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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein mobiles Entladegerät, ein Verfahren zum gezielten Entladen einer Batterie sowie auf ein Batterieentladesystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Elektrofahrzeuge müssen regelmäßig geladen werden. In Unfall-, Transport-, Reparatur- oder Verschrottungssituationen stellen die teil- oder voll geladenen Traktions- bzw. Antriebsbatterien einen Gefahrenpunkt dar. Insbesondere wenn sie unentdeckte Defekte aufweisen, können sie einen erheblichen Schaden durch thermische Entwicklung anrichten, bis hin zum Brand. Bevor ein Fahrzeug nach einer Unfallsituation geborgen und abtransportiert oder repariert wird, sollte die Batterie sicherheitshalber entladen werden. Ebenso stellen teil oder voll geladene Batterien für spezielle Transportsituationen wie z.B. Luft- oder Seefracht ein erhöhtes Risiko dar. Auch hier minimiert ein Transport mit entladener Batterie das Risiko erheblich Es ist daher wünschenswert, Batterien gezielt und mobil am Ort der Notwendigkeit entladen zu können, um diesen Situationen Rechnung zu tragen.
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Elektrofahrzeuge benötigen für den Betrieb ihres Elektromotors eine interne Stromquelle, die als Batterie realisiert ist. Die Batterie kann über eine Verbindung an ein externes Stromnetz geladen oder zur Einspeisung von Strom in dieses Netz bidirektional verwendet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren, beispielsweise die bidirektionale Nutzung der Traktionsbatterie als Energiespeicher für Photovoltaik (PV) Anlagen und die Rückeinspeisung in das Hausstromnetz, bekannt. Hier wird der zuvor über das Ladekabel von der Hauseigenen stationären PV Anlage eingespeiste Strom aus der Traktionsbatterie bei Bedarf (z.B. nachts) in das Haus Stromnetz zurückgespeist.
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Die
DE 102016214484 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbereiten einer eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen umfassenden Batterie eines Kraftfahrzeugs für einen Transport, bei welchem ein vorbestimmter Ladezustand der Batterie eingestellt wird, in dem die eingebaute Batterie elektrische Energie an wenigstens eine elektrisch verbundene Energiesenke (z. B. Verbraucher des Bordnetzes) des Kraftfahrzeugs abgibt. Hierbei werden keine externen Vorrichtungen an die Batterie angeschlossen.
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In der
DE 102020004733A1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems beschrieben, welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz gekoppelt ist, umfassend wenigstens ein Fahrzeug mit einer Batterie und eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs über das externe Stromnetz.
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Die
DE 102018114239 A1 offenbart ein Fahrzeug mit einem Akkumulator und einer mit dem Akkumulator bidirektional wirkverbundenen Spulenanordnung zum Laden des Akkumulators in einem ersten Betriebszustand und zum Entladen des Akkumulators in einem zweiten Betriebszustand. Eine entsprechende Fahrzeug-Stations-Anordnung kann in einem passenden Abschnitt einer Straße oder eines Parkplatzes integriert sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine mobiles Entladegerät, ein Verfahren zum gezielten Entladen einer Batterie mittels diesem sowie ein Batterieentladesystem mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüchen bereitgestellt.
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Erfindungsgemäß wird ein mobiles Entladegerät zum gezielten geregelten Entladen einer Batterie einer diese umfassenden Einheit bereitgestellt. Diese Einheit ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug, eine Second-Life-Anwendung, ein Lager umfassend mehrere Batterien oder Batteriezellen oder ein mobiler oder stationärer Stromspeicher, beispielsweise eine PV Anlage. Das mobile Entladegerät umfasst nachfolgende Komponenten: einen Anschluss, eine Übermittlungseinrichtung zum Senden und Empfangen von Signalen, eine Auswerteeinrichtung umfassend eine intelligente Auswerteelektronik und zumindest ein integriertes Speichermedium, wobei die intelligente Auswerteelektronik eingerichtet ist, ein Signal zu entschlüsseln und zu interpretieren, eine Energieversorgung, einen internen Energieabnehmer und eine Regelungseinrichtung für die entzogene Energie insbesondere als Überlastschutz.
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Als Elektrofahrzeug werden im Rahmen dieser Erfindung alle Arten von Kraftfahrzeugen bezeichnet, die elektrisch oder zumindest teilweise elektrisch, so genannte Hybrid-Fahrzeuge, betrieben sind. Als Elektrofahrzeuge werden daher insbesondere elektrisch oder teilelektrisch betriebene Pkw, Lkw, Busse, Wasserfahrzeuge oder Spezialfahrzeuge, wie beispielsweise Gabelstapler bezeichnet. Alternativ ist auch eine elektrisch oder teilelektrisch betriebene aeronautische Anwendung denkbar.
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Die Auswerteeinrichtung umfassend die intelligente Auswerteelektronik mit zumindest einem integrierten Speichermedium und ist in der Lage, den Zugriff auf eine bestimmte Software oder Daten zu ermöglichen, wenn vorbestimmte Bedingungen eintreten, beispielsweise das Austauschen eines bestimmten Protokolls, das Empfangen und Senden eines bestimmten Signals oder bestimmter Daten, insbesondere eines digitalen Schlüssels oder einer digitalen Signatur.
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In dem zumindest einen Speichermedium sind beispielsweise Sollwerte und/oder Standardwerte verschiedener Parameter, beispielswiese des Ladezustands, des Entladezustands, des Spannungswerts und/oder des Temperaturwerts der zu entladenden Batterie gespeichert. Zudem können beispielsweise optimale Entladekurven für verschiedene Anwendungsfälle hinterlegt sein, beispielsweise für ein Schnellentladen. Es können auch Routinen hinterlegt sein, die ein Steuergerät einer eine Batterie umfassenden Einheit anregen, Strom bidirektional zur Verfügung zu stellen.
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Das zu detektierende Signal ist beispielsweise ein Spannungswert, insbesondere einer Hochvoltleitung, eine Änderung des Spannungswerts des spannungsführenden Bauteils oder ein Datensatz beispielsweise des Steuergeräts der die Batterie umfassenden Einheit.
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Die Energieversorgung des Entladegeräts ist beispielsweise als interne Batterie des Entladegeräts realisiert, welche beispielweise mit Energie aus der zu entladenen Batterie der diese umfassenden Einheit versorgt wird. Alternativ ist die Energieversorgung des Entladegeräts in Form eines Netzanschlusses an ein externes Stromnetz realisiert.
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Der interne Energieabnehmer des Entladegeräts fungiert als Energievernichter. Insbesondere leitet er den von der zu entladenden Batterie auf diesen übertragenen Strom beispielsweise an weitere Energieabnehmer weiter, insbesondere an externe Heizelemente oder in Form einer Rückspeisung in ein externes Stromnetzwerk. Sind keine weiteren Energieabnehmer vorhanden, insbesondere an einem Unfallort, so kann beispielsweise erwärmtes Kühlwasser einer Kühlungseinrichtung des Entladegeräts vor Ort auf die Straße oder auf eine Wiese abgeleitet werden.
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Als Entladegerät wird im Rahmen dieser Erfindung ein mobiles Gerät verstanden. Alternativ kann dieses auch stationär ausgeführt sein, beispielsweise lösbar montiert an der Wand einer Reparaturwerkstatt.
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Das Entladegerät umfasst beispielsweise ein Anschlusskabel zum Verbinden des Anschlusses des mobilen Entladegeräts mit der Anschlussstelle der die zu entladende Batterie umfassenden Einheit.
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Hierbei kann das Anschlusskabel fest mit dem Entladegerät verbunden sein oder in dieses einsteckbar ausgeführt sein. Als steckbare Ausführung handelt es sich beispielsweise um ein Standardladekabel für Elektrofahrzeuge. Weiterhin ist das Anschlusskabel beispielsweise in einer Form ausgelegt, die einen Anschluss an andere spannungsführende Bauteile ermöglicht, wie beispielsweise Hochvolt-Komponenten eines Elektrofahrzeugs oder eines mobilen und stationären Stromspeichers einer PV Anlage. Dieses kommt beispielsweise dann zum Einsatz, wenn die Ladebuchse aufgrund von Beschädigungen nicht mehr nutzbar ist oder die die Batterie umfassende Einheit, insbesondere das Elektrofahrzeug, nicht für einen bidirektionalen Stromfluss ausgelegt ist oder wenn es sich um eine einzelne zu entladende Batterie zum Beispiel in einem Lager mit vielen Batterien handelt.
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Um ein Elektrofahrzeug zu bewegen oder eine stationäre Second-Life-Anwendung zu betreiben, muss beispielsweise zunächst das Entladegerät entfernt werden. Damit dieses nicht vergessen wird und das Elektrofahrzeug oder die stationäre Second-Life-Anwendung, das mobiles Entladegerät und beispielsweise das Anschlusskabel nicht beschädigt werden, ist eine Fahrt oder ein Betrieb mit eingestecktem Entladegerät beispielsweise nicht möglich.
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Vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen mobilen Entladegerät ist, dass die Batterie der diese umfassenden Einheit mittels des mobilen Entladegeräts gezielt und geregelt vor Ort, unabhängig wo dieser sich befindet, entladen werden kann. Ist die die Batterie umfassende Einheit beispielsweise ein Elektrofahrzeug, so kann die Batterie direkt vor Ort entladen oder teilentladen werden, wenn das Fahrzeug beispielsweise aufgrund einer Unfallsituation beschädigt ist, geborgen werden muss und abtransportiert werden soll. Ebenso kann bei einem Werkstattaufenthalt, zum Beispiel bei anstehendem Austausch der Traktionsbatterie, eine Entladung oder Teilentladung derselben in der Werkstatt mittels des Entladegeräts erfolgen. In einem weiteren Aspekt zum Transport der Batterie wird diese vor Ort mittels des Entladegeräts auf Transportsituationen, wie z.B. Luftfracht oder Verschiffung vorbereitet, in der ein sicheres Transportieren nur mit entladener oder teilentladener Batterie möglich ist. Auf diese Weise kann beispielsweise die Gefahr einer thermischen Entwicklung der Batterie, insbesondere bei unerkannten Defekten, und ein möglicherweise damit einhergehender Brand minimiert oder ausgeräumt werden, sodass eine für Mensch und Umwelt sichere Handhabung der Batterie möglich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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So ist es von Vorteil, wenn das mobiles Entladegerät eine interne Kühlungseinrichtung umfasst, zur Kühlung mittels Luft und/oder einem flüssigen Kühlmedium, insbesondere Wasser. Da bei dem Übertrag von Strom aus der Batterie auf das Entladegerät Wärme entsteht, ist eine Kühlungseinrichtung bevorzugt. So kann die Batterie deutlich schneller Entladen werden.
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In einer Ausführungsform zirkuliert das Kühlmedium beispielsweise innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs, welcher sich innerhalb des Entladegeräts befindet. Hierbei kann das Kühlmedium von extern einem Kühlmittelanschluss des Kreislaufs zugeführt werden oder in dem Entladegerät bevorratet sein.
In einer alternativen Ausführungsform befindet sich der Kühlkreislauf zumindest teilweise extern, also außerhalb des Entladegeräts und kann offen oder geschlossen realisiert sein. Das Kühlmedium ist beispielsweise über einen Kühleinrichtungsanschluss extern anschließbar. Der Kühleinrichtungsanschluss ist beispielsweise als Storz Kupplung, wie sie bei der Feuerwehr üblich ist, realisiert, sodass beispielsweise Wasser eines Löschfahrzeugs oder eines Wasserhydranten als Kühlmedium dient. Alternativ ist der Kühleinrichtungsanschluss als haushaltsüblicher Wasseranschluss realisiert, sodass beispielsweise ein Wasserhahn oder ein Gartenschlauch anschließbar ist.
Wird das Entladegerät beispielsweise in einer Werkstatt oder einem sonstigen Gebäude verwendet, so kann die Kühlungseinrichtung beispielsweise an den Kreislauf einer Hallenklimaanlage angeschlossen werden oder an einen Heizungskreislauf. Hierbei kann die entstehende Wärme zudem genutzt werden, um Warmwasser aufzuheizen und/oder den Heizungskreislauf zu speisen.
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Alternativ oder zusätzlich ist das Kühlmedium beispielsweise Luft, welche insbesondere mittels Ventilatoren in der Kühlungseinrichtung bewegt wird. Hierbei werden die Ventilatoren beispielswiese mit Energie aus der zu entladenden Batterie gespeist. Weiterhin alternativ ist das Kühlmedium ein Öl.
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Zudem ist es von Vorteil, wenn die Kühlungseinrichtung eine temperaturgesteuerte Durchflussregelung aufweist. Mittels dieser ist beispielsweise der Zufluss des Kühlmediums und/oder die Geschwindigkeit, mit welcher das Kühlmedium zirkuliert steuer- und/oder regelbar. Die temperaturgesteuerte Durchflussregelung und die Auswerteeinrichtung des Entladegeräts kommunizieren beispielsweise miteinander, insbesondere wenn eine Anpassung der Entladegeschwindigkeit der Batterie notwendig ist, beispielsweise aufgrund einer zu starken Erwärmung des mobilen Entladegeräts.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das mobile Entladegerät eine Anzeigeeinrichtung auf, über welche ein Entladezustand und/oder ein Ladezustand und/oder eine Batteriespannung und/oder eine Temperatur der zu entladenden Batterie und/oder eine Kühlwassertemperatur und/oder eine Signalleuchte anzeigbar ist.
Umfasst die Anzeigeeinrichtung eine Signalleuchte, so zeigt diese beispielsweise ein grünes Licht, wenn die Batterie der diese umfassenden Einheit vollständig oder auf einen vorgegebenen und/oder eingestellten Entladezustand, Ladezustand und/oder Spannungswert entladen wurde. Solange dieser Zustand oder Wert nicht erreicht ist, leuchtet die Signalleuchte beispielsweise rot. Alternativ oder zusätzlich ist die Anzeigeeinrichtung in Form eines Displays realisiert, welcher die entsprechenden Werte und Informationen anzeigt.
Mittels einer derartigen Anzeigeeinrichtung wird dem Anwender des Entladegeräts beispielsweise angezeigt, ob der Entladevorgang der Batterie bereits gestartet hat, noch andauert, pausiert oder bereits beendet ist. Desweiteren wird beispielsweise die Restdauer der Entladung der Batterie und/oder der aktuelle Entladezustand, Ladezustand, Spannungswert und/oder Temperaturwert der Batterie und/oder des Entladegeräts angezeigt. So kann ein Anwender die Dauer der Entladung der Batterie abschätzen und einplanen sowie ggf. manuell eingreifen, um die Entladung früher zu stoppen oder länger andauern oder pausieren zu lassen. Zudem sieht ein Benutzer beispielsweise, wenn die Entladung der Batterie nicht planmäßig abläuft oder ein Wert nicht ordnungsgemäß ist, sodass er die Entladung der Batterie stoppen, pausieren, anpassen und/oder neu starten kann.
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Desweiteren vorteilhaft ist es, wenn die Auswerteeinrichtung des mobilen Entladegeräts ein Mittel zum Freigeben einer Übertragung von Informationen bezüglich der Batterie und/oder der die Batterie umfassenden Einheit aufweist. Solche Informationen sind beispielsweise der Entladestatus wie beispielsweise ein Spannungswert, eine Entladedauer oder eome Restentladezeit bis zum Erreichen beispielsweise eines eingestellten Sollwertes. Desweiteren kann eine solche Information ein Standort, insbesondere ein GPS-Standort (engl. Global Positioning System) und/oder eine Fahrgestellnummer im Fall, dass die die Batterie umfassende Einheit ein Elektrofahrzeug ist, sein.
Das Mittel zum Freigeben der Übertragung von Informationen bezüglich der die Batterie umfassenden Einheit kann beispielsweise einen Programmcode umfassen, der einen Controller so ansteuert, dass dieser ein Signal an eine Übermittlungseinheit, insbesondere eine Antenne und deren Steuerungseinheit, sendet, woraufhin diese die Informationen, beispielsweise Fahrzeuginformationen, bezüglich der die Batterie umfassenden Einheit, insbesondere des Elektrofahrzeugs, überträgt.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass im Fall einer Unfallsituation eines Elektrofahrzeugs bei der Entladung der Batterie mittels des mobilen Entladegeräts der Entladestatus und die Restdauer bis zum Erreichen des Sollwertes, die Temperatur und andere die Batterie betreffende Informationen den Einsatzkräften beispielsweise auf einem mobilen Endgerät, wie beispielsweise einem Mobiltelefon, angezeigt werden kann. So können die Einsatzkräfte beispielsweise schnell die Sollwertvorgaben überprüfen und ggf anpassen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum gezielten geregelten vor Ort Entladen einer Batterie einer diese umfassenden Einheit unter Verwendung eines mobilen Entladegerätes. Die die Batterie umfassende Einheit ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug, eine Second-Life-Anwendung oder ein mobiler bzw. stationärer Stromspeicher wie beispielsweise eine Photovoltaik Anlage. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- a) Verbinden des Anschlusses des mobilen Entladegeräts mit der Anschlussstelle der die zu entladende Batterie umfassenden Einheit, insbesondere über ein Anschlusskabel.
- b) Erkennen einer Verbindung zwischen der die Batterie umfassenden Einheit und dem mobilen Entladegerät zumindest mittels der intelligenten Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung des mobilen Entladegeräts durch Detektieren eines Signals.
- c) Entladen der Batterie der Einheit, wobei der Batterie Energie entzogen und dem mobilen Entladegerät zugeführt wird.
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Ein derartiges Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Batterie der diese umfassenden Einheit mittels des erfindungsgemäßen Verfahren unter Zuhilfenahme des mobilen Entladegeräts gezielt und geregelt vor Ort entladen oder teilentladen werden kann, unabhängig davon, wo sich dieser Ort befindet. Es gelten desweiteren die oben bereits zum Entladegerät beschriebenen Vorteile.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor, während oder nach Schritt b) oder Schritt c) ein Datenaustausch mit der die Batterie umfassenden Einheit um eine bidirektionale Stromabgabe der Batterie anzuregen oder die Abgabe an ein Hausstromnetz mittels hinterlegter Standardroutinen zu simulieren.
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In einer bevorzugten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vor, während oder nach Schritt a) oder Schritt b) zusätzlich ein Anschließen eines Kühlmediums für eine Kühlungseinrichtung des Entladegeräts über einen Kühleinrichtungsanschluss.
Es gelten die oben bereits zu dem mobilen Entladegerät mit Kühlungseinrichtung beschriebenen Vorteile.
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Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsform ist die Anschlussstelle der die Batterie umfassenden Einheit eine Ladebuchse, in welche ein Anschlusskabel mit Stecker zur Verbindung der Einheit mit einem erfindungsgemäßen Entladegerät einsteckbar ist. Eine solche Verbindung kann beispielsweise über ein standardisiertes Typ-2-Stecker-Buchsen-Paar realisiert sein. Durch das manuelle Einstecken wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise initiiert.
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Vorteilhaft hierbei ist, dass Im Fall, dass die die Batterie umfassende Einheit ein Elektrofahrzeug ist, beispielsweise dessen Ladekabel zur Verbindung mit dem Elektrofahrzeug und dem Entladegerät verwendet werden kann, welches sich sowieso bereit im Elektrofahrzeug befindet. Alternativ wird ein anderes Anschlusskabel verwendet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt b) des Verfahrens das Erkennen der Verbindung zwischen der die Batterie umfassenden Einheit und dem mobilen Entladegerät ebenfalls durch das Steuergerät der die Batterie umfassenden Einheit erkannt. Vorteilhaft hierbei ist, dass die die Batterie umfassende Einheit und das Elektrofahrzeug auf diese Weise miteinander kommunizieren können.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung folgt auf Schritt b) ein Schritt b'), in welchem ein Anregen einer Kommunikation mit dem Steuergerät der die Batterie umfassenden Einheit durch die erkannte Verbindung erfolgt, sowie ein Vorgeben durch das Entladegerät, insbesondere durch die Auswerteeinrichtung mit intelligenter Auswerteelektronik des Entladegeräts, gegenüber dem Steuergerät der die Batterie umfassenden Einheit, dass ein Energieentzug aus der Batterie erfolgen soll, insbesondere durch Simulieren oder durch Anregen einer fahrzeuginternen Routine, dass eine Stromrückspeisung in ein Stromnetz, beispielsweise in ein Haus-Stromnetz, erfolgen soll.
Die Auswerteeinrichtung des Entladegeräts wertet die Signale des Steuergeräts bzw. des Boardcomputers der die Batterie umfassenden Einheit aus und gibt vor, dass ein Energieentzug aus der Batterie erfolgen soll. Daraufhin startet die Auswerteeinrichtung des Entladegeräts beispielsweise das Entladen der Batterie.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn auf Schritt b') ein Schritt b'') erfolgt, in welchem ein Beenden der Kommunikation zwischen dem Steuergerät der die Batterie umfassenden Einheit und der Auswerteeinrichtung des Entladegeräts erfolgt.
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In einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform ist die Anschlussstelle der die Batterie umfassenden Einheit ein spannungsführendes Bauteil. Dies kann beispielsweise eine Hochvoltkomponente eines Elektrofahrzeugs sein. Der Anschluss an ein spannungsführendes Bauteil erfolgt beispielsweise über geeignete Kontaktmöglichkeiten oder andere fahrzeugseitig vorhandene Kontaktstellen im Falle eines Elektrofahrzeugs.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Batterie auch dann entladen werden kann, wenn beispielsweise die Ladebuchse eines Elektrofahrzeugs aufgrund von Beschädigungen nicht mehr nutzbar ist oder die die Batterie umfassende Einheit, insbesondere das Elektrofahrzeug, nicht für einen bidirektionalen Stromfluss ausgelegt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Signal in Schritt b) ein Spannungswert einer Hochvoltleitung oder eine Änderung des Spannungswerts des spannungsführenden Bauteils der Batterie oder der die Batterie umfassenden Einheit. Vorteilhaft hierbei ist, dass die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung des Entladegeräts auf diese Weise eine Verbindung zu der die Batterie umfassenden Einheit oder anderen stromführenden Bauteilen erkennt, ohne, dass eine Kommunikation mit der die Batterie umfassenden Einheit notwendig ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinheit des Entladegeräts nach Erkennung der Verbindung mit der die Batterie umfassenden Einheit das Entladen der Batterie automatisch startet. Alternativ startet das Entladen der Batterie nach Freigabe durch einen Bediener.
Vorteilhaft bei diesen Optionen ist, dass eine Batterieentladung stattfinden kann, ohne dass die Batterie eine funktionierende Kommunikationsverbindung zu der diese umfassenden Einheit 100 aufweisen muss. Hierdurch wird ermöglicht dass zum Beispiel auch unverbaute Batterien, beispielsweise in einem Lager oder beim Transport, entladen werden können.
So können auch Batterien von Spezialfahrzeugen entladen werden, unabhängig davon, ob diese in den Spezialfahrzeugen verbaut sind oder sich in einer Ladestation oder einem Batterielager befinden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass mobile und stationäre Stromspeicher in gleicher Weise entladen werden können.
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Desweiteren ist es vorteilhaft, wenn Zustandsinformationen der Batterie und/oder einzelner Batteriezellen der Batterie, wie beispielswiese ein Entladezustand und/oder ein Ladezustand und/oder ein Spannungswert und/oder eine Entladekapazität und/oder eine Energieabgabe und/oder ein thermischer Zustand der Batterie insbesondere eine Temperatur der Batterie, von der Auswerteeinrichtung des Entladegeräts an die die Batterie umfassende Einheit und/oder an andere Empfänger wie beispielsweise an mobile Endgeräte von Anwendern wie Servicetechnikern oder Einsatzkräften an einer Unfallstelle übermittelt werden.
Der thermische Zustand, insbesondere die Temperatur der Batterie der diese umfassenden Einheit kann direkt, beispielsweise mittels zumindest eines Temperatursensors, oder indirekt, beispielsweise über einen Spannungswert, ermittelt werden. Wird die Batterie durch den Entladevorgang zu warm, so kann sie durch die Wärmeentwicklung sich selbst oder der diese umfassenden Einheit Schaden zufügen. In bestimmten Fällen kann gar ein Schmorbrand oder ein offener Brand entstehen. Das Ermitteln des thermischen Zustands und insbesondere der Temperatur der Batterie, sowie das Übermitteln der entsprechenden Zustandsinformation der Batterie können vorteilhaft dazu verwendet werden, eine Wärmeentwicklung frühzeitig zu erkennen und die Gefahr eines Schadens durch einen Brand vermindern, indem das Entladen gedrosselt, pausiert oder gestoppt wird. Gerade für Elektrofahrzeuge ist es daher von großem Interesse, den thermischen Zustand der Batterie zu kennen.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Zustandsinformationen der Batterie und/oder der Batteriezellen in beliebig einstellbaren Intervallen während des Entladevorgangs übermittelt werden.
Dadurch kann auch ein sich beispielsweise erst während des Entladevorgangs entstehender Defekt, insbesondere ein Defekt der Batterie oder Teilen davon, frühzeitig erkannt werden. Auf diese Weise ist eine regelmäßige Überwachung der Batterie möglich. Dadurch kann die Batterie optimal entladen werden, ohne dass Beschädigungen zu erwarten sind.
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In einer Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn Informationen der die Batterie umfassenden Einheit, insbesondere deren GPS-Standort, und/oder wenn die die Batterie umfassende Einheit ein Elektrofahrzeug ist dessen Fahrgestellnummer, an einen Empfänger, wie beispielsweise ein mobiles Endgerät eines Anwenders, gesendet werden. Anwender können beispielsweise Servicemitarbeiter oder Einsatzkräfte sein.
Durch die Übermittlung des Standortes und/oder der Fahrgestellnummer wird der Nutzer bzw. der Besitzer oder ein Anwender eines Elektrofahrzeugs befähigt, wichtige Fahrzeugdaten zu überwachen und ggf Sollwerte zu verändern oder andere Justierungen an Parametern vorzunehmen.
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Desweiteren ist es vorteilhaft, wen die Informationen der die Batterie umfassenden Einheit sowie Zustandsinformationen der Batterie wie beispielsweise ein Ladezustand und/oder ein Spannungswert und/oder eine Entladekapazität und/oder eine Energieabgabe und/oder ein thermischer Zustand der Batterie insbesondere eine Temperatur der Batterie, über ein Funknetzwerk, insbesondere ein Weitverkehrsnetz (engl.: Wide Area Network, WAN) oder ein GSM-Mobilfunkstandard-Netzwerk (engl.: Global Standard for Mobile Communications-Netzwerk, GSM) übertragen werden.
In vorteilhafter Weise können Informationen der Batterie oder der die Batterie umfassenden Einheit so an jeden beliebigen Ort mit einer Anbindung an das
jeweilige Funknetzwerk übertragen werden. Dadurch kann das Verfahren auch aus der Ferne koordiniert werden. Sowohl WAN- als auch GSM-Technologie und GPS-Ortungstechnologie sind standardisiert und können einfach durch das Entladegerät verwendet werden.
Das Netzwerk kann sich ferner über eine Region, beispielsweise eine Stadt, ein bestimmtes Gelände, insbesondere ein Werksgelände, ein einzelnes Gebäude, beispielsweise einen Verkaufsraum oder eine Messehalle, oder ein großes Gebiet, insbesondere den Globus sowie sämtlichen Transportwegen zu Lande, zu Wasser und in der Luft erstrecken. Ferner kann das Netzwerk lokal beschränkt sein und durch ein lokales Netzwerk (engl.: Local Area Network, LAN), insbesondere ein drahtloses lokales Netzwerk (engl.: Wireless Local Area Network, WLAN) beschränkt sein.
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In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Entladen in Schritt c) pausiert oder beendet wird, wenn ein vorgegebener Schwellenwert des Entladezustands und /oder Ladezustands und/oder des Spannungswertes und/oder des Temperaturwertes der zu entladenden Batterie erreicht ist.
Der jeweilige Parameter, insbesondere der Entladezustand und /oder Ladezustand und/oder der Spannungswert und/oder der Temperaturwert der zu entladenden Batterie weist beispielswiese einen Sollwert auf, welcher beispielsweise einen Schwellenwert bildet. Die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinheit überwacht, ob ein gemessener Wert innerhalb eines bestimmten Messbereichs liegt oder ob der Wert oberhalb oder unterhalb eines Schwellenwerts liegt und leitet gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen ein, wie beispielsweise das Beenden oder pausieren des Entladevorgangs der Batterie. Ein Schwellenwert für den Ladezustand der Batterie liegt beispielsweise bei 10%. Bei diesem Ladezustand wird dann der Entladevorgang gestoppt. Auf diese Weise kann beispielsweise ein optimaler Lade- bzw. Entladezustand der Batterie insbesondere für einen anschließenden Transport der Batterie und/oder der diese umfassenden Einheit erreicht werden.
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Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batterieentladesystem umfassend eine Batterie in einer diese umfassenden Einheit und ein mobiles Entladegerät. Hierbei sind die die Batterie umfassende Einheit und das mobile Entladegerät miteinander verbindbar, insbesondere über ein Anschlusskabel, sodass elektrische Energie gezielt und geregelt, insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, vor Ort von der Batterie der diese umfassenden Einheit auf das Entladegerät übertragbar ist. Die die Batterie umfassende Einheit ist insbesondere ein Elektrofahrzeug oder eine Second-Life-Anwendung oder ein mobiler oder stationärer Stromspeicher wie beispielsweise eine PV Anlage.
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Die die Batterie umfassende Einheit, insbesondere das Elektrofahrzeug, umfasst vorteilhafterweise eine Auswerteelektronik bzw. ein Steuergerät oder einen Bordcomputer, ausgebildet zur Ermittlung zumindest einer Zustandsinformation der Batterie, wie beispielsweise einen Batterieladezustand oder eines Signals, beispielsweise dass die Batterie und das Elektrofahrzeug bereit sind zur Stromrückspeisung. Die Auswerteelektronik des Elektrofahrzeugs kann beispielsweise als Teil der On-Board-Software des Board-Computers oder des on Bord Steuergerätes des Elektrofahrzeugs oder als zusätzliches Modul im Elektrofahrzeug und/ oder in dessen Batterie realisiert sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1a: eine schematische Darstellung eines Batterieentladesystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
- 1b: eine schematische Darstellung eines Batterieentladesystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In Figur la ist ein erfindungsgemäßes Batterieentladesystem 500 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Batterieentladesystem 500 umfasst eine Batterie 130, insbesondere eine Antriebs- oder Traktionsbatterie, in einer die Batterie 130 umfassenden Einheit, welche hier beispielhaft als Elektrofahrzeug 100 ausgebildet ist. Desweiteren umfasst das Batterieentladesystem 500 ein mobiles Entladegerät 200 zum gezielten geregelten Entladen der Batterie 130, welches mit dem Elektrofahrzeug 100 über ein Anschlusskabel 210, insbesondere ein Ladekabel, verbunden ist.
Hierzu umfasst das mobile Entladegerät 200 einen nicht explizit dargestellten Anschluss, über welchen das Anschlusskabel 210 angeschlossen, beispielsweise eingesteckt, werden kann. Alternativ ist das Anschlusskabel 210 fest mit dem Entladegerät 200 verbunden. Desweiteren umfasst das mobile Entladegerät 200 eine Übermittlungseinrichtung 230 zum Senden und Empfangen von Signalen, eine Auswerteeinrichtung 220 umfassend eine intelligenten Auswerteelektronik und zumindest ein integriertes Speichermedium, wobei die intelligente Auswerteelektronik eingerichtet ist, ein Signal zu entschlüsseln und zu interpretieren.
die Auswerteeinrichtung 220 weist beispielsweise zudem ein Mittel zum Freigeben einer Übertragung von Informationen bezüglich der die Batterie 130 umfassenden Einheit 100 auf. Solche Informationen sind beispielsweise ein Standort, insbesondere ein GPS-Standort und/oder eine Fahrgestellnummer.
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Weiterhin umfasst das Entladegerät 200 eine Energieversorgung 240, einen internen Energieabnehmer 250, und eine Regelungseinrichtung 260 für die entzogene Energie insbesondere als Überlastschutz.
Das Entladegerät 200 weist zudem eine interne Kühlungseinrichtung 270 auf. Über einen Kühleinrichtungsanschluss 280 ist die Kühlungseinrichtung 270 mit einer externen ein Kühlmedium umfassenden Einheit 300 verbindbar. Das Kühlmedium ist beispielsweise Wasser. Die das Kühlmedium umfassende Einheit 300 ist beispielsweise ein Rettungsfahrzeug, ein Wasserhydrant oder eine, insbesondere haushaltsübliche, Wasserleitung. Außerdem weist die Kühlungseinrichtung 270 eine temperaturgesteuerte Durchflussregelung 290 auf.
Desweiteren umfasst das mobile Entladegerät 200 eine Anzeigeeinrichtung 295, über welche ein Entladezustand und/oder ein Ladezustand und/oder eine Batteriespannung und/oder eine Temperatur der zu entladenden Batterie und/oder eine Kühlwassertemperatur angezeigt wird. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Anzeigeeinrichtung 295 eine Signalleuchte.
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Das Elektrofahrzeug 100 umfasst neben der Batterie 130 weitere spannungsführende Bauteile 150, ein Steuergerät 120, einen Bordcomputer 140 sowie eine Ladebuchse 110 als Anschlussstelle. Über die Ladebuchse 110 ist beispielsweise ein Anschlusskabel 210, insbesondere ein Ladekabel des Elektrofahrzeugs 100 einsteckbar, sodass Energie aus der Batterie 130 über das Anschlusskabel 210 auf das mobile Entladegerät 200 übertragen werden kann.
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Nachdem der Anschluss des mobilen Entladegeräts 200 über das Anschlusskabel 210 mit der Ladebuchse 110 des Elektrofahrzeugs 100 verbunden ist, wird eine Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug und dem Entladegerät mittels des Steuergeräts 120 des Elektrofahrzeugs 100 und mittels der intelligenten Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung 220 des mobilen Entladegeräts 200 durch Detektieren eines Signals erkannt. Das detektierte Signal ist beispielsweise ein Datensatz einer Einrichtung, insbesondere des Steuergeräts 120 des Elektrofahrzeugs 100
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Durch die erkannte Verbindung wird eine Kommunikation mit dem Steuergerät 120 des Elektrofahrzeugs 100 angeregt und durch die intelligente Elektronik der Auswerteeinrichtung 220 des Entladegeräts 200 gegenüber dem Steuergerät 120 des Elektrofahrzeugs 100 vorgegeben, dass ein Energieentzug aus der Batterie 130 erfolgen soll. Hierzu simuliert die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung 220 dem Steuergerät 120 des Elektrofahrzeugs 100 beispielsweise, dass eine Stromrückspeisung in ein Stromnetz erfolgen soll. Anschließend wird die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 120 des Elektrofahrzeugs 100 und der Auswerteeinrichtung 220 des Entladegeräts 200 beendet, und das Entladen der Batterie 130 des Elektrofahrzeugs 100 beginnt. Hierbei wird der Batterie 130 des Elektrofahrzeugs 100 Energie entzogen und dem Energieabnehmer 250 des mobilen Entladegeräts 200 zugeführt.
Das Entladegerät 200 wird über eine Kühlungseinrichtung 270 beispielsweise mittels eines extern über einen Kühleinrichtungsanschluss 280 zugeführten Kühlmediums, beispielsweise Wasser, während des Entladevorgangs der Batterie 130 gekühlt. Über eine temperaturgesteuerte Durchflussregelung 290 wird
beispielsweise der Zufluss des Kühlmediums und/oder die Geschwindigkeit, mit welcher das Kühlmedium zirkuliert gesteuert- und/oder geregelt. Zudem kommunizieren die temperaturgesteuerte Durchflussregelung 290 und die Auswerteeinrichtung 220 des Entladegeräts beispielsweise miteinander, sodass gegebenenfalls Anpassungen der Entladegeschwindigkeit der Batterie 130 vorgenommen werden können.
Das Entladen der Batterie 130 wird beendet oder pausiert, wenn ein vorgegebener Schwellenwert des Entladezustands und /oder des Ladezustands, beispielsweise 10%, und/oder des Spannungswertes und/oder des Temperaturwertes der zu entladenden Batterie 130 erreicht ist.
Vor während und/oder nach dem Entladevorgang werden beispielsweise Zustandsinformationen der Batterie 130 und/oder einzelner Batteriezellen der Batterie, wie beispielswiese ein Entladezustand und/oder ein Ladezustand und/oder ein Spannungswert und/oder eine EntLadekapazität und/oder eine Energieabgabeleistung und/oder ein thermischer Zustand der Batterie 130, insbesondere eine Temperatur der Batterie 130 von der Auswerteeinrichtung 220 des Entladegeräts 200 an das Elektrofahrzeug 100 und/oder an andere Empfänger übermittelt. Diese Übermittlung erfolgt beispielsweise in beliebig einstellbaren Intervallen während des Entladevorgangs.
Weiterhin werden beispielswiese Informationen des Elektrofahrzeugs 100, wie insbesondere dessen Standort und/oder dessen Fahrgestellnummer, insbesondere über ein Funknetzwerk, an einen Empfänger wie beispielsweise an ein Endgerät eines Servicetechnikers einer Werkstatt oder von Einsatzkräften an einer Unfallstelle gesendet.
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In 1b ist ein erfindungsgemäßes Batterieentladesystem 500 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses unterscheidet sich von der zu Figur la beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass die Anschlussstelle des Elektrofahrzeugs 100 ein spannungsführendes Bauteil 150 ist, beispielsweise eine Hochvoltkomponente des Elektrofahrzeugs 100. Das Anschlusskabel 215 weist eine geeignete Anschlussmöglichkeit an das spannungsführende Bauteil des Elektrofahrzeugs 100 auf. Dies kommt beispielsweise dann zum Einsatz, wenn die Ladebuchse 110 des Elektrofahrzeugs 100 aufgrund von Beschädigungen nicht mehr nutzbar ist oder das Elektrofahrzeug 100 nicht für einen bidirektionalen Stromfluss ausgelegt ist oder wenn es sich um eine einzelne Batterie beispielsweise in einem Lager handelt.
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Das spannungsführende Bauteil 150, insbesondere die Hochvoltkomponente, wird über die geeignete Anschlussmöglichkeit des Anschlusskabels 215 an das Entladegerät 200 angeschlossen, sodass Energie aus der Batterie 130 des Elektrofahrzeugs 100 über das Anschlusskabel 215 auf das mobile Entladegerät 200 übertragbar ist.
Die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinrichtung 220 des mobilen Entladegeräts 200 erkennt die Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug 100 und dem mobilen Entladegerät 200 durch Detektieren eines Signals. Dieses Signal ist beispielsweise ein Spannungswert, insbesondere einer Hochvoltleitung oder eine Änderung des Spannungswerts des spannungsführenden Bauteils. Daraufhin startet die intelligente Auswerteelektronik der Auswerteeinheit 220 des Entladegeräts 200 das Entladen der Batterie 130 des Elektrofahrzeugs 100 automatisch oder nach Freigabe durch einen Bediener. Beim Entladen der Batterie 130 wird dieser Energie entzogen und dem Energieabnehmer 250 des mobilen Entladegerät 200 zugeführt.
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Abgesehen von den hier beschriebenen Unterscheidungsmerkmalen gelten für diese Ausführungsform auch jene zu 1a beschriebenen Merkmale.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016214484 A1 [0005]
- DE 102020004733 A1 [0006]
- DE 102018114239 A1 [0007]
