepack außerhalb des Kraftfahrzeugs sind nicht erforderlich. Des Weiteren werden beim Reparaturvorgang Arbeitsschritte an einem offenen Batteriepack, das als Hochvoltbatterie ausgebildet sein kann, vermieden. Hierdurch ist ein erheblicher Sicherheitsgewinn für das Bedienpersonal, das den Reparaturvorgang durchführt, gegeben. Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren der Aufwand bei einer Reparatur eines Batteriepacks reduziert und der Reparaturvorgang beschleunigt. The at least one switch may further be associated with a fuse. The proposed device is used according to the invention when inserting a replacement module in a battery pack of a traction battery of a motor vehicle, in particular a hybrid vehicle, or an electric vehicle. The proposed method makes it possible to precisely match the state of charge of a replacement module to the state of charge of at least one battery module in a battery pack. As a result, a precisely defined state of the battery pack is generated, in which the battery pack can be immediately re-installed in a motor vehicle. An equalization of the charge states of the replacement module and the at least one battery module by an internal battery control can be dispensed with. The battery pack can be fully charged immediately after completion of the method according to the invention. Additional repair steps on the battery pack outside the motor vehicle are not required. Furthermore, during the repair process, work steps on an open battery pack, which can be designed as a high-voltage battery, are avoided. As a result, a significant gain in security for the operator who performs the repair process, given. Overall, the expense of repairing a battery pack is reduced by the method according to the invention and the repair process is accelerated.

Des Weiteren kann über die Mess- und Steuereinheit vorgegeben werden, welche Ladezustände im Austauschmodul und im mindestens einen Batteriemodul einzustellen sind. Durch entsprechendes Einstellen der zu erreichenden Schwellenwerte der Ladezustände im Austauschmodul und im mindestens einen Batteriemodul kann die Dauer der Auflade- und Entladevorgänge minimiert werden. Der Zeitaufwand für eine Reparatur eines Batteriepacks wird hierdurch weiter reduziert. Furthermore, it can be specified via the measuring and control unit which charge states are to be set in the replacement module and in the at least one battery module. By correspondingly setting the threshold values of the charge states to be achieved in the replacement module and in the at least one battery module, the duration of the charging and discharging operations can be minimized. The time required for a repair of a battery pack is thereby further reduced.

Darüber hinaus beträgt der Ladezustand eines Austauschmoduls in einem Auslieferungszustand typischerweise 30%, wodurch eine hohe Lagerstabilität gewährleistet wird. Ferner gewährleistet ein Ladezustand von unter 40 %, vorzugsweise von 30%, ein erhöhtes Maß an Sicherheit für Personal, das mit dem Batteriepack arbeitet. Liegt der zweite Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls am Anfang des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen dem ersten Schwellenwert von 30% und dem zweiten Schwellenwert von 40%, kann das Austauschmodul schnell auf einen identischen ersten Ladezustand aufgeladen werden. Hierdurch wird die Reparatur eines Batteriepacks beschleunigt und kostengünstig durchgeführt. In addition, the state of charge of a replacement module in a delivery state is typically 30%, whereby a high storage stability is ensured. Furthermore, a state of charge of less than 40%, preferably 30%, ensures an increased level of safety for personnel working with the battery pack. If the second state of charge of the at least one battery module at the beginning of the inventive method between the first threshold of 30% and the second threshold of 40%, the replacement module can be quickly charged to an identical first state of charge. As a result, the repair of a battery pack is accelerated and carried out inexpensively.

Die mindestens eine Messleitung der Vorrichtung zum Angleichen von Ladezuständen kann insbesondere nach den Normen CAT IV 600V, CAT III 1000V oder CAT II 1000V ausgebildet sein. Derartige Messleitungen verfügen über geschützte Kontakte, wodurch die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöht wird. Derartige Messleitungen können ferner einen Leitungsquerschnitt von 2,5 mm2 und einen 4mm-Stecker aufweisen. Des Weiteren kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem mindestens einen Schalter eine Sicherung zugeordnet sein, die bei einem überhöhten Entlade- oder Ladestrom auslöst. Hierdurch können überhöhte elektrische Lasten am Austauschmodul und am mindestens ein Batteriemodul verhindert werden, so dass Beschädigungen vorgebeugt wird. Eine Sicherung, die dem mindestens ein Schalter zugeordnet ist, erhöht die Zuverlässigkeit und damit die Wirtschaftlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung. The at least one measuring line of the device for equalizing states of charge can in particular be designed according to the standards CAT IV 600V, CAT III 1000V or CAT II 1000V. Such measuring lines have protected contacts, whereby the reliability of the device according to the invention is increased. Such test leads may also have a cross section of 2.5 mm 2 and a 4mm plug. Furthermore, in the device according to the invention, the at least one switch can be assigned a fuse which triggers in the event of an excessive discharge or charging current. As a result, excessive electrical loads on the replacement module and the at least one battery module can be prevented, so that damage is prevented. A fuse, which is associated with the at least one switch, increases the reliability and thus the efficiency of the device according to the invention.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Des Weiteren erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, die auftretenden Aufladeströme auf 20 Ampère und die Entladeströme auf 30 Ampère zu begrenzen. Dabei wird die beim Entladen des mindestens einen Batteriemoduls auftretende elektrische Last von bis zu 750 VA Gleichstrom reduziert. Hierdurch ist es möglich, bei den eingesetzten Komponenten, insbesondere bei einer Messleitung oder dem Netzteil auf einfache und kostengünstige standardisierte Baukomponenten zurückzugreifen. Ferner kann auf Spezialstecker verzichtet werden und ein leichtes Ladegerät eingesetzt werden, das von Hand tragbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere die Verwendung eines 2- oder 4-Quadrantennetzteils, mit dem Auf- und Entladevorgänge von Austauschmodulen bzw. Batteriemodulen schnell und präzise durchgeführt werden können. Ferner kann im vorgeschlagenen Verfahren geprüft werden, ob zwischen dem Netzteil und dem Austauschmodul eine elektrische Verbindung vorliegt. Hierdurch kann eine Fehlfunktion bei einem Angleichen der Ladezustände des mindestens einen Batteriemoduls und des Austauschmoduls verhindert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch zuverlässig und wirtschaftlich. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst weitestgehend standardisierte Baukomponenten, die kostengünstig sind und an ein weites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten angepasst werden können. Furthermore, the method according to the invention allows the charging currents occurring to be limited to 20 amps and the discharge currents to 30 amperes. In this case, the occurring during discharge of the at least one battery module electrical load of up to 750 VA DC is reduced. This makes it possible to resort to simple and inexpensive standardized components in the components used, in particular in a measuring line or the power supply. Furthermore, can be dispensed with special plug be used and a lightweight charger that is portable by hand. The inventive method allows in particular the use of a 2- or 4-quadrant power supply, can be performed quickly and accurately with the charging and discharging of replacement modules or battery modules. Furthermore, it can be tested in the proposed method, whether there is an electrical connection between the power supply and the replacement module. In this way, a malfunction in an adjustment of the charge states of the at least one battery module and the replacement module can be prevented. The inventive method is thereby reliable and economical. The device according to the invention largely comprises standardized construction components, which are inexpensive and can be adapted to a wide range of applications.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, das Einsetzen eines Austauschmoduls in ein Batteriepack zuverlässig, schnell und präzise durchzuführen. Die damit einhergehende Wirtschaftlichkeit verbessert die Eignung von Batteriepacks für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen, insbesondere Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es ferner, auf Spezialladestationen für ganze Batterien außerhalb des Kraftfahrzeugs zu verzichten, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Reparatur einer Traktionsbatterie weiter gesteigert wird.The device according to the invention makes it possible to perform the replacement of a replacement module in a battery pack reliably, quickly and precisely. The associated economy improves the suitability of battery packs for traction batteries of motor vehicles, especially hybrid vehicles or electric vehicles. The inventive method also makes it possible to dispense with special charging stations for whole batteries outside the motor vehicle, whereby the cost of repair of a traction battery is further increased.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die Erfindung wird näher anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to the following drawings.

Es zeigt:It shows:

1 schematisch einen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 schematically a construction of a device according to the invention,

2 schematisch Ladezustände in einem Austauschmodul und in einem Batteriemodul zu Beginn des Angleichverfahrens, 2 schematically states of charge in an exchange module and in a battery module at the beginning of the matching process,

3 schematisch die Ladezustände eines Austauschmoduls und eines Batteriemoduls nach einem Angleichverfahren, 3 schematically the states of charge of an exchange module and a battery module according to a matching method,

4 schematisch Ladezustände eines Austauschmoduls und eines Batteriemoduls in einer weiteren Ausführungsform mit identischen Schwellenwerten und 4 schematically charging states of an exchange module and a battery module in another embodiment with identical thresholds and

5 schematisch den Aufbau eines Batteriepacks mit einem Austauschmodul. 5 schematically the construction of a battery pack with an exchange module.

Ausführungsvariantenvariants

1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, mit der ein erster Ladezustand 25 eines Austauschmoduls 20 und ein zweiter Ladezustand 35 mindestens eines Batteriemoduls 12 aneinander angeglichen werden. Die Vorrichtung 100 ist über Messleitungen 50 an ein Austauschmodul 20 und mindestens ein Batteriemodul 30 angeschlossen. Die Messleitungen 50 sind ferner mit einer Mess- und Steuereinheit 40 verbunden. Des Weiteren verfügt jede der Messleitungen über einen Schalter 15, der das Austauschmodul 20 und das mindestens eine Batteriemodul 30 mit einem Netzteil 60 verbindet. Das Netzteil 60 führt dem Austauschmodul 20 und dem mindestens einen Batteriemodul 30 einen Ladestrom zu oder einen Entladestrom ab. 1 schematically shows the structure of a device according to the invention 100 , with a first state of charge 25 an exchange module 20 and a second state of charge 35 at least one battery module 12 be aligned with each other. The device 100 is via test leads 50 to an exchange module 20 and at least one battery module 30 connected. The test leads 50 are also equipped with a measuring and control unit 40 connected. Furthermore, each of the test leads has a switch 15 who is the replacement module 20 and the at least one battery module 30 with a power supply 60 combines. The power supply 60 leads the replacement module 20 and the at least one battery module 30 a charging current to or a discharge from.

In 2 sind die Ladezustände 25, 35 im Austauschmodul 20 und dem mindestens einen Batteriemodul 30 schematisch dargestellt. Das Austauschmodul 20 weist eine Gesamtkapazität 26 auf, die den maximal möglichen Ladezustand definiert. Das Austauschmodul 20 weist ferner einen momentanen ersten Ladezustand 25 auf, der unterhalb eines ersten Schwellenwerts 24 liegt. Des Weiteren ist in 2 das mindestens eine Batteriemodul 30 dargestellt, das eine Gesamtkapazität 36 aufweist. Das mindestens eine Batteriemodul 30 befindet sich in einem zweiten Ladezustand 35, der einen zweiten Schwellenwert 34 übersteigt. Im in 2 dargestellten Zustand liegen der erste Ladezustand 25 und der zweite Ladezustand 35 noch auseinander und werden mit dem ersten bzw. zweiten Schwellenwert 24, 34 verglichen und aneinander angepasst. In 2 are the charge states 25 . 35 in the exchange module 20 and the at least one battery module 30 shown schematically. The replacement module 20 has a total capacity 26 on, which defines the maximum possible state of charge. The replacement module 20 also has a current first state of charge 25 which is below a first threshold 24 lies. Furthermore, in 2 the at least one battery module 30 represented, which has a total capacity 36 having. The at least one battery module 30 is in a second state of charge 35 that has a second threshold 34 exceeds. Im in 2 shown state are the first state of charge 25 and the second state of charge 35 still apart and are at the first and second threshold, respectively 24 . 34 compared and adapted to each other.

In 3 ist schematisch der Zustand dargestellt, der sich im Austauschmodul 20 und im mindestens einen Batteriemodul 30 nach dem Verfahren zum Angleichen des ersten und zweiten Ladezustands 25, 35 einstellt. Das Austauschmodul 20 und das mindestens eine Batteriemodul 30 weisen jeweils eine Gesamtkapazität 26, 36 auf, die die maximal erreichbaren Ladezustände in den jeweiligen Batteriemodulen definiert. Der erste Ladezustand 25 im Austauschmodul 20 ist identisch mit dem ersten Schwellenwert 24. Ferner ist der zweite Ladezustand 35 im mindestens einen Batteriemodul 30 identisch mit dem ersten Ladezustand 25. Im Zustand gemäß 3 ist das Angleichen der Ladezustände gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeschlossen, so dass der nicht dargestellte Batteriepack 10, zu dem das Austauschmodul 20 und das mindestens eine Batteriemodul 30 gehören, wieder in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden kann. Die Reparatur des nicht dargestellten Batteriepacks 10 ist durch Einsetzen des Austauschmoduls 20 abgeschlossen. In 3 is shown schematically the state that is in the replacement module 20 and in at least one battery module 30 according to the method of equalizing the first and second states of charge 25 . 35 established. The replacement module 20 and the at least one battery module 30 each have a total capacity 26 . 36 on, which defines the maximum achievable states of charge in the respective battery modules. The first state of charge 25 in the exchange module 20 is identical to the first threshold 24 , Furthermore, the second state of charge is 35 in at least one battery module 30 identical to the first state of charge 25 , In the state according to 3 the matching of the states of charge is completed according to the inventive method, so that the battery pack, not shown 10 to which the replacement module 20 and the at least one battery module 30 belong, can be reinstalled in a motor vehicle. The repair of the battery pack, not shown 10 is by inserting the replacement module 20 completed.

4 zeigt schematisch einen weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 schematically shows a further sequence of the method according to the invention.

In 4 ist ein Austauschmodul 20 mit einer Gesamtkapazität 26 abgebildet. Neben dem Austauschmodul 20 ist mindestens ein Batteriemodul 30 angeordnet, das über eine Gesamtkapazität 36 verfügt. Des Weiteren befindet sich das Austauschmodul 20 in einem ersten Ladezustand 25, und das mindestens eine Batteriemodul 30 in einem zweiten Ladezustand 35. Im Austauschmodul 20 und dem mindestens einen Batteriemodul 30 sind ferner ein erster bzw. zweiter Schwellenwert 24, 34 eingestellt, die identisch sind. Der erste Ladezustand 25 des Austauschmoduls 20 und der zweite Ladezustand 35 des mindestens einen Batteriemodul 30 weichen von den identischen Schwellenwerten 24, 34 ab. Der in 4 dargestellte Ladezustand des Austauschmoduls 20 und der Ladezustand des mindestens einen Batteriemoduls 30 liegen in einem nicht dargestellten Batteriepack 10 vor, bevor das erfindungsgemäße Angleichverfahren durchgeführt wird. In 4 is an exchange module 20 with a total capacity 26 displayed. Next to the replacement module 20 is at least one battery module 30 arranged that has a total capacity 36 features. Furthermore, there is the replacement module 20 in a first state of charge 25 , and that at least one battery module 30 in a second state of charge 35 , In exchange module 20 and the at least one battery module 30 are also a first and second threshold, respectively 24 . 34 are set, which are identical. The first state of charge 25 of the replacement module 20 and the second state of charge 35 of the at least one battery module 30 deviate from the identical thresholds 24 . 34 from. The in 4 illustrated state of charge of the exchange module 20 and the state of charge of the at least one battery module 30 lie in a battery pack, not shown 10 before, before the inventive matching method is performed.

Ferner zeigt 5 schematisch den Aufbau eines Batteriepacks 10, der eine Mehrzahl an Batteriemodulen 30 umfasst.Further shows 5 schematically the structure of a battery pack 10 , which has a plurality of battery modules 30 includes.

Die Batteriemodule 30 bilden einen Verbund, in den ein Austauschmodul 20 eingebracht ist. Das Austauschmodul 20 ist baugleich mit den Batteriemodulen 30 und identisch zu den Batteriemodulen 30 in den Batteriepack 10 eingebunden. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren zum Angleichen von Ladezuständen eines Austauschmoduls 20 und mindestens eines Batteriemoduls 30 mit dem Batteriepack 10 nach 4 durchgeführt wird, ist das Austauschmodul 20 hinsichtlich seines elektrischen Zustandes nicht mehr von den bereits vorhandenen Batteriemodulen 30 zu unterscheiden. The battery modules 30 form a composite into which an exchange module 20 is introduced. The replacement module 20 is identical to the battery modules 30 and identical to the battery modules 30 in the battery pack 10 involved. When the inventive method for equalizing states of charge of a replacement module 20 and at least one battery module 30 with the battery pack 10 to 4 is performed, is the replacement module 20 in terms of its electrical state no longer of the existing battery modules 30 to distinguish.

Claims (15)

Verfahren zum Angleichen eines ersten Ladezustandes (25) eines Austauschmoduls (20) in einem Batteriepack (10), wobei der Batteriepack (10) neben dem Austauschmodul (20) mindestens ein Batteriemodul (30) umfasst, das sich in einem zweiten Ladezustand (35) befindet, umfassend die folgenden Schritte: a) Schließen mindestens eines Schalters (15) zum elektrischen Verbinden des Austauschmoduls (20) mit einem Netzteil (60), b) Erfassen des ersten Ladezustands (25) des Austauschmoduls (20) und Vergleichen des ersten Ladezustandes (25) mit einem ersten und einem zweiten Schwellenwert (24, 34), c) Erfassen des zweiten Ladezustands (35) des mindestens einen Batteriemoduls (30) und Vergleichen des zweiten Ladezustands (35) mit einem zweiten Schwellenwert (34), d) Entladen des mindestens einen Batteriemoduls (30) bis dessen zweiter Ladezustand (35) den ersten Schwellenwert (24) erreicht, wenn der in Schritt b) erfasste zweite Ladezustand (35) des mindestens einen Batteriemoduls (30) oberhalb des zweiten Schwellenwerts (34) liegt, e) Aufladen des Austauschmoduls (20), bis dessen erster Ladezustand (25) gleich dem zweiten Ladezustand (35) ist, wenn der in Schritt b) erfasste erste Ladezustand (25) unterhalb des zweiten Ladezustands (35) liegt, oder Entladen des Austauschmoduls (20), bis dessen erster Ladezustand (25) gleich dem zweiten Ladezustand (35) des mindestens einen Batteriemoduls (30) ist.,Method for equalizing a first state of charge ( 25 ) of an exchange module ( 20 ) in a battery pack ( 10 ), the battery pack ( 10 ) next to the replacement module ( 20 ) at least one battery module ( 30 ), which in a second state of charge ( 35 ), comprising the following steps: a) closing at least one switch ( 15 ) for electrically connecting the replacement module ( 20 ) with a power supply ( 60 ), b) detecting the first state of charge ( 25 ) of the exchange module ( 20 ) and comparing the first state of charge ( 25 ) with a first and a second threshold ( 24 . 34 ), c) detecting the second state of charge ( 35 ) of the at least one battery module ( 30 ) and comparing the second state of charge ( 35 ) with a second threshold ( 34 ), d) discharging the at least one battery module ( 30 ) to its second state of charge ( 35 ) the first threshold ( 24 ) is reached when the second state of charge detected in step b) ( 35 ) of the at least one battery module ( 30 ) above the second threshold ( 34 ), e) charging the replacement module ( 20 ) until its first state of charge ( 25 ) equal to the second state of charge ( 35 ) is when the first state of charge detected in step b) ( 25 ) below the second state of charge ( 35 ), or unloading the replacement module ( 20 ) until its first state of charge ( 25 ) equal to the second state of charge ( 35 ) of the at least one battery module ( 30 is., Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der Schritte b) bis e) mittels einer Mess- und Steuereinheit (40) durchgeführt werden.A method according to claim 1, wherein at least one of the steps b) to e) by means of a measuring and control unit ( 40 ) be performed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Schwellenwert (24) einem Ladezustand von 30% entspricht. Method according to one of claims 1 or 2, wherein the first threshold value ( 24 ) corresponds to a charge state of 30%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite Schwellenwert (34) einem Ladezustand von 40% entspricht. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the second threshold ( 34 ) corresponds to a state of charge of 40%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der erste Schwellenwert (24) und der zweite Schwellenwert (34) identisch sind. Method according to one of claims 1 or 2, wherein the first threshold value ( 24 ) and the second threshold ( 34 ) are identical. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Schritt e) ein Ladestrom von bis zu 20 Ampère, bevorzugt von bis zu 10 Ampère, fließt.Method according to one of claims 1 to 5, wherein in step e) a charging current of up to 20 amps, preferably of up to 10 amperes flows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei im Schritt d) ein Entladestrom von bis zu 30 Ampère, bevorzugt von bis zu 20 Ampère, fließt.Method according to one of claims 1 to 6, wherein in step d), a discharge current of up to 30 amps, preferably flows of up to 20 amps. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Schritt e) eine Gleichstromspannung von bis zu 750 Volt anliegt. Method according to one of claims 1 to 7, wherein in step e) a DC voltage of up to 750 volts is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schritte b) bis e) mittels eines Netzteils (60) durchgeführt werden, das als 2- oder 4-Quadrantennetzteil ausgebildet ist.Method according to one of claims 1 to 8, wherein the steps b) to e) by means of a power supply ( 60 ), which is designed as a 2- or 4-quadrant power supply. Verfahren nach Anspruch 9, wobei im Schritt a) ein bestimmungsgemäßer Anschluss des Austauschmoduls (20) an das Netzteil (60) mittels der Steuer- und Messeinheit (40) geprüft wird.The method of claim 9, wherein in step a) a proper connection of the exchange module ( 20 ) to the power supply ( 60 ) by means of the control and measuring unit ( 40 ) is checked. Vorrichtung (100) zum Angleichen eines ersten Ladezustands (25) eines Austauschmoduls (20) und eines zweiten Ladezustands (35) mindestens eines Batteriemoduls (30) eines Batteriepacks (10), umfassend eine Mess- und Steuereinheit (40), mindestens eine Messleitung (50) und ein Netzteil (60), dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheit (40) zum Erfassen des ersten und zweiten Ladezustands (25, 35) ausgebildet ist und das Netzteil (60) zum Aufladen des Austauschmoduls (20) bis zu einem ersten Schwellenwert (24) und zum Aufladen und Entladen des mindestens einen Batteriemoduls (30) bis zu einem zweiten Schwellenwert (34) ausgebildet ist.Contraption ( 100 ) for equalizing a first state of charge ( 25 ) of an exchange module ( 20 ) and a second state of charge ( 35 ) at least one battery module ( 30 ) of a battery pack ( 10 ), comprising a measuring and control unit ( 40 ), at least one measuring line ( 50 ) and a power supply ( 60 ), characterized in that the measuring and control unit ( 40 ) for detecting the first and second state of charge ( 25 . 35 ) is formed and the power supply ( 60 ) for charging the replacement module ( 20 ) up to a first threshold ( 24 ) and for charging and discharging the at least one battery module ( 30 ) to a second threshold ( 34 ) is trained. Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (60) als 2- oder 4-Quadrantennetzteil ausgebildet ist.Contraption ( 100 ) according to claim 11, characterized in that the power supply ( 60 ) is designed as a 2- or 4-quadrant power supply. Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Messleitung (50) nach der Norm CAT IV 600V, CAT III 1000V oder CAT II 1000V ausgebildet ist. Contraption ( 100 ) according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one measuring line ( 50 ) according to the standard CAT IV 600V, CAT III 1000V or CAT II 1000V. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem mindestens einem Schalter (15) eine Sicherung (70) zugeordnet ist. Contraption ( 100 ) according to one of claims 11 to 13, characterized in that the at least one switch ( 15 ) a fuse ( 70 ) assigned. Verwendung einer Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14 beim Einsetzen eines Austauschmoduls (20) in einen Batteriepack (10) einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs, eines Elektrofahrzeugs, einer Windkraftanlage oder eines Unterhaltungselektronik-Produktes.Use of a device ( 100 ) according to one of claims 11 to 14 when inserting a replacement module ( 20 ) in a battery pack ( 10 ) a battery of a motor vehicle, a hybrid vehicle, an electric vehicle, a wind turbine or a consumer electronics product.
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