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DE102018128694B4 - High-voltage storage system comprising a replacement module as a replacement for a defective high-voltage module, vehicle, stationary electrical energy storage device and method - Google Patents

High-voltage storage system comprising a replacement module as a replacement for a defective high-voltage module, vehicle, stationary electrical energy storage device and method Download PDF

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DE102018128694B4
DE102018128694B4 DE102018128694.5A DE102018128694A DE102018128694B4 DE 102018128694 B4 DE102018128694 B4 DE 102018128694B4 DE 102018128694 A DE102018128694 A DE 102018128694A DE 102018128694 B4 DE102018128694 B4 DE 102018128694B4
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voltage
storage system
module
modules
voltage storage
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German (de)
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Francois Bachellerie
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Hochvoltspeichersystem (3), insbesondere für ein Fahrzeug (1), mit einer Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4), welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen, mit einer Überbrückungseinrichtung (13),
wobei das Hochvoltspeichersystem (3) als die Überbrückungseinrichtung (13) ein Ersatzmodul (9) aufweist, wobei das Ersatzmodul (9) an einer einem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls (4) in dem Hochvoltspeichersystem (3) angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, das Hochvoltspeichersystem (3) bei der Anordnung des Ersatzmoduls (9) in dem Hochvoltspeichersystem (3) in einem vorbestimmten leistungsreduzierten Modus zu betreiben, wobei die Überbrückungseinrichtung (13) dazu ausgebildet ist, bei dem Defekt eines der Hochvoltmodule (4) eine dem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4) zu überbrücken und dass das Hochvoltspeichersystem (3) in dem leistungsreduzierten Modus im Vergleich zu einem Normalmodus des Hochvoltspeichersystems (3) eine geringere elektrische Spannung und/oder eine geringere elektrische Leistung bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (6) in dem leistungsreduzierten Modus eine angepasste Diagnosefunktion zur Diagnose der Hochvoltmodule (4) bereitstellt, wobei im leistungsreduzierten Modus die Diagnosefunktion eine Diagnoseschwelle in Abhängigkeit von dem Ersatzmodul (9) reduziert.

Figure DE102018128694B4_0000
High-voltage storage system (3), in particular for a vehicle (1), with a plurality of high-voltage modules (4), each having at least one battery cell, with a bridging device (13),
wherein the high-voltage storage system (3) has a replacement module (9) as the bridging device (13), wherein the replacement module (9) is arranged at a position assigned to a defective high-voltage module (4) instead of the defective high-voltage module (4) in the high-voltage storage system (3), and with a control device (6) which is designed to operate the high-voltage storage system (3) in a predetermined reduced-power mode when the replacement module (9) is arranged in the high-voltage storage system (3), wherein the bridging device (13) is designed to bridge an electrical connection assigned to the defective high-voltage module (4) within the plurality of high-voltage modules (4) in the event of a defect in one of the high-voltage modules (4), and in that the high-voltage storage system (3) provides a lower electrical voltage and/or a lower electrical power in the reduced-power mode compared to a normal mode of the high-voltage storage system (3), characterized in that
the control device (6) provides an adapted diagnostic function for diagnosing the high-voltage modules (4) in the reduced-power mode, wherein in the reduced-power mode the diagnostic function reduces a diagnostic threshold depending on the replacement module (9).
Figure DE102018128694B4_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochvoltspeichersystem mit einer Mehrzahl von Hochvoltmodulen, welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen. Darüber hinaus umfasst das Hochvoltspeichersystem eine Überbrückungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, bei einem Defekt eines der Hochvoltmodule eine dem defekten Hochvoltmodul zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen zu überbrücken. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Hochvoltspeichersystem. Außerdem betrifft die Erfindung einen stationären elektrischen Energiespeicher mit einem solchen Hochvoltspeichersystem. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hochvoltspeichersystems.The present invention relates to a high-voltage storage system having a plurality of high-voltage modules, each having at least one battery cell. Furthermore, the high-voltage storage system comprises a bridging device configured to bridge an electrical connection associated with the defective high-voltage module within the plurality of high-voltage modules in the event of a defect in one of the high-voltage modules. Furthermore, the present invention relates to a vehicle having such a high-voltage storage system. Furthermore, the invention relates to a stationary electrical energy storage device having such a high-voltage storage system. Finally, the present invention relates to a method for operating a high-voltage storage system.

In Elektrofahrzeugen (BEV - battery powered electric vehicle) und Plug-in-Hybriden (PHEV - plug-in hybrid electric vehicle) werden Elektromotoren zum Antrieb verwendet. Diese Elektromotoren werden von einem Hochvoltspeicher mit elektrischer Energie versorgt. Ein solcher Hochvoltspeicher umfasst üblicherweise eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen bzw. Hochvoltspeicher-Modulen. Diese Hochvoltmodule sind elektrisch miteinander verbunden und werden mittels einer Steuereinrichtung bzw. einer Speichermanagement-Elektronik gesteuert. Dabei stimmt die Steuereinrichtung die Sicherung und Funktion der Hochvoltmodule mit dem Fahrzeug ab. Falls eines der Hochvoltmodule ausfällt bzw. defekt ist, geht die Steuereinheit in einen sicheren Zustand über und kann den Hochvoltspeicher sperren. Im Falle eines Plug-in-Hybrids kann es in gewissen Fällen möglich sein, mit dem Motor eingeschränkt weiterzufahren. Ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug kann allerdings nicht mehr betrieben werden und muss abgeschleppt bzw. repariert werden. Allgemein kann der Hochvoltspeicher nur korrekt funktionieren, wenn alle Hochvoltmodule funktionsfähig sind.Electric vehicles (BEV - battery powered electric vehicle) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV - plug-in hybrid electric vehicle) use electric motors for propulsion. These electric motors are supplied with electrical energy by a high-voltage storage unit. Such a high-voltage storage unit typically comprises several high-voltage modules or high-voltage storage modules. These high-voltage modules are electrically connected to one another and controlled by a control unit or storage management electronics. The control unit coordinates the fuses and function of the high-voltage modules with the vehicle. If one of the high-voltage modules fails or is defective, the control unit enters a safe state and can disable the high-voltage storage unit. In the case of a plug-in hybrid, it may be possible in certain cases to continue driving with the engine to a limited extent. A purely electrically powered vehicle, however, can no longer be operated and must be towed or repaired. In general, the high-voltage storage unit can only function correctly if all high-voltage modules are functional.

Für die Reparatur eines Hochvoltmoduls ist es erforderlich, dass dieses ausgetauscht wird. Hierbei ist es oft der Fall, dass diese Hochvoltmodule nur in spezifischen Werken produziert werden und bei einem Reparaturbedarf zu einem Händler geliefert werden. Hierbei kann die Lieferzeit eines solchen Hochvoltmoduls lange Zeit in Anspruch nehmen, da Batteriemodule bzw. Batteriezellen aufgrund der chemischen Substanzen nicht mit einem Flugzeug transportiert werden dürfen. Daher kann der Transport eines Hochvoltmoduls über Landeswege deutlich längere Zeit in Anspruch nehmen.To repair a high-voltage module, it must be replaced. These high-voltage modules are often only produced in specific factories and, when repairs are needed, are delivered to a dealer. Delivery times for such a high-voltage module can be lengthy, as battery modules or battery cells are not permitted to be transported by air due to the chemicals they contain. Therefore, transporting a high-voltage module over land can take significantly longer.

Darüber hinaus ist es bekannt, Hochvoltspeicher bzw. Hochvoltmodule in stationären elektrischen Energiespeichern einzusetzen. Beispielsweise können für stationäre elektrische Energiespeicher gebrauchte Hochvoltmodule aus Elektrofahrzeugen bzw. Plug-in-Hybriden verwendet werden. Hierbei kann ein einziges defektes Hochvoltmodul die Profitabilität einer solchen Second-Life-Anwendung annullieren. Bei derartigen stationären elektrischen Energiespeichern sind die Reparaturkosten für ein Hochvoltmodul oft sehr hoch und die anderen, funktionsfähigen Hochvoltmodule werden entsorgt.Furthermore, it is known to use high-voltage storage units or high-voltage modules in stationary electrical energy storage systems. For example, used high-voltage modules from electric vehicles or plug-in hybrids can be used for stationary electrical energy storage systems. A single defective high-voltage module can negate the profitability of such a second-life application. In such stationary electrical energy storage systems, the repair costs for a high-voltage module are often very high, and the other, functional high-voltage modules are disposed of.

Hierzu beschreibt die DE 10 2010 053 942 A1 eine Abschalt- und Überbrückungsschaltung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, umfassend eine Batterie mit zumindest einem Batterie aus in eine Gruppe geschalteten Zellen, einen Sensordaten ausgebbaren Sensor zum Erfassen eines Fehlers zumindest der Zelle und zumindest einen abhängig von den Sensordaten aktivierbaren Schutzschalter. Dabei ist eine Steuereinrichtung ausgelegt und/oder programmiert, ein Schutzschaltersignal zum Aktivieren des Schutzschalters reversibel an den Schutzschalter anzulegen.For this purpose, the DE 10 2010 053 942 A1 A shutdown and bypass circuit for a vehicle, in particular an electric vehicle, comprising a battery with at least one battery consisting of cells connected in a group, a sensor capable of outputting sensor data for detecting a fault in at least the cell, and at least one circuit breaker that can be activated depending on the sensor data. A control device is designed and/or programmed to reversibly apply a circuit breaker signal to the circuit breaker for activating the circuit breaker.

Des Weiteren offenbart die WO 2011/095630 A1 ein Hochstrombatteriesystem, in dem hoher Betriebsstrom fließt, insbesondere für Fahrzeugantriebe. Das Hochstrombatteriesystem umfasst eine Batteriesystemüberwachungselektronik und eine Mehrzahl von Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine wiederaufladbare Batteriezelle einschließen und die derartig mittels einer Betriebsstromleitung elektrisch in Reihe geschaltet sind, dass im Betrieb ein Betriebsstrom durch die Betriebsstromleitung fließt. Dabei ist mindestens eines der Batteriemodule als Bypass-Batteriemodul ausgebildet, das einen Bypass-Schalter und eine Bypass-Leitung aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass nach Umschalten des Bypass-Schalters von einer Normalbetriebsstellung in eine Bypass-Stellung das Batteriemodul durch die Bypass-Leitung elektrisch überbrückt ist, sodass der Betriebsstrom durch die Bypass-Leitung fließt.Furthermore, the WO 2011/095630 A1 A high-current battery system in which high operating current flows, particularly for vehicle drives. The high-current battery system comprises battery system monitoring electronics and a plurality of battery modules, each enclosing at least one rechargeable battery cell and electrically connected in series by means of an operating current line such that, during operation, an operating current flows through the operating current line. At least one of the battery modules is designed as a bypass battery module, which has a bypass switch and a bypass line, which are designed and arranged such that, after the bypass switch is switched from a normal operating position to a bypass position, the battery module is electrically bridged by the bypass line, so that the operating current flows through the bypass line.

Des Weiteren offenbart die DE 10 2013 114 892 A1 eine Traktionsbatterie für eine batterie-elektrisch angetriebene mobile Arbeitsmaschine, insbesondere ein Flurförderzeug. Die Traktionsbatterie ist als Hochleistungsbatterie ausgebildet und weist einen Batterietrog auf, innerhalb dessen Module angeordnet sind, die jeweils aus mindestens einer Batteriezelle aufgebaut sind. Ferner sind die Module untereinander elektrisch parallel geschaltet. Außerdem können die Module einzeln eingesetzt werden und die Traktionsbatterie kann mit einer unterschiedlichen Anzahl von Modulen betrieben werden. Hierdurch kann dadurch die Kapazität der Traktionsbatterie an einen Bedarf angepasst werden. Zudem können Moduldummys vorgesehen sein, die in ihren geometrischen Maßen einem Modul entsprechen und anstelle eines Moduls in den Batterietrog eingesetzt werden können.Furthermore, the DE 10 2013 114 892 A1 A traction battery for a battery-electrically powered mobile work machine, in particular an industrial truck. The traction battery is designed as a high-performance battery and has a battery tray within which modules are arranged, each consisting of at least one battery cell. Furthermore, the modules are electrically connected in parallel. Furthermore, the modules can be used individually, and the traction battery can be operated with a different number of modules. This allows the capacity of the traction battery to be adapted to requirements. Module dummies can also be provided. which correspond in their geometric dimensions to a module and can be inserted into the battery tray instead of a module.

Die DE 10 2008 015 350 A1 beschreibt einen Brennstoffzellenstapel, der modular aufgebaut ist. Der Brennstoffzellenstapel umfasst einen Baugruppenträger in Form einer Haltevorrichtung. Dieser ist ein nach wenigstens einer Seite hin offenes Gehäuse, welches für die Aufnahme einzelner Baugruppen, beispielsweise einzelner Brennstoffzellen, Brennstoffzellen-Kompartimente inklusive notwendiger Kühlzellen, vorgesehen ist. Zudem kann eine Baugruppe oder Zelle entfernt werden und die betreffende Zelle durch einen „Zelldummy“ ersetzt werden, der die elektrische Kontaktierung in gleicher Weise, wie die ausgetauschte Baugruppe, übernimmt.The DE 10 2008 015 350 A1 describes a fuel cell stack with a modular design. The fuel cell stack comprises a subrack in the form of a holding device. This is a housing open on at least one side, which is intended to accommodate individual subassemblies, such as individual fuel cells, fuel cell compartments, and the necessary cooling cells. Furthermore, a subassembly or cell can be removed and replaced with a "cell dummy," which provides the electrical contact in the same way as the replaced subassembly.

KR 10 2015 0 032 077 A beschreibt ein Batteriemodul mit einer Dummy-Zelle und bildet einen Stand der Technik.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Zeitdauer für eine Inbetriebnahme eines Hochvoltspeichers mit einem defekten Hochvoltmodul auf einfache Weise verringert werden kann. Zudem sollen ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein stationärer elektrischer Energiespeicher bereitgestellt werden. KR 10 2015 0 032 077 A describes a battery module with a dummy cell and represents the state of the art.
The object of the present invention is to provide a solution for easily reducing the time required to commission a high-voltage storage system with a defective high-voltage module. Furthermore, a corresponding vehicle and a stationary electrical energy storage system are to be provided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochvoltspeichersystem, durch ein Verfahren, durch ein Fahrzeug sowie durch einen stationären elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved according to the invention by a high-voltage storage system, by a method, by a vehicle, and by a stationary electrical energy storage device having the features according to the independent claims. Advantageous developments of the present invention are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Hochvoltspeichersystem umfasst eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen, welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen. Darüber hinaus umfasst das Hochvoltspeichersystem eine Überbrückungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, bei einem Defekt eines der Hochvoltmodule eine dem defekten Hochvoltmodul zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen zu überbrücken. Dabei weist das Hochvoltspeichersystem als die Überbrückungseinrichtung ein Ersatzmodul auf, wobei das Ersatzmodul an einer dem defekten Hochvoltmodul zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls in dem Hochvoltspeichersystem angeordnet ist.A high-voltage storage system according to the invention comprises a plurality of high-voltage modules, each of which has at least one battery cell. Furthermore, the high-voltage storage system comprises a bridging device configured to bridge an electrical connection associated with the defective high-voltage module within the plurality of high-voltage modules in the event of a defect in one of the high-voltage modules. The high-voltage storage system comprises a replacement module as the bridging device, wherein the replacement module is arranged in a position associated with the defective high-voltage module in the high-voltage storage system, instead of the defective high-voltage module.

Das Hochvoltspeichersystem kann bevorzugt in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, eingesetzt werden. Das Hochvoltspeichersystem umfasst die Mehrzahl von Hochvoltmodulen. Dabei umfasst jedes der Hochvoltmodule zumindest eine Batteriezelle. Bevorzugt umfasst jedes der Hochvoltmodule eine Mehrzahl von Batteriezellen, wobei die Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verbunden sein können. Die jeweiligen Batteriezellen sind wiederaufladbar ausgebildet bzw. als so genannte Akkumulatoren oder Sekundärzellen ausgebildet. Bei den Batteriezellen handelt es sich um elektrochemische Energiespeicher. Die jeweiligen Hochvoltmodule können ebenfalls elektrisch miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die Hochvoltmodule seriell und/oder parallel miteinander verbunden werden. Somit kann mit dem Hochvoltspeichersystem eine elektrische Spannung bereitgestellt werden.The high-voltage storage system can preferably be used in a vehicle, for example an electric vehicle or a hybrid vehicle. The high-voltage storage system comprises a plurality of high-voltage modules. Each of the high-voltage modules comprises at least one battery cell. Preferably, each of the high-voltage modules comprises a plurality of battery cells, wherein the battery cells within the battery module can be electrically connected to one another in series and/or parallel. The respective battery cells are designed to be rechargeable or are designed as so-called accumulators or secondary cells. The battery cells are electrochemical energy storage devices. The respective high-voltage modules can also be electrically connected to one another. For example, the high-voltage modules can be connected to one another in series and/or parallel. Thus, an electrical voltage can be provided by the high-voltage storage system.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass das Hochvoltspeichersystem zumindest ein Ersatzmodul aufweist. Dieses Ersatzmodul dient als Überbrückungseinrichtung. Mit diesem Ersatzmodul kann eine elektrische Verbindung, die dem defekten Hochvoltmodul zugeordnet ist, überbrückt werden. Dies wird dadurch realisiert, dass das defekte Hochvoltmodul durch das Ersatzmodul ausgetauscht wird und das Ersatzmodul an der Position des defekten Hochvoltmoduls anstelle des defekten Hochvoltmoduls in dem Hochvoltspeichersystem angeordnet wird. Dieses Ersatzmodul kann mit zumindest einem weiteren Hochvoltmodul und/oder einem Anschluss des Hochvoltspeichersystems elektrisch verbunden werden, mit dem bzw. mit denen auch das defekte Hochvoltmodul verbunden war. Mit dem defekten Hochvoltmodul wurde eine elektrische Verbindung zwischen dem zumindest einen weiteren Hochvoltmodul und/oder Anschluss bereitgestellt. Diese elektrische Verbindung zu entsprechenden Kontakten des zumindest einen weiteren Hochvoltmoduls bzw. des Anschlusses wird nun mittels des Ersatzmoduls überbrückt. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass mittels des Ersatzmoduls keine elektrische Energie bereitgestellt wird. Dieses Ersatzmodul dient nicht als dauerhafter Ersatz für das defekte Hochvoltmodul. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Ersatzmodul keine Batteriezellen aufweist. Es kann also quasi ein Baukastensystem bereitgestellt werden, welches die Hochvoltmodule aufweist. Falls eines der Hochvoltmodule defekt ist, kann dies vorübergehenden oder auch dauerhaft mit dem Ersatzmodul ersetzt werden.According to an essential aspect of the present invention, it is provided that the high-voltage storage system has at least one replacement module. This replacement module serves as a bridging device. With this replacement module, an electrical connection associated with the defective high-voltage module can be bridged. This is achieved by replacing the defective high-voltage module with the replacement module and arranging the replacement module at the position of the defective high-voltage module in place of the defective high-voltage module in the high-voltage storage system. This replacement module can be electrically connected to at least one further high-voltage module and/or a connection of the high-voltage storage system to which the defective high-voltage module was also connected. The defective high-voltage module provides an electrical connection between the at least one further high-voltage module and/or connection. This electrical connection to corresponding contacts of the at least one further high-voltage module or the connection is now bridged by the replacement module. In particular, it is provided that no electrical energy is provided by the replacement module. This replacement module does not serve as a permanent replacement for the defective high-voltage module. In particular, the replacement module is designed to be battery-free. This allows for a modular system that includes the high-voltage modules. If one of the high-voltage modules is defective, it can be temporarily or permanently replaced with the replacement module.

Bei einem Defekt eines Hochvoltmoduls kann das defekte Hochvoltmodul also durch das Ersatzmodul ersetzt werden. Dieses Ersatzmodul kann auch als Dummy-Modul bezeichnet werden. Insbesondere dient dieses Ersatzmodul lediglich dazu, die elektrische Verbindung zwischen den übrigen Hochvoltmodulen bereitzustellen. Da das Ersatzmodul bevorzugt keine Batteriezellen bzw. chemischen Substanzen umfasst, kann dieses beispielsweise mit einem Flugzeug transportiert werden und somit schnell zu dem Kunden gebracht werden. Dieses Ersatzmodul kann als temporäres Ersatzteil für das defekte Hochvoltmodul verwendet werden. Somit kann ein Betrieb des Fahrzeugs, gegebenenfalls ein eingeschränkter Betrieb des Fahrzeugs, bei einem defekten Hochvoltmodul ermöglicht werden. Auf diese Weise kann die Zeitdauer für die Instandsetzung des Hochvoltspeichersystems bzw. des Hochvoltspeichers verringert werden.If a high-voltage module fails, the defective high-voltage module can be replaced with a replacement module. This replacement module can also be referred to as a dummy module. Specifically, this replacement module serves only to provide the electrical connection between the remaining high-voltage modules. Since the replacement module preferably does not contain any battery cells or chemical substances, it can be transported, for example, by plane and thus quickly delivered to the customer. This replacement module can be used as a temporary replacement part for the defective high-voltage module. This allows the vehicle to continue operating, or possibly with limited operation, even with a defective high-voltage module. This can reduce the time required to repair the high-voltage storage system or the high-voltage storage unit.

Zudem weist das Hochvoltspeichersystem eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, das Hochvoltspeichersystem bei der Anordnung des Ersatzmoduls in dem Hochvoltspeichersystem in einem vorbestimmten leistungsreduzierten Modus zu betreiben. Die Steuereinrichtung kann auch als Speichermanagement-Elektronik bezeichnet werden. Mittels dieser Steuereinrichtung kann das Hochvoltspeichersystem in einem normalen Modus und in dem leistungsreduzierten Modus betrieben werden. Die Steuereinrichtung kann einen entsprechenden Prozessor aufweisen, auf dem zum Durchführen des leistungsreduzierten Modus und/oder des normalen Modus ein Programm zum Ablauf gebracht wird. Dieses Programm bzw. entsprechende Programmmittel können auf einem Speicher der Steuereinrichtung hinterlegt sein. Dabei kann das Hochvoltsystem durch einen entsprechende Bedieneingabe oder manuelle Einstellung in den leistungsreduzierten Betrieb überführt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Austausch des defekten Hochvoltmoduls durch das Ersatzmodul automatisch erkannt wird. Beispielsweise kann das Hochvoltspeichersystem entsprechende Sensoren aufweisen, mittels welche die Anordnung des Ersatzmoduls in dem Hochvoltspeichersystem erkannt wird. Insgesamt kann somit ein zuverlässiger Betrieb des Hochvoltspeichersystems bei der Verwendung des Ersatzmoduls gewährleistet werden.In addition, the high-voltage storage system has a control device designed to operate the high-voltage storage system in a predetermined reduced-power mode when the replacement module is arranged in the high-voltage storage system. The control device can also be referred to as storage management electronics. By means of this control device, the high-voltage storage system can be operated in a normal mode and in the reduced-power mode. The control device can have a corresponding processor on which a program is executed to implement the reduced-power mode and/or the normal mode. This program or corresponding program means can be stored in a memory of the control device. The high-voltage system can be transferred to reduced-power operation by a corresponding operator input or manual setting. It can also be provided that the replacement of the defective high-voltage module with the replacement module is automatically detected. For example, the high-voltage storage system can have corresponding sensors by means of which the arrangement of the replacement module in the high-voltage storage system is detected. Overall, reliable operation of the high-voltage storage system can thus be ensured when the replacement module is used.

Hierbei ist vorgesehen, dass das Hochvoltspeichersystem in dem leistungsreduzierten Modus im Vergleich zu einem normalen Modus des Hochvoltspeichersystems eine geringere elektrische Spannung und/oder eine geringere elektrische Leistung bereitstellt. Es kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass das Hochvoltspeichersystem im Normalbetrieb die vorbestimmte Anzahl von Hochvoltmodulen aufweist. Hierbei wird mit jedem der Hochvoltmodule eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitgestellt. In diesem Fall kann beispielsweise eine Nennspannung bzw. eine Nennleistung bereitgestellt werden. Falls eines der Hochvoltmodule defekt ist und dieses durch das Ersatzmodul ausgetauscht ist, wird mit diesem Ersatzmodul aber keine elektrische Spannung bereitgestellt. Hierbei kann das Hochvoltspeichersystem mittels der Steuereinrichtung in dem leistungsreduzierten Modus betrieben werden. Hierbei kann im Vergleich zu dem Normalbetrieb die reduzierte elektrische Spannung und/oder die reduzierte elektrische Leistung ausgegeben werden. Beispielsweise kann diese reduzierte Leistung bzw. Spannung um den Anteil reduziert sein, der ansonsten mit dem ausgetauschten Hochvoltmodul bereitgestellt wird. Durch diesen leistungsreduzierten Modus wird es ermöglicht, dass ein Fahrzeug so lange weiter betrieben werden kann, bis die Lieferung eines Austausch-Hochvoltmoduls erfolgt ist.In this case, it is provided that the high-voltage storage system provides a lower electrical voltage and/or a lower electrical power in the reduced-power mode compared to a normal mode of the high-voltage storage system. For example, it can be assumed that the high-voltage storage system has the predetermined number of high-voltage modules during normal operation. In this case, a predetermined electrical voltage is provided by each of the high-voltage modules. In this case, for example, a nominal voltage or a nominal power can be provided. If one of the high-voltage modules is defective and this is replaced by the replacement module, no electrical voltage is provided by this replacement module. In this case, the high-voltage storage system can be operated in the reduced-power mode by means of the control device. In this case, the reduced electrical voltage and/or the reduced electrical power can be output compared to normal operation. For example, this reduced power or voltage can be reduced by the proportion that would otherwise be provided by the replaced high-voltage module. This reduced-power mode makes it possible for a vehicle to continue to be operated until a replacement high-voltage module is delivered.

Ferner stellt die Steuereinrichtung in dem leistungsreduzierten Modus eine angepasste Diagnosefunktion zur Diagnose der Hochvoltmodule bereit. Im Betrieb des Hochvoltspeichersystems können die jeweiligen Hochvoltmodule bzw. die Batteriezellen fortlaufend überwacht werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine elektrische Spannung und/oder ein elektrischer Strom an den jeweiligen Hochvoltmodulen bzw. Batteriezellen erfasst werden. Für die Diagnose kann eine entsprechende Diagnoseschwelle vorgegeben werden. In dem leistungsreduzierten Modus kann diese Diagnoseschwelle entsprechend reduziert werden. Hierbei erfolgt die Reduzierung der Diagnoseschwelle insbesondere anteilig für das durch das Ersatzmodul ersetzte Hochvoltmodul. Damit kann auch in dem leistungsreduzierten Modus eine Diagnose gewährleistet werden.Furthermore, in the reduced-power mode, the control device provides an adapted diagnostic function for diagnosing the high-voltage modules. During operation of the high-voltage storage system, the respective high-voltage modules or battery cells can be continuously monitored. For this purpose, for example, an electrical voltage and/or an electrical current at the respective high-voltage modules or battery cells can be recorded. A corresponding diagnostic threshold can be specified for the diagnosis. In the reduced-power mode, this diagnostic threshold can be reduced accordingly. In this case, the reduction of the diagnostic threshold occurs in particular proportionally for the high-voltage module replaced by the replacement module. This ensures diagnosis even in the reduced-power mode.

Bevorzugt weist das Ersatzmodul ein Gehäuse auf, wobei äußere Abmessungen des Gehäuses äußeren Abmessungen der jeweiligen Hochvoltmodule entsprechen. Die jeweiligen Hochvoltmodule können mehrere Batteriezellen aufweisen, die miteinander verbunden sind. Dabei können die äußeren Abmessungen der einzelnen Hochvoltmodule gleich sein. Das Gehäuse des Ersatzmoduls kann die Form und die äußeren Abmessungen dieser Hochvoltmodule aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Kunststoff, gefertigt sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Hochvoltmodule ein Gehäuse aufweisen. In diesem Fall kann das Ersatzmodul ein Gehäuse aufweisen, welches baugleich zu den Gehäusen der Hochvoltmodule ausgebildet ist. Dabei kann das Ersatzmodul speziell für das Hochvoltspeichersystem beziehungsweise einen Fahrzeugtyp gefertigt sein. Somit kann das Ersatzmodul passgenau anstelle des defekten Hochvoltmoduls eingesetzt werden.The replacement module preferably has a housing, wherein external dimensions of the housing correspond to external dimensions of the respective high-voltage modules. The respective high-voltage modules can have a plurality of battery cells that are connected to one another. The external dimensions of the individual high-voltage modules can be the same. The housing of the replacement module can have the shape and external dimensions of these high-voltage modules. For example, the housing can be made of an electrically insulating material, such as a plastic. It can also be provided that the high-voltage modules have a housing. In this case, the replacement module can have a housing that is structurally identical to the housings of the high-voltage modules. The replacement module can be manufactured specifically for the high-voltage storage system or a vehicle type. The replacement module can therefore be a perfect fit and can be used in place of the defective high-voltage module.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Ersatzmodul eine elektrische Verbindungseinrichtung zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung innerhalb der Hochvoltmodule auf. Beispielsweise kann diese elektrische Verbindungseinrichtung durch ein entsprechendes Kabel oder dergleichen bereitgestellt werden. Diese elektrische Verbindungseinrichtung kann zumindest bereichsweise in dem Gehäuse des Ersatzmoduls angeordnet sein. Zudem kann das Ersatzmodul entsprechende Anschlusselemente bzw. Pole aufweisen, welche den Anschlusselementen der normalen Hochvoltmodule entsprechen. Diese Anschlusselemente können dann mit der Verbindungseinrichtung elektrisch verbunden sein. Mit anderen Worten stellt das Ersatzmodul keinen elektrochemischen Energiespeicher bereit, sondern stellt lediglich einen elektrischen Pfad dar. Durch die elektrische Verbindungseinrichtung kann also die elektrische Verbindung zwischen den Hochvoltmodulen bereitgestellt werden. Im Betrieb des Hochvoltspeichersystems fließt ein elektrischer Strom durch die elektrische Verbindungseinrichtung. Ein derartiges Ersatzmodul kann kostengünstig hergestellt werden, da es im einfachsten Fall nur aus dem Gehäuse der elektrischen Verbindungseinrichtung besteht. Ebenfalls sind die Produktionskosten für die Herstellung eines solchen Ersatzmoduls aufgrund des einfachen Aufbaus sehr gering. Des Weiteren ergibt sich der Vorteil, dass dieses Ersatzmodul für unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Hochvoltspeichersysteme eingesetzt werden kann.In a further embodiment, the replacement module has an electrical connection device for providing the electrical connection within the high-voltage modules. For example, this electrical connection device can be provided by a corresponding cable or the like. This electrical connection device can be arranged at least partially in the housing of the replacement module. In addition, the replacement module can have corresponding Have connection elements or poles that correspond to the connection elements of the normal high-voltage modules. These connection elements can then be electrically connected to the connection device. In other words, the replacement module does not provide an electrochemical energy storage device, but merely represents an electrical path. The electrical connection between the high-voltage modules can therefore be provided by the electrical connection device. When the high-voltage storage system is in operation, an electrical current flows through the electrical connection device. Such a replacement module can be manufactured cost-effectively because, in the simplest case, it only consists of the housing of the electrical connection device. The production costs for such a replacement module are also very low due to the simple design. Another advantage is that this replacement module can be used for different vehicles or high-voltage storage systems.

Wie bereits erläutert, ist es insbesondere vorgesehen, dass das Ersatzmodul ohne Batteriezellen ausgebildet ist. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem Ersatzmodul um ein leeres Hochvoltmodul, in dessen Gehäuse keine Batteriezellen angeordnet sind. Anstelle der Batteriezellen kann die elektrische Verbindungseinrichtung bzw. entsprechende elektrische Leitungen verwendet werden. Somit kann das Ersatzmodul auf einfache und kostengünstige Weise bereitgestellt werden.As already explained, it is particularly intended that the replacement module be designed without battery cells. In the simplest case, the replacement module is an empty high-voltage module with no battery cells arranged in its housing. Instead of the battery cells, the electrical connection device or corresponding electrical cables can be used. Thus, the replacement module can be provided in a simple and cost-effective manner.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltspeichersystem. Zudem kann das Fahrzeug zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine aufweisen, die mit dem Hochvoltspeichersystem bzw. den Hochvoltmodulen mit elektrischer Energie versorgt wird. Zudem kann den Hochvoltmodulen bei einer Rekuperation elektrische Energie zugeführt werden. Ferner können die Hochvoltmodule mittels einer entsprechenden Ladestation für das Fahrzeug geladen werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Elektrofahrzeug bzw. ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich auch um ein Hybridfahrzeug, insbesondere einen so genannten Plug-in-Hybrid handeln. Das Fahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Fahrzeug als Nutzfahrzeug ausgebildet ist. Das Fahrzeug kann auch ein elektrisch angetriebenes Kraftrad sein. Zudem kann das Fahrzeug ein elektrisch angetriebenes Wasserfahrzeug oder ein elektrisch angetriebenes Luftfahrzeugs sein. Das Hochvoltspeichersystem kann grundsätzlich in einem elektrisch angetriebenen Transportsystem verwendet werden.A vehicle according to the invention comprises a high-voltage storage system according to the invention. In addition, the vehicle can have at least one electric motor or an electric machine that is supplied with electrical energy by the high-voltage storage system or the high-voltage modules. In addition, electrical energy can be supplied to the high-voltage modules during recuperation. Furthermore, the high-voltage modules can be charged using a corresponding charging station for the vehicle. The vehicle can be an electric vehicle or a purely electrically powered vehicle. The vehicle can also be a hybrid vehicle, in particular a so-called plug-in hybrid. The vehicle is designed in particular as a passenger car. It can also be provided that the vehicle is designed as a commercial vehicle. The vehicle can also be an electrically powered motorcycle. In addition, the vehicle can be an electrically powered watercraft or an electrically powered aircraft. The high-voltage storage system can in principle be used in an electrically powered transport system.

Ein erfindungsgemäßer stationärer elektrischer Energiespeicher umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltspeichersystem. Bei dieser so genannten Second-Life-Anwendung können beispielsweise gebrauchte Hochvoltmodule aus Fahrzeugen verwendet werden. Auch hierbei kann ein defektes Hochvoltmodul durch das Ersatzmodul ersetzt werden. In diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass dieses Ersatzmodul dauerhaft in dem stationären Energiespeicher verwendet wird, um die übrigen funktionsfähigen Hochvoltmodule nutzen zu können.A stationary electrical energy storage device according to the invention comprises a high-voltage storage system according to the invention. In this so-called second-life application, used high-voltage modules from vehicles can be used, for example. Here, too, a defective high-voltage module can be replaced with the replacement module. In this case, it can be provided that this replacement module is used permanently in the stationary energy storage device in order to be able to use the remaining functional high-voltage modules.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Ersatzmodul für ein Hochvoltspeichersystem. Dieses Ersatzmodul kann bei einem defekten Hochvoltmodul an einer dem defekten Hochvoltmodul zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls in dem Hochvoltspeichersystem angeordnet werden. Das Ersatzmodul kann ein Gehäuse aufweisen, dessen äußere Abmessungen den äußeren Abmessungen des defekten Hochvoltmoduls entsprechen. Zudem kann das Ersatzmodul eine elektrische Verbindungseinrichtung aufweisen, welche eine dem defekten Hochvoltmodul zugeordnete elektrische Verbindung überbrückt.A further aspect of the invention relates to a replacement module for a high-voltage storage system. In the event of a defective high-voltage module, this replacement module can be arranged in the high-voltage storage system at a position associated with the defective high-voltage module, instead of the defective high-voltage module. The replacement module can have a housing whose external dimensions correspond to the external dimensions of the defective high-voltage module. Furthermore, the replacement module can have an electrical connection device that bridges an electrical connection associated with the defective high-voltage module.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Hochvoltspeichersystems, wobei das Hochvoltspeichersystem eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen, welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen, umfasst. Bei einem Defekt eines der Hochvoltmodule wird eine dem defekten Hochvoltmodul zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen mittels einer Überbrückungseinrichtung überbrückt. Hierbei ist vorgesehen, dass das Hochvoltspeichersystem als die Überbrückungseinrichtung ein Ersatzmodul aufweist, wobei das Ersatzmodul an einer dem defekten Hochvoltmodul zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls in dem Hochvoltspeichersystem angeordnet wird. Ferner wird das Hochvoltspeichersystem bei der Anordnung des Ersatzmoduls in dem Hochvoltspeichersystem mittels einer Steuereinrichtung in einem vorbestimmten leistungsreduzierten Modus betrieben, wobei in dem leistungsreduzierten Modus im Vergleich zu einem Normalmodus des Hochvoltspeichersystems eine geringere elektrische Spannung und/oder eine geringere elektrische Leistung bereitstellt wird.A method according to the invention serves to operate a high-voltage storage system, wherein the high-voltage storage system comprises a plurality of high-voltage modules, each having at least one battery cell. In the event of a defect in one of the high-voltage modules, an electrical connection within the plurality of high-voltage modules assigned to the defective high-voltage module is bridged by means of a bridging device. It is provided that the high-voltage storage system has a replacement module as the bridging device, wherein the replacement module is arranged in the high-voltage storage system at a position assigned to the defective high-voltage module instead of the defective high-voltage module. Furthermore, when the replacement module is arranged in the high-voltage storage system, the high-voltage storage system is operated by means of a control device in a predetermined reduced-power mode, wherein in the reduced-power mode, a lower electrical voltage and/or a lower electrical power is provided compared to a normal mode of the high-voltage storage system.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Hochvoltspeichersystem vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Fahrzeug, für den erfindungsgemäßen stationären elektrischen Energiespeicher, für das erfindungsgemäße Ersatzmodul sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.The preferred embodiments presented with reference to the high-voltage storage system according to the invention and their advantages apply accordingly to the vehicle according to the invention, to the stationary electrical energy storage device according to the invention, to the replacement module according to the invention and to the method according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention emerge from the claims, the figures and the figure Description. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the respective combination specified, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, welches ein Hochvoltspeichersystem aufweist; und
  • 2 eine schematische Darstellung des Hochvoltspeichersystems, welches eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen sowie ein Ersatzmodul aufweist.
The invention will now be explained in more detail using a preferred embodiment and with reference to the drawings. They show:
  • 1 a schematic representation of a vehicle having a high-voltage storage system; and
  • 2 a schematic representation of the high-voltage storage system, which has a plurality of high-voltage modules and a spare module.

In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Fahrzeug 1 in einer Draufsicht. Das Fahrzeug 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, mittels welcher das Fahrzeug 1 angetrieben werden kann. Darüber hinaus umfasst das Fahrzeug 1 ein Hochvoltspeichersystem 3, welches dazu dient, die elektrische Maschine 2 mit elektrischer Energie zu versorgen. Zudem kann elektrische Energie von der elektrischen Maschine 2 an das Hochvoltspeichersystem 3 übertragen werden. Das Fahrzeug 1 kann als Elektrofahrzeug oder als Plug-in-Hybrid ausgebildet sein. 1 shows a schematic representation of a vehicle 1 in a top view. The vehicle 1 comprises an electric machine 2, by means of which the vehicle 1 can be driven. In addition, the vehicle 1 comprises a high-voltage storage system 3, which serves to supply the electric machine 2 with electrical energy. In addition, electrical energy can be transferred from the electric machine 2 to the high-voltage storage system 3. The vehicle 1 can be designed as an electric vehicle or as a plug-in hybrid.

2 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung das Hochvoltspeichersystem 3 des Fahrzeugs 1. Hierbei ist zu erkennen, dass das Hochvoltspeichersystem 3 eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen 4 aufweist. Die jeweiligen Hochvoltmodule 4 weisen eine Außenkontur 5 mit bestimmten äußeren Abmessungen auf. Die Hochvoltmodule 4 können zumindest eine Batteriezelle aufweisen. Bevorzugt weisen die jeweiligen Hochvoltmodule 4 eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, die elektrisch miteinander verbunden sind. Des Weiteren umfasst das Hochvoltspeichersystem 3 eine Steuereinrichtung 6, mittels welcher der Betrieb der Hochvoltmodule 4 gesteuert werden kann. 2 shows a highly simplified representation of the high-voltage storage system 3 of the vehicle 1. It can be seen that the high-voltage storage system 3 has a plurality of high-voltage modules 4. The respective high-voltage modules 4 have an outer contour 5 with specific external dimensions. The high-voltage modules 4 can have at least one battery cell. Preferably, the respective high-voltage modules 4 have a plurality of battery cells that are electrically connected to one another. Furthermore, the high-voltage storage system 3 comprises a control device 6, by means of which the operation of the high-voltage modules 4 can be controlled.

In einem Normalbetrieb des Hochvoltspeichersystems 3 ist es vorgesehen, dass dieses beispielsweise sechs Hochvoltmodule 4 aufweist, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die jeweiligen Hochvoltmodule 4 weisen Anschlusselemente 7 auf, an welchen diese elektrisch kontaktiert werden können. Im Normalbetrieb können die Anschlusselemente 7 von zwei benachbarten Hochvoltmodulen 4 mittels eines Leitungselements 8 elektrisch verbunden werden. Im Normalbetrieb des Hochvoltspeichersystems 3 kann mit den in Reihe geschalteten Hochvoltmodulen 4 eine elektrische Leistung von 20 kWh oder eine Spannung zwischen 300 V und 400 V bereitgestellt werden.During normal operation of the high-voltage storage system 3, it is provided, for example, that it comprises six high-voltage modules 4, which are electrically connected in series. The respective high-voltage modules 4 have connection elements 7, to which they can be electrically contacted. During normal operation, the connection elements 7 of two adjacent high-voltage modules 4 can be electrically connected by means of a line element 8. During normal operation of the high-voltage storage system 3, an electrical output of 20 kWh or a voltage between 300 V and 400 V can be provided with the high-voltage modules 4 connected in series.

In dem vorliegenden Beispiel weist das Hochvoltspeichersystem 3 ein Ersatzmodul 9 auf, welches ein defektes Hochvoltmodul ersetzt. Dieses Ersatzmodul 9 weist keine Batteriezellen auf, sondern es dient lediglich einer Überbrückung einer elektrischen Verbindung, die ansonsten mit dem defekten Hochvoltmodul bereitgestellt wird. Somit dient das Ersatzmodul 9 als eine Überbrückungseinrichtung 13. Dieses Ersatzmodul 9 weist ein Gehäuse 10 auf, dessen Form der Außenkontur 5 der Hochvoltmodule 4 entspricht. Die äußeren Abmessungen des Gehäuses 10 entsprechen also den äußeren Abmessungen der Hochvoltmodule 4. Somit kann das Ersatzmodul 9 passgenau anstelle des defekten Hochvoltmoduls eingesetzt werden. Darüber hinaus umfasst das Ersatzmodul 9 entsprechende Anschlusselemente 11, welche ebenfalls baugleich zu den Anschlusselementen 7 der Hochvoltmodule 4 ausgebildet sind. Des Weiteren umfasst das Ersatzmodul 9 eine elektrische Verbindungseinrichtung 12, mittels welcher eine elektrische Verbindung zwischen den Hochvoltmodulen 4 bereitgestellt werden kann, welche an das Ersatzmodul 9 angrenzen bzw. welche ansonsten mit dem defekten Hochvoltmodul elektrisch verbunden sind. Diese Verbindungseinrichtung 12 kann durch ein entsprechendes Kabel oder eine Leitung bereitgestellt werden und diese Verbindungseinrichtung 12 kann in dem Gehäuse 10 angeordnet sein.In the present example, the high-voltage storage system 3 has a replacement module 9, which replaces a defective high-voltage module. This replacement module 9 does not have any battery cells; rather, it merely serves to bridge an electrical connection that would otherwise be provided by the defective high-voltage module. Thus, the replacement module 9 serves as a bridging device 13. This replacement module 9 has a housing 10, the shape of which corresponds to the outer contour 5 of the high-voltage modules 4. The outer dimensions of the housing 10 therefore correspond to the outer dimensions of the high-voltage modules 4. Thus, the replacement module 9 can be used precisely in place of the defective high-voltage module. In addition, the replacement module 9 comprises corresponding connection elements 11, which are also structurally identical to the connection elements 7 of the high-voltage modules 4. Furthermore, the replacement module 9 comprises an electrical connection device 12, by means of which an electrical connection can be provided between the high-voltage modules 4 that are adjacent to the replacement module 9 or that are otherwise electrically connected to the defective high-voltage module. This connection device 12 can be provided by a corresponding cable or line, and this connection device 12 can be arranged in the housing 10.

Falls das Ersatzmodul 9 in dem Hochvoltspeichersystem 3 angeordnet ist, kann das Hochvoltspeichersystem 3 mittels der Steuereinrichtung 6 in einem leistungsreduzierten Modus betrieben werden. Hierbei kann im Vergleich zum Normalbetrieb eine reduzierte elektrische Leistung und/oder reduzierte elektrische Spannung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann eine elektrische Leistung von 16,5 kWh und/oder eine elektrische Spannung zwischen 250 V und 340 V bereitgestellt werden.If the replacement module 9 is arranged in the high-voltage storage system 3, the high-voltage storage system 3 can be operated in a reduced-power mode by means of the control device 6. In this case, a reduced electrical power and/or reduced electrical voltage can be provided compared to normal operation. For example, an electrical power of 16.5 kWh and/or an electrical voltage between 250 V and 340 V can be provided.

Das Ersatzmodul 9, welches auch als Dummy-Modul bezeichnet werden kann, weist den Vorteil auf, dass dieses durch den einfachen Aufbau mit sehr geringen Produktionskosten bereitgestellt werden kann. Zudem kann das Ersatzmodul 9 in einem Flugzeug transportiert werden, da es keine chemischen Substanzen beinhaltet, sondern nur aus dem Gehäuse 10 sowie der elektrischen Verbindungseinrichtung 11 besteht. Ein derartiges Ersatzmodul 9 kann als temporäres Ersatzteil für Hochvoltspeicher bzw. Fahrzeuge 1 sehr oft verwendet werden und bei unterschiedlichen Kunden eingesetzt werden.The replacement module 9, which can also be referred to as a dummy module, has the advantage that it can be provided with very low production costs due to its simple design. Furthermore, the replacement module 9 can be transported in an aircraft, as it contains no chemical substances, but consists only of the housing 10 and the electrical connection device 11. Such a replacement module 9 can be used as a temporary spare part for high-voltage storage or vehicles 1 are used very frequently and are used by different customers.

In gleicher Weise kann ein derartiges Hochvoltspeichersystem 3 bei einem stationären elektrischen Energiespeicher eingesetzt werden. Falls ein derartiger stationärer elektrischer Energiespeicher ein defektes Hochvoltmodul 4 aufweist, kann dieses beispielsweise permanent durch ein Ersatzmodul 9 ausgetauscht werden. Somit kann das Restpotential der verbleibenden Hochvoltmodule 4 ausgeschöpft werden.In the same way, such a high-voltage storage system 3 can be used in a stationary electrical energy storage device. If such a stationary electrical energy storage device has a defective high-voltage module 4, it can, for example, be permanently replaced with a replacement module 9. Thus, the residual potential of the remaining high-voltage modules 4 can be fully utilized.

Claims (7)

Hochvoltspeichersystem (3), insbesondere für ein Fahrzeug (1), mit einer Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4), welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen, mit einer Überbrückungseinrichtung (13), wobei das Hochvoltspeichersystem (3) als die Überbrückungseinrichtung (13) ein Ersatzmodul (9) aufweist, wobei das Ersatzmodul (9) an einer einem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls (4) in dem Hochvoltspeichersystem (3) angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, das Hochvoltspeichersystem (3) bei der Anordnung des Ersatzmoduls (9) in dem Hochvoltspeichersystem (3) in einem vorbestimmten leistungsreduzierten Modus zu betreiben, wobei die Überbrückungseinrichtung (13) dazu ausgebildet ist, bei dem Defekt eines der Hochvoltmodule (4) eine dem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4) zu überbrücken und dass das Hochvoltspeichersystem (3) in dem leistungsreduzierten Modus im Vergleich zu einem Normalmodus des Hochvoltspeichersystems (3) eine geringere elektrische Spannung und/oder eine geringere elektrische Leistung bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) in dem leistungsreduzierten Modus eine angepasste Diagnosefunktion zur Diagnose der Hochvoltmodule (4) bereitstellt, wobei im leistungsreduzierten Modus die Diagnosefunktion eine Diagnoseschwelle in Abhängigkeit von dem Ersatzmodul (9) reduziert.High-voltage storage system (3), in particular for a vehicle (1), with a plurality of high-voltage modules (4), each having at least one battery cell, with a bridging device (13), wherein the high-voltage storage system (3) has a replacement module (9) as the bridging device (13), wherein the replacement module (9) is arranged in the high-voltage storage system (3) at a position assigned to a defective high-voltage module (4) instead of the defective high-voltage module (4), and with a control device (6) which is designed to operate the high-voltage storage system (3) in a predetermined reduced-power mode when the replacement module (9) is arranged in the high-voltage storage system (3), wherein the bridging device (13) is designed to bridge an electrical connection assigned to the defective high-voltage module (4) within the plurality of high-voltage modules (4) in the event of a defect in one of the high-voltage modules (4), and that the high-voltage storage system (3) in the reduced-power mode in Compared to a normal mode of the high-voltage storage system (3), a lower electrical voltage and/or a lower electrical power is provided, characterized in that the control device (6) in the reduced-power mode provides an adapted diagnostic function for diagnosing the high-voltage modules (4), wherein in the reduced-power mode the diagnostic function reduces a diagnostic threshold depending on the replacement module (9). Hochvoltspeichersystem (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmodul (9) ein Gehäuse (10) aufweist, wobei äußere Abmessungen des Gehäuses (10) äußeren Abmessungen der jeweiligen Hochvoltmodule (4) entsprechen.High-voltage storage system (3) according to Claim 1 , characterized in that the replacement module (9) has a housing (10), wherein external dimensions of the housing (10) correspond to external dimensions of the respective high-voltage modules (4). Hochvoltspeichersystem (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmodul (9) eine elektrische Verbindungseinrichtung (12) zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung innerhalb der Hochvoltmodule (4) aufweist.High-voltage storage system (3) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the replacement module (9) has an electrical connection device (12) for providing the electrical connection within the high-voltage modules (4). Hochvoltspeichersystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmodul (9) ohne Batteriezellen ausgebildet ist.High-voltage storage system (3) according to one of the preceding claims, characterized in that the replacement module (9) is designed without battery cells. Fahrzeug (1) mit einem Hochvoltspeichersystem (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle (1) with a high-voltage storage system (3) according to one of the preceding claims. Stationärer elektrischer Energiespeicher mit einem Hochvoltspeichersystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Stationary electrical energy storage device with a high-voltage storage system (3) according to one of the Claims 1 until 4 . Verfahren zum Betreiben Hochvoltspeichersystems (3), insbesondere für ein Fahrzeug (1), wobei das Hochvoltspeichersystem (3) eine Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4), welche jeweils zumindest eine Batteriezelle aufweisen, umfasst und wobei das Hochvoltspeichersystem (3) als Überbrückungseinrichtung (13) ein Ersatzmodul (9) aufweist, wobei das Ersatzmodul (9) an einer einem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordneten Position anstelle des defekten Hochvoltmoduls (4) in dem Hochvoltspeichersystem (3) angeordnet wird und wobei das Hochvoltspeichersystem (3) bei der Anordnung des Ersatzmoduls (9) in dem Hochvoltspeichersystem (3) mittels einer Steuereinrichtung (6) in einem vorbestimmten leistungsreduzierten Modus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Defekt eines der Hochvoltmodule (4) eine dem defekten Hochvoltmodul (4) zugeordnete elektrische Verbindung innerhalb der Mehrzahl von Hochvoltmodulen (4) mittels einer Überbrückungseinrichtung (13) überbrückt wird und in dem leistungsreduzierten Modus im Vergleich zu einem Normalmodus des Hochvoltspeichersystems (3) eine geringere elektrische Spannung und/oder eine geringere elektrische Leistung bereitstellt wird.Method for operating a high-voltage storage system (3), in particular for a vehicle (1), wherein the high-voltage storage system (3) comprises a plurality of high-voltage modules (4), each having at least one battery cell, and wherein the high-voltage storage system (3) has a replacement module (9) as a bridging device (13), wherein the replacement module (9) is arranged in the high-voltage storage system (3) at a position assigned to a defective high-voltage module (4) instead of the defective high-voltage module (4), and wherein the high-voltage storage system (3) is operated in a predetermined power-reduced mode by means of a control device (6) when the replacement module (9) is arranged in the high-voltage storage system (3), characterized in that in the event of a defect in one of the high-voltage modules (4), an electrical connection assigned to the defective high-voltage module (4) within the plurality of high-voltage modules (4) is bridged by means of a bridging device (13), and in the power-reduced mode, compared to a normal mode of the high-voltage storage system (3) a lower electrical voltage and/or a lower electrical power is provided.
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