WO2022207244A1 - Batterie und verfahren zum ausserbetriebsetzen einer batterie - Google Patents

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WO2022207244A1
WO2022207244A1 PCT/EP2022/055747 EP2022055747W WO2022207244A1 WO 2022207244 A1 WO2022207244 A1 WO 2022207244A1 EP 2022055747 W EP2022055747 W EP 2022055747W WO 2022207244 A1 WO2022207244 A1 WO 2022207244A1
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WO
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battery
battery cells
discharge
deep discharge
balancer circuit
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PCT/EP2022/055747
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English (en)
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Inventor
Alexander Hahn
Michael Steckel
Original Assignee
Lisa Dräxlmaier GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits

Definitions

  • the present invention relates to a battery and a method for disabling a battery. Furthermore, the invention relates to a computer program and a computer program product for executing such a method.
  • Discarded batteries such as traction batteries from electric vehicles, are generally transported as dangerous goods, sometimes in special security containers, which is relatively expensive. Before recycling, the batteries are usually dismantled manually. The cells can then be discharged individually or in groups using an external device. The discharging process is necessary in order to rule out any risk to people and the system from residual charge during subsequent work processes. Electricians are usually required to disassemble the batteries.
  • the approach described below is essentially based on the fact that a balancer, which in many cases is already integrated in the battery, can be used to carry out a controlled deep discharge of the (installed) battery cells.
  • the balancer is used to equalize the charge between the individual cells of the battery and often consists of a discharge resistor, which can be used to adjust the charge level of the respective cell. If the battery is deeply discharged by means of the balancer, the battery can also be disassembled by non-specialist personnel without electrical knowledge. In addition, this can reduce the risk of accidents during transport or when disassembling the battery.
  • a first aspect of the invention relates to a battery that includes a plurality of battery cells, a balancer circuit for equalizing charge differences between the battery cells, and an activation device for putting the balancer circuit into a deep discharge mode.
  • the balancer circuit is configured in order to cause a deep discharge of the battery cells in the deep discharge mode.
  • the battery can be a high-voltage battery with a nominal voltage of at least 120 V, in particular at least 350 V, for example.
  • the battery may be a traction battery for an electric vehicle such as an electric car, electric truck, electric bus, or electric two-wheeler.
  • an electric vehicle such as an electric car, electric truck, electric bus, or electric two-wheeler.
  • other applications of the battery are also possible.
  • the battery can be designed as a lithium battery, for example in the form of a lithium-ion battery.
  • This can be designed, for example, as a lithium polymer battery or lithium iron phosphate battery.
  • a battery cell can generally be understood as a galvanic cell for converting chemical and electrical energy.
  • the battery cell can include two electrodes and an electrolyte.
  • the battery cells can be designed, for example, as prismatic cells and/or as so-called pouch cells with a pouch or pocket-like outer shell.
  • the battery cells can be connected to one another in series and/or in parallel.
  • the activation device and the balancer circuit can be designed, for example, as structurally separate components of the battery.
  • the activation device can be subsequently integrated into the battery with the (already built-in) balancer circuit.
  • the activation device can also be designed at least partially as a component of the balancer circuit and/or a higher-level controller.
  • the balancing circuit can be implemented as hardware and/or as software.
  • the activation device can be implemented as hardware and/or as software.
  • the balancer circuit can be configured to charge and/or discharge the battery cells individually by controlling appropriately positioned balancer switches, also referred to below as discharge switches.
  • the balancer switches can include transistors or other suitable electronic and/or electrical switches.
  • the balancer circuit can be designed as a passive and/or active balancer.
  • the balancer circuit can include a hardware and/or software-based protection function that can be configured to protect the battery cells from undervoltage and/or overvoltage when balancing the charge differences, ie a respective cell voltage of the battery cells in a predetermined voltage range keep.
  • This protective function can be overridden or bypassed, for example, by switching the balancer circuit to deep discharge mode, so that a targeted deep discharge of individual or all battery cells can be effected with appropriate control of the balancer circuit.
  • the battery can be composed of a plurality of cell modules, for example.
  • each cell module can comprise a plurality of battery cells and, in addition, a cell module housing for accommodating the battery cells.
  • the cell modules can be connected to one another in series and/or in parallel.
  • each cell module can have its own balancer circuit and/or its own activation device.
  • the balancer circuit can be configured to balance charge differences between the battery cells of one and the same cell module.
  • the balancer circuit can also be configured to compensate for charge differences between battery cells of different cell modules.
  • the battery can include at least one cell module controller for monitoring a voltage, a current and/or a temperature of one or more cell modules and/or a higher-level controller.
  • a higher-level controller can also be referred to as a battery management controller or battery management system.
  • the balancer circuit can be a component of the cell module controller and/or a component of the battery management controller.
  • passive cell balancing can be implemented via switchable resistors.
  • Such a configuration can be extended with relatively little effort by an additional control with software and/or hardware to activate a final deactivation of the battery. This offers cost advantages for the complete life cycle management of the battery, as the effort involved in the recycling process can be reduced.
  • the deep discharge can be activated, for example, by means of a—possibly secured—mechanical switch and/or by software.
  • a mechanical switch can be secured against incorrect operation, for example, by a cover and/or a lead seal.
  • An electrical and/or electromechanical display can optionally be provided, which can indicate the end of the discharging process and/or that there is no voltage. Test contacts are also possible, which should be accessible externally, ie without opening and/or disassembling the battery.
  • a second aspect of the invention relates to a method for decommissioning a battery according to an embodiment of the first aspect of the invention.
  • the battery includes a communication interface for data communication with an external data processing device, and the activation device and the balancer circuit are configured to send and/or receive data via the communication interface.
  • the method comprises at least the following steps: receiving a deep discharge command generated by the external data processing device in the activation device; and placing the balancer circuit in the deep-discharge mode based on the deep-discharge command by the activation device, so that the deep-discharge of the battery cells is effected.
  • An external data processing device can be understood to mean a device for data processing located outside the battery, such as an external control unit, which can be connected to the battery, more precisely to the communication interface built into the battery, via a wireless and/or wired data communication connection if required.
  • the communication interface can be configured, for example, for data communication with a bus system, such as a CAN bus.
  • the external data processing device can include a processor for executing a computer program for generating the deep discharge command, a memory for storing the computer program and/or data communication interfaces for data communication with peripheral devices.
  • the deep discharge command may include instructions that cause the balancer circuit, when executed by a processor, such as a processor of the activation device, the balancer circuit and/or a higher-level controller, to contact the battery cells with discharge resistors so that the battery cells are discharged.
  • a processor such as a processor of the activation device, the balancer circuit and/or a higher-level controller, to contact the battery cells with discharge resistors so that the battery cells are discharged.
  • a third aspect of the invention relates to a computer program with instructions which, when the computer program is executed by the processor, cause a processor to carry out the method according to an embodiment of the second aspect of the invention.
  • a fourth aspect of the invention relates to a computer-readable medium on which the computer program according to an embodiment of the third aspect of the invention is stored.
  • the computer-readable medium can be volatile or non-volatile data storage.
  • the computer-readable medium can be a hard drive, USB storage device, RAM, ROM, EPROM, or flash memory.
  • the computer-readable medium can also be a data communication network such as the Internet or a data cloud (cloud) enabling a download of a program code.
  • the activation device includes a mechanical switch for switching the balancer circuit to the deep discharge mode.
  • a mechanical switch for switching the balancer circuit to the deep discharge mode.
  • the mechanical switch can be arranged, for example, on and/or in a housing for accommodating the battery cells, for example a battery housing or a cell module housing.
  • the mechanical switch can be placed on the battery in such a way that it is accessible to a person without first opening live parts of the battery. It is conceivable, for example, that the mechanical switch is placed on a drive battery of an electric vehicle in such a way that it only operates when it is removed Drive battery can be operated. It is possible that the deep discharge of the battery cells is already started by actuating the mechanical switch.
  • Such a mechanical switch has the advantage that it can be retrofitted with relatively little effort.
  • the activation device includes switch protection to prevent unintentional actuation of the mechanical switch.
  • the switch protection can be designed, for example, in the form of a cover that can be locked and/or a seal, for example by means of a wire or the like.
  • other versions of the switch protection are also conceivable. In this way, an accidental deep discharge of the battery, for example due to incorrect operation or mechanical shocks, can be prevented.
  • the battery also includes a measuring device for measuring a voltage and/or a current of the battery cells and a display device for displaying measured values generated by the measuring device.
  • the measuring device can include one or more sensors.
  • the sensors can be attached, for example, to and/or in a housing of the battery and/or to one or more battery cells.
  • the measuring device can, for example, be at least partially integrated into a cell module controller (see above).
  • the measuring device can also be a component of the balancer circuit and/or the activation device.
  • the measuring device can, for example, also measure a temperature of the battery cells, the battery and/or a cell module (see above).
  • the display device can include, for example, one or more displays, one or more signal lamps or a combination of both.
  • the display device can be arranged, for example, on and/or in a housing of the battery. As a result, the state of discharge of the battery and/or the battery cells can be checked very easily.
  • the battery also includes a test device connection, which is electrically conductively connected to the battery cells, for connecting an external test device for testing a voltage and/or a current of the battery cells.
  • the test device connection can include one or more test contacts.
  • the battery may have main contacts for connecting a load and/or power source to the battery.
  • the test device connection be configured to enable a check of a total voltage of the battery and / or a respective cell voltage of the battery cells using the external tester.
  • the test device connection can be connected to individual poles of the battery cells, for example.
  • each battery cell is connected in parallel with a discharge branch. It is also possible for the battery cells to be connected to cell groups, with each cell group being connected in parallel with a discharge branch.
  • each discharging branch comprises a series circuit made up of a discharging resistor and a discharging switch.
  • the balancer circuit is configured to close the discharge switches in the deep discharge mode, so that the deep discharge of the battery cells is effected. In other words, the two poles of a battery cell can be contacted by closing the respective discharge switch via the respective discharge resistor.
  • the balancer circuit can thus be designed as a passive balancer with relatively little effort. Direct control of a semiconductor element, for example an FET, for switching the discharge resistor is also possible.
  • discharge resistors and/or battery cells can take several hours or, for example in the case of a high-voltage battery, several days.
  • discharge resistors as they are typically used in a balancer circuit, has the advantage that the battery does not heat up excessively during the discharge process. This can further reduce the risk of accidents.
  • the battery is a lithium-ion accumulator.
  • the balancer circuit is configured to discharge the battery cells in deep discharge mode to such an extent that a respective cell voltage of the battery cells drops to 0.5 V or less and/or a total voltage of the battery to 60 V or less.
  • a total nominal voltage of the battery can be at least 300 V, in particular at least 400 V, for example.
  • a respective nominal cell voltage of the battery cells can be at least 3 V, for example. This can ensure that the Residual energy of the battery is reduced to a minimum that can be classified as safe after the deep discharge has ended.
  • the battery further includes a housing for accommodating the battery cells.
  • the activation device is arranged on and/or in the housing. This makes it possible to actuate the activation device without opening the housing and/or without dismantling the battery.
  • the activation device can be arranged opposite a maintenance opening in the housing, so that it is accessible from the outside via the maintenance opening.
  • the battery further comprises a communication action interface for data communication with an external data processing device.
  • the activation device is configured to send and/or receive data via the communication interface.
  • the balancer circuit can be configured to send and/or receive data via the communication interface.
  • the communication action interface can be configured for wired and/or wireless data communication, for example via WLAN, Bluetooth and/or mobile radio. This makes it possible to discharge or shut down the battery while it is already installed, for example in an electric vehicle. This can significantly reduce the risk of accidents when removing the battery.
  • Figure 1 is a schematic representation of a battery according to an embodiment of the invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a balancer circuit from Figure 1.
  • FIG. 1 shows a schematic of a battery 100 with a plurality of battery cells 102.
  • the battery 100 can be a high-voltage battery, in particular a drive battery for an electric vehicle.
  • the battery 100 can be designed as a lithium-ion accumulator, for example.
  • the battery cells 102 can be designed as prismatic and/or pouch cells. In this example, the battery cells 102 are connected in series with one another. Alternatively, the battery cells 102 can also be connected in parallel with one another. A combination of parallel and serial connection of the battery cells 102 is also possible.
  • the battery cells 102 can be combined to form one or more cell modules 104 .
  • the cell modules 104 can be connected to one another in series and/or in parallel.
  • the battery 100 also includes a balancer circuit 106, also called a balancer for short, which is configured to compensate for charge differences between the battery cells 102 by targeted charging and/or discharging of individual battery cells 102.
  • the balancer circuit 106 is designed as a passive balancer, the function of which is explained in more detail below with reference to FIG.
  • the balancer circuit 106 can also be designed as an active balancer.
  • Balancer circuit 106 may include hardware and/or software modules.
  • the balancer circuit 106 can include a protective function that can be used to prevent a respective cell voltage of the battery cells 102 from leaving a specific permissible voltage range.
  • the permissible voltage range can be limited, for example, by an end-of-discharge voltage and/or an end-of-charge voltage. In this way, overcharging and/or deep discharging of the battery cells 102 can be avoided during normal operation of the battery 100 , which can lengthen the service life of the battery 100 .
  • the Balancer circuit 106 are shared if the aforementioned protective function can be overridden.
  • the battery 100 is equipped with a suitable activation device 108 which can be actuated to deactivate the protective function of the balancer circuit 106 either only temporarily or permanently, if required.
  • An operating mode of the balancer circuit 106 in which the protective function is deactivated can also be referred to as a deep discharge mode.
  • the balancer circuit 106 is configured to effect a deep discharge of the battery cells 102 and thus of the battery 100, so that the battery 100 can be fed to a recycling process, ie transported and/or dismantled, as safely as possible.
  • a complex dismantling of the battery 100 for the deep discharge of the individual battery cells 102 by means of an external discharge device can thus be omitted.
  • the activation device 108 can comprise hardware and/or software modules.
  • the housing 110 can be, for example, a cell module housing for accommodating a plurality of battery cells 102 of a cell module 104 or a battery housing for accommodating a plurality of cell modules 104 or a plurality of cell module housings.
  • the activation device 108 can include a mechanical switch 112 for switching the balancer circuit 106 into the deep discharge mode.
  • the mechanical switch 112 can be arranged on the battery 100 in such a way that it can be operated from the outside. In this example, the mechanical switch 112 is attached to an exterior of the housing 110 .
  • the mechanical switch 112 can, however, also be arranged at any other point of the battery 100, for example also inside the housing 110, as long as it is ensured that it can be actuated safely, in particular without any risk from a high voltage of the battery 100.
  • the mechanical switch 112 can optionally be protected by a suitable switch protection 114 .
  • the switch protection 114 can, for example, comprise a cover for covering the mechanical switch 112, as shown in FIG.
  • other designs familiar to the person skilled in the art are also possible.
  • a software-based design of the activation device 108 is possible. It is conceivable, for example, that the activation device 108 receives a deep discharge command 118 from an external data processing device 116, such as a PC, laptop, tablet or smartphone, which causes a processor 109 to switch the balancer circuit 106 to the deep discharge mode, so that the deep discharge of the battery cells 102 is initiated becomes.
  • the processor 109 can be a component of the activation device 108, the balancer circuit 106 or a higher-level controller.
  • the activation device 104 can receive the deep discharge command 118 via a higher-level communication interface 120 integrated into the battery 100 for data communication with the external data processing device 116 and/or a bus system.
  • a higher-level communication interface 120 integrated into the battery 100 for data communication with the external data processing device 116 and/or a bus system.
  • Other components of battery 100 can also be connected to higher-level communication interface 120, such as balancer circuit 106 and/or a cell module controller 122.
  • the activation device 108 receives the deep discharge command 118 via a wireless communication connection, such as via WLAN, Bluetooth and/or cellular.
  • a wireless communication connection such as via WLAN, Bluetooth and/or cellular.
  • a wired communication link is also conceivable.
  • the activation device 108 can be equipped with its own communication interface for data communication with the external data processing device 116 .
  • the deep discharge command 118 may contain instructions that cause each of the battery cells 102 to be discharged by means of the balancing circuit 106 at least until a residual voltage of 0.5 V is reached, based on a nominal voltage of the battery cell 102 of at least 3 V, and/or so far is discharged that a total voltage of the battery 100, based on a nominal voltage of the battery 100 of at least 360 V, is at most 60 V.
  • the battery 100 can be equipped with a suitable display device 124, such as a display and/or at least one signal lamp. be equipped.
  • the display device 124 displays the word "END" to signal that the battery cells 102 have been sufficiently discharged and the battery 100 has therefore been successfully taken out of service.
  • display device 124 can be configured to display measured voltage and/or current values that are measured by a measuring device 126 for measuring a respective voltage and/or a respective current of battery cells 102 and/or a total voltage and/or a total current of battery 100 , were generated.
  • the measuring device 126 in FIG. 1 is integrated into the cell module controller 122 purely by way of example.
  • the display device 124 can, for example, be integrated into the housing 110 and/or attached to the outside of the housing 110 .
  • the battery 100 can have a separate main connection 130 for connecting a load and/or energy source to the battery cells 102
  • Test equipment connection 132 for connecting the external test equipment 128, such as a voltmeter, be equipped.
  • the test device connection 132 can, for example, be electrically conductively connected to the two poles of the cell module 104 . Additionally or alternatively, the test device connection 132 can be connected to individual pole pairs of the battery cells 102 . Thus, for example, the respective cell voltage of the battery cells 102 can be measured.
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the balancer circuit 106 as a passive balancer.
  • each battery cell 102 is connected in parallel with a discharge branch 200 .
  • Each discharge branch 200 is designed as a series connection of a discharge resistor 202 with a discharge switch 204, such as an FET or some other suitable electronic switch.
  • the discharge switches 204 can be individually closed or opened by a balancer module 206 of the balancer circuit 106 , the battery cells 102 being discharged via the respective discharge resistor 202 when the discharge switch 204 is closed. Since the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, the devices and methods can be modified to a large extent in the customary manner by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to one another are merely exemplary.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (100), die eine Mehrzahl von Batteriezellen (102), eine Balancerschaltung (106) zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen den Batteriezellen (102) und eine Aktivierungseinrichtung (108) zum Versetzen der Balancerschaltung (106) in einen Tiefentlademodus umfasst. Dabei ist die Balancerschaltung (106) konfiguriert, um im Tiefentlademodus eine Tiefentladung der Batteriezellen (102) zu bewirken.

Description

BATTERIE UND VERFAHREN ZUM AUSSERBETRIEBSETZEN EINER BATTERIE
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie und ein Verfahren zum Außerbetriebsetzen einer Batterie. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
Stand der Technik
Ausgemusterte Batterien, etwa Antriebsbatterien aus Elektrofahrzeugen, werden im Allgemeinen als Gefahrgut, teilweise in speziellen Sicherheitsbehältern, transportiert, was relativ teuer ist. Vor dem Recycling werden die Batterien in der Regel manuell zerlegt. Die Zellen können dann einzeln oder in Gruppen mit einem externen Gerät entladen werden. Der Entladevorgang ist erforderlich, um bei anschließenden Arbeitsvorgängen eine Gefährdung von Mensch und Anlage durch Restladung auszuschließen. Zum Zerlegen der Batterien sind in der Regel Elektrofachkräfte erforderlich.
Beschreibung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, das Recycling von Batterien zu vereinfachen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Tiefentladung einer Batterie ohne vorherige Zerlegung der Batterie zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Wie weiter oben erwähnt, ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, dass Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, ausreichend entladen werden, bevor sie einem Recyclingprozess zugeführt werden können. Der im Folgenden beschriebene Ansatz bietet den Vorteil, dass eine zu recycelnde Batterie bereits vor dem Transport oder dem Zerlegen mit geringem Aufwand in einen sicheren, d. h. tiefentladenen Zustand gebracht werden kann.
Der im Folgenden beschriebene Ansatz beruht im Wesentlichen darauf, dass zur Durchführung einer kontrollierten Tiefentladung der (verbauten) Batteriezellen ein Balancer genutzt werden kann, der in vielen Fällen bereits in die Batterie integriert ist. Der Balancer dient dem Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Zellen der Batterie und besteht oft aus einem Entladewiderstand, über den die jeweilige Zelle im Ladezustand angeglichen werden kann. Wird eine Tiefentladung der Batterie mittels des Balancers herbeigeführt, so kann eine anschließende Zerlegung der Batterie auch durch nicht spezialisiertes Personal ohne elektrische Fachkenntnisse durchgeführt werden. Darüber hinaus kann dadurch das Unfallrisiko beim Transport bzw. beim Zerlegen der Batterie reduziert werden.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, die eine Mehrzahl von Batteriezellen, eine Balancerschaltung zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen den Batteriezellen und eine Aktivierungseinrichtung zum Versetzen der Balancerschaltung in einen Tiefentlademodus umfasst. Dabei ist die Balancerschaltung konfiguriert, um im Tiefentlademodus eine Tiefentladung der Batteriezellen zu bewirken.
Bei der Batterie kann es sich beispielsweise um eine Hochvoltbatterie mit einer Nennspannung von mindestens 120 V, insbesondere von mindestens 350 V, handeln.
Beispielsweise kann die Batterie eine Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug wie etwa ein Elektroauto, Elektrolastwagen, Elektrobus oder Elektrozweirad sein. Möglich sind aber auch andere Anwendungen der Batterie.
Insbesondere kann die Batterie als Lithiumbatterie ausgeführt sein, etwa in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Dieser kann beispielsweise als Lithium-Polymer-Akkumulator oder Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator ausgeführt sein. Denkbar sind aber auch andere Ausführungsformen der Batterie. Unter einer Batteriezelle kann im Allgemeinen eine galvanische Zelle zur Umwandlung zwischen chemischer und elektrischer Energie verstanden werden. Hierzu kann die Batteriezelle zwei Elektroden und einen Elektrolyten umfassen. Die Batteriezellen können beispielsweise als prismatische Zellen und/oder als sogenannte Pouch-Zellen mit beutel oder taschenartiger Außenhülle ausgeführt sein.
Die Batteriezellen können miteinander in Reihe und/oder parallelgeschaltet sein.
Die Aktivierungseinrichtung und die Balancerschaltung können beispielsweise als baulich voneinander getrennte Komponenten der Batterie ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Aktivierungseinrichtung nachträglich in die Batterie mit der (bereits eingebauten) Balancerschaltung integriert worden sein. Die Aktivierungseinrichtung kann aber auch zumindest teilweise als eine Komponente der Balancerschaltung und/oder eines übergeordneten Controllers ausgeführt sein.
Die Balancerschaltung kann als Hardware und/oder als Software implementiert sein.
Die Aktivierungseinrichtung kann als Hardware und/oder als Software implementiert sein.
Zum Ausgleichen der Ladungsunterschiede kann die Balancerschaltung konfiguriert sein, um die Batteriezellen durch Ansteuern entsprechend positionierter Balancerschalter, im Folgenden auch Entladeschalter genannt, einzeln zu laden und/oder zu entladen. Die Balancerschalter können Transistoren oder sonstige geeignete elektronische und/oder elektrische Schalter umfassen. Die Balancerschaltung kann als passiver und/oder aktiver Balancer ausgeführt sein.
Es ist möglich, dass die Balancerschaltung eine hardware- und/oder softwarebasierte Schutzfunktion umfasst, die konfiguriert sein kann, um die Batteriezellen beim Ausgleichen der Ladungsunterschiede vor Unterspannung und/oder Überspannung zu schützen, d.h., eine jeweilige Zellenspannung der Batteriezellen in einem vorgegebenen Spannungsbereich zu halten. Diese Schutzfunktion kann beispielsweise durch Versetzen der Balancerschaltung in den Tiefentlademodus außer Kraft gesetzt oder umgangen werden, sodass bei entsprechender Ansteuerung der Balancerschaltung eine gezielte Tiefentladung einzelner oder aller Batteriezellen bewirkt werden kann. Die Batterie kann beispielsweise aus einer Mehrzahl von Zellmodulen zusammengesetzt sein. Dabei kann jedes Zellmodul eine Mehrzahl von Batteriezellen und zusätzlich ein Zellmodulgehäuse zum Aufnehmen der Batteriezellen umfassen. Die Zellmodule können miteinander in Reihe und/oder parallelgeschaltet sein.
Beispielsweise kann jedes Zellmodul eine eigene Balancerschaltung und/oder eine eigene Aktivierungseinrichtung umfassen. Die Balancerschaltung kann konfiguriert sein, um Ladungsunterschiede zwischen den Batteriezellen ein und desselben Zellmoduls auszugleichen. Die Balancerschaltung kann aber auch konfiguriert sein, um Ladungsunterschiede zwischen Batteriezellen unterschiedlicher Zellmodule auszugleichen.
Zusätzlich kann die Batterie mindestens einen Zellmodulcontroller zum Überwachen einer Spannung, eines Stroms und/oder einer Temperatur eines oder mehrerer Zellmodule und/oder einen übergeordneten Controller umfassen. Ein solcher übergeordneter Controller kann auch als Batteriemanagementcontroller oder Batteriemanagementsystem bezeichnet werden.
Beispielsweise kann die Balancerschaltung eine Komponente des Zellmodulcontrollers und/oder eine Komponente des Batteriemanagementcontrollers sein.
In einen solchen Zellmodulcontroller kann beispielsweise ein passives Cell-Balancing über zuschaltbare Widerstände implementiert sein. Eine derartige Konfiguration kann mit verhältnismäßig geringem Aufwand durch eine zusätzliche Ansteuerung mit Software und/oder Hardware zur Aktivierung einer endgültigen Außerbetriebsetzung der Batterie erweitert werden. Dies bietet Kostenvorteile beim kompletten Lebenszyklusmanagement der Batterie, da der Aufwand für den Recyclingprozess reduziert werden kann.
Die Aktivierung der Tiefentladung kann beispielsweise mittels eines - gegebenenfalls gesicherten - mechanischen Schalters und/oder per Software erfolgen. Ein solcher mechanischer Schalter kann beispielsweise durch eine Abdeckung und/oder eine Verplombung gegen Fehlbedienung gesichert sein.
Optional kann eine elektrische und/oder elektromechanische Anzeige vorgesehen sein, die das Ende des Entladevorgangs und/oder eine Spannungsfreiheit anzeigen kann. Ferner sind Prüfkontakte möglich, die extern, d. h. ohne Öffnen und/oder Zerlegen der Batterie, zugänglich sein sollten.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Außerbetriebsetzen einer Batterie gemäß einer Ausführungsform des ersten Aspekts der Erfindung. Dabei umfasst die Batterie eine Kommunikaktionsschnittstelle zur Datenkommunikation mit einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung und die Aktivierungseinrichtung und die Balancerschaltung sind konfiguriert, um Daten über die Kommunikationsschnittstelle zu senden und/oder zu empfangen. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: Empfangen eines von der externen Datenverarbeitungsvorrichtung generierten Tiefentladebefehls in der Aktivierungseinrichtung; und Versetzen der Balancerschaltung in den Tiefentlademodus basierend auf dem Tiefentladebefehl durch die Aktivierungseinrichtung, sodass die Tiefentladung der Batteriezellen bewirkt wird.
Unter einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung kann eine außerhalb der Batterie befindliche Vorrichtung zur Datenverarbeitung, etwa ein externes Steuergerät, verstanden werden, die beispielsweise bedarfsweise über eine drahtlose und/oder drahtgebundene Datenkommunikationsverbindung mit der Batterie, genauer mit der in die Batterie eingebauten Kommunikationsschnittstelle, verbunden werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise zur Datenkommunikation mit einem Bussystem, etwa einem CAN-Bus, konfiguriert sein.
Die externe Datenverarbeitungsvorrichtung kann einen Prozessor zum Ausführen eines Computerprogramms zum Generieren des Tiefentladebefehls, einen Speicher zum Speichern des Computerprogramms und/oder Datenkommunikationsschnittstellen zur Datenkommunikation mit Peripheriegeräten umfassen. Beispielsweise kann die externe Datenverarbeitungsvorrichtung als PC, Laptop, Tablet, Smartphone, OBD-Gerät (OBD = On- Board-Diagnose) o. Ä. ausgeführt sein.
Der Tiefentladebefehl kann Anweisungen umfassen, die die Balancerschaltung bei Ausführung durch einen Prozessor, etwa einen Prozessor der Aktivierungseinrichtung, der Balancerschaltung und/oder eines übergeordneten Controllers, veranlassen, die Batteriezellen mit Entladewiderständen zu kontaktieren, sodass die Batteriezellen entladen werden. Merkmale des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung können auch Merkmale der Batterie sein und umgekehrt.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Befehlen, die einen Prozessor bei Ausführung des Computerprogramms durch den Prozessor veranlassen, das Verfahren gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung auszuführen.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der Erfindung gespeichert ist. Das computerlesbare Medium kann ein flüchtiger oder nicht flüchtiger Datenspeicher sein. Beispielsweise kann das computerlesbare Medium eine Festplatte, ein USB-Speichergerät, ein RAM, ROM, EPROM oder Flash-Speicher sein. Das computerlesbare Medium kann auch ein einen Download eines Programmcodes ermöglichendes Datenkommunikationsnetzwerk wie etwa das Internet oder eine Datenwolke (Cloud) sein.
Merkmale des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung können auch Merkmale des Computerprogramms und/oder des computerlesbaren Mediums sein und umgekehrt.
Mögliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung können unter anderem und ohne die Erfindung einzuschränken als auf nachfolgend beschriebenen Ideen und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Aktivierungseinrichtung einen mechanischen Schalter zum Versetzen der Balancerschaltung in den Tiefentlademodus. Durch Betätigen des mechanischen Schalters kann beispielsweise ein Unterspannungsschutz der Balancerschaltung deaktiviert werden, sodass eine Tiefentladung der Batteriezellen mittels der Balancerschaltung ermöglicht wird. Der mechanische Schalter kann beispielsweise an und/oder in einem Gehäuse zum Aufnehmen der Batteriezellen, etwa eines Batteriegehäuses oder eines Zellmodulgehäuses, angeordnet sein. Insbesondere kann der mechanische Schalter derart an der Batterie platziert sein, dass er ohne vorheriges Öffnen spannungführender Teile der Batterie für einen Menschen zugänglich ist. Denkbar ist beispielsweise, dass der mechanische Schalter an einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs derart platziert ist, dass er nur im ausgebauten Zustand der Antriebsbatterie betätigt werden kann. Es ist möglich, dass bereits durch das Betätigen des mechanischen Schalters die Tiefentladung der Batteriezellen in Gang gesetzt wird. Ein solcher mechanischer Schalter hat den Vorteil, dass er mit relativ geringem Aufwand nachgerüstet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Aktivierungseinrichtung einen Schalterschutz zum Verhindern einer ungewollten Betätigung des mechanischen Schalters. Der Schalterschutz kann beispielsweise in Form einer Abdeckung, die verriegelbar sein kann, und/oder einer Verplombung, etwa mittels eines Drahts o. Ä., ausgeführt sein. Denkbar sind aber auch andere Ausführungen des Schalterschutzes. Somit kann eine versehentliche Tiefentladung der Batterie, etwa durch Fehlbedienung oder mechanische Erschütterungen, verhindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Batterie ferner eine Messeinrichtung zum Messen einer Spannung und/oder eines Stroms der Batteriezellen und eine Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen von durch die Messeinrichtung erzeugten Messwerten.
Die Messeinrichtung kann einen oder mehrere Sensoren umfassen. Die Sensoren können beispielsweise an und/oder in einem Gehäuse der Batterie und/oder an einer oder mehreren Batteriezellen angebracht sein. Die Messeinrichtung kann beispielsweise zumindest teilweise in einen Zellmodulcontroller (siehe weiter oben) integriert sein. Die Messeinrichtung kann aber auch eine Komponente der Balancerschaltung und/oder der Aktivierungseinrichtung sein. Zusätzlich zur Spannung und/oder zum Strom der Batteriezellen kann die Messeinrichtung beispielsweise auch eine Temperatur der Batteriezellen, der Batterie und/oder eines Zellmoduls (siehe weiter oben) messen. Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise ein oder mehrere Displays, eine oder mehrere Signallampen oder eine Kombination aus beidem umfassen. Die Anzeigeeinrichtung kann beispielsweise an und/oder in einem Gehäuse der Batterie angeordnet sein. Dadurch kann der Entladezustand der Batterie und/oder der Batteriezellen sehr einfach überprüft werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Batterie ferner einen mit den Batteriezellen elektrisch leitfähig verbundenen Prüfgeräteanschluss zum Anschließen eines externen Prüfgeräts zum Prüfen einer Spannung und/oder eines Stroms der Batteriezellen. Der Prüfgeräteanschluss kann einen oder mehrere Prüfkontakte umfassen. Zusätzlich zu den Prüfkontakten kann die Batterie Hauptkontakte zum Anschließen einer Last und/oder Energiequelle an die Batterie aufweisen. Beispielsweise kann der Prüfgeräteanschluss konfiguriert sein, um eine Überprüfung einer Gesamtspannung der Batterie und/oder einer jeweiligen Zellspannung der Batteriezellen mittels des externen Prüfgeräts zu ermöglichen. Hierzu kann der Prüfgeräteanschluss beispielsweise mit einzelnen Polen der Batteriezellen verschaltbar sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Integration einer Spannungs- und/oder Strommesseinrichtung und/oder einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Entladefortschritts in die Batterie entfallen kann. Dadurch können die Herstellungskosten der Batterie reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist jede Batteriezelle mit einem Entladezweig parallelgeschaltet. Möglich ist auch, dass die Batteriezellen zu Zellgruppen verschaltet sind, wobei jede Zellgruppe mit einem Entladezweig parallelgeschaltet ist. Dabei umfasst jeder Entladezweig eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand und einem Entladeschalter. Dementsprechend ist die Balancerschaltung konfiguriert, um im Tiefentlademodus die Entladeschalter zu schließen, sodass die Tiefentladung der Batteriezellen bewirkt wird. Anders ausgedrückt können die beiden Pole einer Batteriezelle durch Schließen des jeweiligen Entladeschalters über den jeweiligen Entladewiderstand kontaktiert werden. Damit kann die Balancerschaltung mit verhältnismäßig geringem Aufwand als passiver Balancer ausgeführt werden. Auch eine direkte Ansteuerung eines Halbleiterelements, beispielsweise eines FET, zum Schalten des Entladewiderstands ist möglich.
Je nach Art der Entladewiderstände und/oder der Batteriezellen kann das Entladen der Batteriezellen mehrere Stunden oder auch, etwa im Fall einer Hochvoltbatterie, mehrere Tage in Anspruch nehmen. Die Verwendung von Entladewiderständen, wie sie typischerweise in einer Balancerschaltung zum Einsatz kommen, hat den Vorteil, dass beim Entladevorgang keine übermäßige Erwärmung der Batterie erfolgt. Dadurch kann das Unfallrisiko weiter gesenkt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Batterie ein Lithium-Ionen-Akkumulator. Dabei ist die Balancerschaltung konfiguriert, um die Batteriezellen im Tiefentlademodus so weit zu entladen, dass eine jeweilige Zellenspannung der Batteriezellen auf 0,5 V oder weniger und/oder eine Gesamtspannung der Batterie auf 60 V oder weniger absinkt. Eine Gesamtnennspannung der Batterie kann beispielsweise mindestens 300 V, insbesondere mindestens 400 V, betragen. Eine jeweilige Zellennennspannung der Batteriezellen kann beispielsweise mindestens 3 V betragen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Restenergie der Batterie nach Beendigung der Tiefentladung auf ein als gefährdungsfrei einzustufendes Minimum reduziert ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Batterie ferner ein Gehäuse zum Aufnehmen der Batteriezellen. Dabei ist die Aktivierungseinrichtung an und/oder in dem Gehäuse angeordnet. Damit kann eine Betätigung der Aktivierungseinrichtung ohne Öffnen des Gehäuses und/oder ohne Zerlegung der Batterie ermöglicht werden. Beispielsweise kann die Aktivierungseinrichtung gegenüber einer Wartungsöffnung im Gehäuse angeordnet sein, sodass sie von außen über die Wartungsöffnung zugänglich ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Batterie ferner eine Kommunikaktionsschnittstelle zur Datenkommunikation mit einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung. Dabei ist die Aktivierungseinrichtung konfiguriert, um Daten über die Kommunikationsschnittstelle zu senden und/oder zu empfangen. Zusätzlich oder alternativ zur Aktivierungseinrichtung kann die Balancerschaltung konfiguriert sein, um Daten über die Kommunikationsschnittstelle zu senden und/oder zu empfangen. Die Kommunikaktionsschnittstelle kann zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Datenkommunikation, beispielsweise über WLAN, Bluetooth und/oder Mobilfunk, konfiguriert sein. Dadurch ist es möglich, die Batterie bereits im eingebauten Zustand, etwa in einem Elektrofahrzeug, zu entladen bzw. außer Betrieb zu setzen. Dadurch kann das Unfallrisiko beim Ausbau der Batterie erheblich gesenkt werden.
Kurze Figurenbeschreibung
Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Balancerschaltung aus Figur 1.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Detaillierte Beschreibung
Figur 1 zeigt schematisch eine Batterie 100 mit einer Mehrzahl von Batteriezellen 102. Bei der Batterie 100 kann es sich um eine Hochvoltbatterie, insbesondere eine Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug, handeln. Die Batterie 100 kann beispielsweise als Lithium-Ionen- Akkumulator ausgeführt sein. Dabei können die Batteriezellen 102 als prismatische und/oder Pouch-Zellen ausgeführt sein. In diesem Beispiel sind die Batteriezellen 102 miteinander in Reihe geschaltet. Alternativ können die Batteriezellen 102 auch miteinander parallelgeschaltet sein. Auch eine Kombination aus paralleler und serieller Verschaltung der Batteriezellen 102 ist möglich.
Die Batteriezellen 102 können, wie beispielhaft in Figur 1 gezeigt, zu einem oder mehreren Zellmodulen 104 zusammengefasst sein. Dabei können die Zellmodule 104 miteinander in Reihe und/oder parallelgeschaltet sein.
Die Batterie 100 umfasst ferner eine Balancerschaltung 106, kurz auch Balancer genannt, der konfiguriert ist, um durch gezieltes Laden und/oder Entladen einzelner Batteriezellen 102 Ladungsunterschiede zwischen den Batteriezellen 102 auszugleichen. In diesem Beispiel ist die Balancerschaltung 106 als passiver Balancer ausgeführt, dessen Funktion im Folgenden anhand von Figur 2 näher erläutert wird. Alternativ kann die Balancerschaltung 106 auch als aktiver Balancer ausgeführt sein.
Die Balancerschaltung 106 kann Hardware- und/oder Softwaremodule umfassen. Beispielsweise kann die Balancerschaltung 106 eine Schutzfunktion umfassen, mit der verhindert werden kann, dass eine jeweilige Zellenspannung der Batteriezellen 102 einen bestimmten zulässigen Spannungsbereich verlässt. Der zulässige Spannungsbereich kann beispielsweise durch eine Entladeschlussspannung und/oder eine Ladeschlussspannung begrenzt sein. Auf diese Weise kann im normalen Betrieb der Batterie 100 eine Überladung und/oder Tiefentladung der Batteriezellen 102 vermieden werden, was die Lebensdauer der Batterie 100 verlängern kann.
Zur Außerbetriebsetzung der Batterie 102 ist es in der Regel erforderlich, die Batteriezellen 102 mindestens bis zum Erreichen der Entladeschlussspannung, vorzugsweise bis unter die Entladeschlussspannung, beispielsweise bis zu einer deutlich unterhalb der Entladeschlussspannung liegenden Tiefentladespannung, zu entladen. Hierzu kann die Balancerschaltung 106 mitgenutzt werden, sofern die vorgenannte Schutzfunktion außer Kraft gesetzt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Batterie 100 mit einer geeigneten Aktivierungseinrichtung 108 ausgestattet, durch deren Betätigung die Schutzfunktion der Balancerschaltung 106 bei Bedarf entweder nur vorübergehend oder auch dauerhaft deaktiviert werden kann. Ein Betriebsmodus der Balancerschaltung 106, in dem die Schutzfunktion deaktiviert ist, kann auch als Tiefentlademodus bezeichnet werden. Im Tiefentlademodus ist die Balancerschaltung 106 konfiguriert, um eine Tiefentladung der Batteriezellen 102 und damit der Batterie 100 zu bewirken, sodass die Batterie 100 möglichst gefahrlos einem Recyclingprozess zugeführt, d. h. transportiert und/oder zerlegt werden kann. Ein aufwendiges Zerlegen der Batterie 100 zur Tiefentladung der einzelnen Batteriezellen 102 mittels eines externen Entladegeräts kann somit entfallen.
Die Aktivierungseinrichtung 108 kann Hardware- und/oder Softwaremodule umfassen.
Wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, kann die Aktivierungseinrichtung 108 an einer zugänglichen Stelle in und/oder an einem Gehäuse 110 der Batterie 100 angebracht sein.
Bei dem Gehäuse 110 kann es sich beispielsweise um ein Zellmodulgehäuse zum Aufnehmen mehrerer Batteriezellen 102 eines Zellmoduls 104 oder auch um ein Batteriegehäuse zum Aufnehmen mehrerer Zellmodule 104 bzw. mehrerer Zellmodulgehäuse handeln.
Im einfachsten Fall kann die Aktivierungseinrichtung 108 einen mechanischen Schalter 112 zum Umschalten der Balancerschaltung 106 in den Tiefentlademodus umfassen. Der mechanische Schalter 112 kann so an der Batterie 100 angeordnet sein, dass er von außen betätigt werden kann. In diesem Beispiel ist der mechanische Schalter 112 an einer Außenseite des Gehäuses 110 angebracht. Der mechanische Schalter 112 kann jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle der Batterie 100, beispielsweise auch innerhalb des Gehäuses 110, angeordnet sein, solange gewährleistet ist, dass er gefahrlos, insbesondere ohne Gefährdung durch eine Hochvoltspannung der Batterie 100, betätigt werden kann.
Um ein versehentliches Aktivieren des Tiefentlademodus zu verhindern, kann der mechanische Schalter 112 optional durch einen geeigneten Schalterschutz 114 geschützt sein. Der Schalterschutz 114 kann beispielsweise eine Abdeckung zum Abdecken des mechanischen Schalters 112 umfassen, wie in Figur 1 eingezeichnet. Möglich sind aber auch andere dem Fachmann geläufige Ausführungen. Alternativ oder zusätzlich ist eine softwarebasierte Ausführung der Aktivierungseinrichtung 108 möglich. Denkbar ist beispielsweise, dass die Aktivierungseinrichtung 108 von einer externen Datenverarbeitungseinrichtung 116, etwa einem PC, Laptop, Tablet oder Smartphone, einen Tiefentladebefehl 118 empfängt, der einen Prozessor 109 veranlasst, die Balancerschaltung 106 in den Tiefentlademodus umzuschalten, sodass die Tiefentladung der Batteriezellen 102 initiiert wird. Der Prozessor 109 kann eine Komponente der Aktivierungseinrichtung 108, der Balancerschaltung 106 oder eines übergeordneten Controllers sein.
Wie in Figur 1 gezeigt, ist es möglich, dass die Aktivierungseinrichtung 104 den Tiefentladebefehl 118 über eine in die Batterie 100 integrierte übergeordnete Kommunikationsschnittstelle 120 zur Datenkommunikation mit der externen Datenverarbeitungsvorrichtung 116 und/oder einem Bussystem empfängt. An die übergeordnete Kommunikationsschnittstelle 120 können auch andere Komponenten der Batterie 100 angebunden sein, wie etwa die Balancerschaltung 106 und/oder ein Zellmodulcontroller 122.
In diesem Beispiel empfängt die Aktivierungseinrichtung 108 den Tiefentladebefehl 118 über eine drahtlose Kommunikationsverbindung, etwa über WLAN, Bluetooth und/oder Mobilfunk. Denkbar ist aber auch eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung.
Alternativ kann die Aktivierungseinrichtung 108 mit einer eigenen Kommunikationsschnittstelle zur Datenkommunikation mit der externen Datenverarbeitungseinrichtung 116 ausgestattet sein.
Der Tiefentladebefehl 118 kann Anweisungen enthalten, die bewirken, dass jede der Batteriezellen 102 mittels der Balancerschaltung 106 mindestens bis zum Erreichen einer Restspannung von 0,5 V, bezogen auf eine Nennspannung der Batteriezelle 102 von mindestens 3 V, entladen wird und/oder so weit entladen wird, dass eine Gesamtspannung der Batterie 100, bezogen auf eine Nennspannung der Batterie 100 von mindestens 360 V, höchstens 60 V beträgt.
Um den Fortschritt der Tiefentladung anzuzeigen, kann die Batterie 100 mit einer geeigneten Anzeigeeinrichtung 124, etwa einem Display und/oder mindestens einer Signallampe, ausgestattet sein. In diesem Beispiel zeigt die Anzeigeeinrichtung 124 nach erfolgreicher Tiefentladung das Wort „ENDE“ an, um zu signalisieren, dass die Batteriezellen 102 ausreichend entladen wurden und die Batterie 100 somit erfolgreich außer Betrieb gesetzt wurde.
Alternativ oder zusätzlich kann die Anzeigeeinrichtung 124 konfiguriert sein, um Spannungs und/oder Strommesswerte anzuzeigen, die von einer Messeinrichtung 126 zum Messen einer jeweiligen Spannung und/oder eines jeweiligen Stroms der Batteriezellen 102 und/oder einer Gesamtspannung und/oder eines Gesamtstroms der Batterie 100, erzeugt wurden. Lediglich beispielhaft ist die Messeinrichtung 126 in Figur 1 in den Zellmodulcontroller 122 integriert.
Die Anzeigeeinrichtung 124 kann beispielsweise in das Gehäuse 110 integriert sein und/oder außen am Gehäuse 110 befestigt sein.
Eine weitere Möglichkeit zur Überprüfung des Entladefortschritts und/oder Entladezustands ist die Spannungs- und/oder Strommessung mittels eines externen Prüfgeräts 128. Hierzu kann die Batterie 100 zusätzlich zu einem Hauptanschluss 130 zum Anschließen einer Last und/oder Energiequelle an die Batteriezellen 102 mit einem separaten Prüfgeräteanschluss 132 zum Anschließen des externen Prüfgeräts 128, etwa eines Spannungsmessgeräts, ausgestattet sein. Der Prüfgeräteanschluss 132 kann beispielsweise mit den beiden Polen des Zellmoduls 104 elektrisch leitfähig verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Prüfgeräteanschluss 132 mit einzelnen Polpaaren der Batteriezellen 102 verschaltbar sein. Somit kann beispielsweise die jeweilige Zellspannung der Batteriezellen 102 gemessen werden.
Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführung der Balancerschaltung 106 als passiver Balancer. Dabei ist jede Batteriezelle 102 mit einem Entladezweig 200 parallelgeschaltet. Jeder Entladezweig 200 ist als eine Reihenschaltung eines Entladewiderstands 202 mit einem Entladeschalter 204, etwa einem FET oder einem sonstigen geeigneten elektronischen Schalter, ausgeführt. Zum Ausgleichen der Ladungsunterschiede können die Entladeschalter 204 von einem Balancermodul 206 der Balancerschaltung 106 einzeln geschlossen oder geöffnet werden, wobei die Batteriezellen 102 bei geschlossenem Entladeschalter 204 über den jeweiligen Entladewiderstand 202 entladen werden. Da es sich bei den vorangehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können die Vorrichtungen und Verfahren in üblicher weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.
BEZUGSZEICHENLISTE
100 Batterie 102 Batteriezelle 104 Zellmodul 106 Balancerschaltung
108 Aktivierungseinrichtung
109 Prozessor
110 Gehäuse
112 mechanischer Schalter 114 Schalterschutz
116 externe Datenverarbeitungsvorrichtung
118 Tiefentladebefehl
120 Kommunikationsschnittstelle
122 Zellmodulcontroller
124 Anzeigeeinrichtung
126 Messeinrichtung
128 externes Prüfgerät
130 Hauptanschluss
132 Prüfgeräteanschluss
200 Entladezweig
202 Entladewiderstand
204 Entladeschalter
206 Balancermodul

Claims

ANSPRÜCHE
1. Batterie (100), umfassend: eine Mehrzahl von Batteriezellen (102); eine Balancerschaltung (106) zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen den Batteriezellen (102); und eine Aktivierungseinrichtung (108) zum Versetzen der Balancerschaltung (106) in einen Tiefentlademodus, wobei die Balancerschaltung (106) konfiguriert ist, um im Tiefentlademodus eine Tiefentladung der Batteriezellen (102) zu bewirken.
2. Batterie (100) nach Anspruch 1, wobei die Aktivierungseinrichtung (108) einen mechanischen Schalter (112) zum Versetzen der Balancerschaltung (106) in den Tiefentlademodus umfasst.
3. Batterie (100) nach Anspruch 2, wobei die Aktivierungseinrichtung (108) einen Schalterschutz (114) zum Verhindern einer ungewollten Betätigung des mechanischen Schalters (112) umfasst.
4. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Messeinrichtung (126) zum Messen einer Spannung und/oder eines Stroms der Batteriezellen (102); eine Anzeigeeinrichtung (124) zum Anzeigen von durch die Messeinrichtung (126) erzeugten Messwerten.
5. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: einen mit den Batteriezellen (102) elektrisch leitfähig verbundenen
Prüfgeräteanschluss (132) zum Anschließen eines externen Prüfgeräts (128) zum Prüfen einer Spannung und/oder eines Stroms der Batteriezellen (102).
6. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Batteriezelle (102) mit einem Entladezweig (200) parallelgeschaltet ist, wobei jeder Entladezweig (200) eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand (202) und einem Entladeschalter (204) umfasst; wobei die Balancerschaltung (106) konfiguriert ist, um im Tiefentlademodus die Entladeschalter (204) zu schließen, sodass die Tiefentladung der Batteriezellen (102) bewirkt wird.
7. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (100) ein Lithium-Ionen-Akkumulator ist; wobei die Balancerschaltung (106) konfiguriert ist, um die Batteriezellen (102) im Tiefentlademodus so weit zu entladen, dass eine jeweilige Zellenspannung der Batteriezellen (102) auf 0,5 V oder weniger und/oder eine Gesamtspannung der Batterie (100) auf 60 V oder weniger absinkt.
8. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein Gehäuse (110) zum Aufnehmen der Batteriezellen (102); wobei die Aktivierungseinrichtung (108) an und/oder in dem Gehäuse (110) angeordnet ist.
9. Batterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Kommunikaktionsschnittstelle (120) zur Datenkommunikation mit einer externen Datenverarbeitungsvorrichtung (116); wobei die Aktivierungseinrichtung (108) konfiguriert ist, um Daten (118) über die Kommunikationsschnittstelle (120) zu senden und/oder zu empfangen; und/oder wobei die Balancerschaltung (106) konfiguriert ist, um Daten über die Kommunikationsschnittstelle (120) zu senden und/oder zu empfangen.
10. Verfahren zum Außerbetriebsetzen einer Batterie (100) nach Anspruch 9, wobei das Verfahren umfasst:
Empfangen eines von der externen Datenverarbeitungsvorrichtung (116) generierten Tiefentladebefehls (118) in der Aktivierungseinrichtung (108); und
Versetzen der Balancerschaltung (106) in den Tiefentlademodus basierend auf dem Tiefentladebefehl (118) durch die Aktivierungseinrichtung (108), sodass die Tiefentladung der Batteriezellen (102) bewirkt wird.
11. Computerprogramm, umfassend Befehle, die einen Prozessor (109) bei Ausführung des Computerprogramms durch den Prozessor (109) veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 10 auszuführen.
12. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.
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DE102012210603A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Sicherheitskonzept für Batterien
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