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DE102019132966A1 - Charging station for charging electric vehicles, method for repairing a charging station - Google Patents

Charging station for charging electric vehicles, method for repairing a charging station Download PDF

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DE102019132966A1
DE102019132966A1 DE102019132966.3A DE102019132966A DE102019132966A1 DE 102019132966 A1 DE102019132966 A1 DE 102019132966A1 DE 102019132966 A DE102019132966 A DE 102019132966A DE 102019132966 A1 DE102019132966 A1 DE 102019132966A1
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charging
replacement
battery module
charging station
replacement battery
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Raoul Heyne
Karsten Hähre
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Laden von Elektrofahrzeugen (100) vorgeschlagen, mit einem Energiespeicher (8), der mehrere Batteriemodule (30, 30') aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, und mit einer Ladeeinheit (2), die dazu konfiguriert ist, ein zum Austausch gegen ein Batteriemodul vorgesehenes einzelnes Austauschbatteriemodul (3) und/oder eine zum Austausch gegen eine Batteriezelle vorgesehene einzelne Austauschbatteriezelle, wahlweise zu laden oder zu entladen, ohne dabei den Energiespeicher (8) zu laden oder zu entladen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Reparatur einer Ladestation (1) vorgeschlagen.

Figure DE102019132966A1_0000
A charging station (1) for charging electric vehicles (100) is proposed, with an energy store (8) which has several battery modules (30, 30 '), each comprising several battery cells, and with a charging unit (2), which for this purpose is configured to optionally charge or discharge a single replacement battery module (3) provided for replacement with a battery module and / or a single replacement battery cell provided for replacement with a battery cell, without charging or discharging the energy store (8). A method for repairing a charging station (1) is also proposed.
Figure DE102019132966A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen sowie ein Verfahren zur Reparatur einer Ladestation.The present invention relates to a charging station for charging electric vehicles and a method for repairing a charging station.

Der Betrieb von Ladestationen zum Laden von Elektrofahrzeugen stellt hohe Anforderungen an die elektrische Infrastruktur. Die von der Ladestation benötigte Leistung kann in manchen Fällen nicht oder zumindest nicht stabil über einen längeren Zeitraum hinweg vom Netzanschluss des Versorgungsnetzes der Ladestation zur Verfügung gestellt werden. Um dies auszugleichen, werden neuerdings Ladestationen mit Energiespeichern ausgestattet. Diese Energiespeicher können aus dem Versorgungsnetz nachgeladen werden, wenn gerade kein Elektrofahrzeug an der Ladestation geladen wird, und während des Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs unterstützend Energie abgeben, wenn der Ladestation nicht ausreichend viel Leistung vom Versorgungsnetz zur Verfügung gestellt wird.The operation of charging stations for charging electric vehicles places high demands on the electrical infrastructure. In some cases, the power required by the charging station cannot be made available, or at least cannot be made available in a stable manner over a longer period of time, from the network connection of the supply network of the charging station. To compensate for this, charging stations have recently been equipped with energy storage devices. These energy stores can be recharged from the supply network when no electric vehicle is being charged at the charging station, and they can provide support during the charging process of an electric vehicle if the charging station is not being provided with enough power from the supply network.

Die Energiespeicher sind üblicherweise als Batteriespeicher mit mehreren kWh Energiegehalt ausgeführt. Dazu werden Batteriemodule seriell oder parallel verschaltet, welche wiederum in Serie geschaltete Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen sind sehr empfindlich. Schon kleinste Beschädigungen oder Unregelmäßigkeiten, welche beispielsweise bereits während der Herstellung angefallen sein können, führen zu einer stark verkürzten Lebensdauer. Zwar ist die Serienschaltung der Batteriezellen vorteilhaft, weil durch sie eine höhere Spannung erreicht und weniger Strom bei gleicher Leistung benötigt wird, ist allerdings eine einzelne Batteriezelle nicht mehr funktionsfähig, so sind alle mit dieser in Reihe geschalteten Batteriezellen nicht nutzbar. Gleiches gilt für die Serienschaltung von Batteriemodulen. Eine defekte Batteriezelle oder ein defektes Batteriemodul muss gegen eine Austauschbatteriezelle beziehungsweise ein Austauschbatteriemodul getauscht werden.The energy storage devices are usually designed as battery storage devices with an energy content of several kWh. For this purpose, battery modules are connected in series or in parallel, which in turn have battery cells connected in series. The battery cells are very sensitive. Even the smallest damage or irregularities, which may have occurred during manufacture, for example, lead to a greatly reduced service life. Although the series connection of the battery cells is advantageous because it achieves a higher voltage and less current is required for the same output, if a single battery cell is no longer functional, then all of the battery cells connected in series cannot be used. The same applies to the series connection of battery modules. A defective battery cell or a defective battery module must be exchanged for a replacement battery cell or a replacement battery module.

Werden Batteriezellen im Luftverkehr transportiert, so gelten besondere Vorschriften, wie beispielsweise die IATA VA965 oder die Packaging Instruction 965. Unter anderem ist zu beachten, dass die transportierten Batteriezellen zu nicht mehr als 30% aufgeladen sind. Für den Einbau eines Austauschbatteriemoduls bzw. einer Austauschbatteriezelle ist eine Anpassung des Ladezustands des Austauschbatteriemoduls bzw. der Austauschbatteriezelle an den Ladezustand der übrigen Batteriemodule bzw. Batteriezellen nötig. Geschieht dies nicht, so verringert sich die nutzbare Kapazität des Energiespeichers. Beim Entladen erreicht die Batteriezelle mit dem niedrigsten Ladezustand als erste die untere Spannungsgrenze, in den übrigen Batteriezellen verbleibende Restladung kann nicht weiter abgegeben werden. Beim Laden des Energiespeichers erreicht die Batteriezelle mit dem höchsten Ladezustand als erste die obere Spannungsgrenze, ein weitergehendes Aufladen der übrigen Batteriezellen ist nicht möglich.If battery cells are transported by air, special regulations apply, such as IATA VA965 or Packaging Instruction 965. Among other things, it must be ensured that the battery cells transported are not charged more than 30%. For the installation of a replacement battery module or a replacement battery cell, it is necessary to adapt the charge status of the replacement battery module or the replacement battery cell to the charge status of the remaining battery modules or battery cells. If this does not happen, the usable capacity of the energy store is reduced. When discharging, the battery cell with the lowest state of charge is the first to reach the lower voltage limit; the remaining charge in the remaining battery cells cannot be released any further. When charging the energy store, the battery cell with the highest state of charge is the first to reach the upper voltage limit; further charging of the remaining battery cells is not possible.

Einige Energiespeicher können durch Ausgleichströme Ladungsunterschiede ausgleichen. Dies ist aber nur in einem geringen Umfang und mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten möglich, so dass der Ausgleich von nur 10% Ladungsunterschied bis zu einer Woche dauern kann.Some energy storage devices can compensate for differences in charge using equalizing currents. However, this is only possible to a small extent and at very low speeds, so that the compensation of only 10% charge difference can take up to a week.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladestation bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern es ermöglicht, Batteriemodule bzw. Batteriezellen des Energiespeichers der Ladestation zu tauschen und umgehend nach dem Austausch der Batteriemodule bzw. der Batteriezellen des Energiespeichers die volle Kapazität des Energiespeichers zur Verfügung zu haben.It is therefore an object of the present invention to provide a charging station which does not have the disadvantages of the prior art described above, but instead enables battery modules or battery cells of the energy store of the charging station to be exchanged and immediately after the battery modules or battery cells have been exchanged of the energy store to have the full capacity of the energy store available.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen, mit einem Energiespeicher, der mehrere Batteriemodule aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, und mit einer Ladeeinheit, die dazu konfiguriert ist, ein zum Austausch gegen ein z.B. defektes Batteriemodul vorgesehenes einzelnes Austauschbatteriemodul und/oder eine zum Austausch gegen eine z.B. defekte Batteriezelle vorgesehene einzelne Austauschbatteriezelle, wahlweise zu laden oder zu entladen, ohne dabei den Energiespeicher zu laden oder zu entladen.This object is achieved by a charging station for charging electric vehicles, with an energy storage device that has a plurality of battery modules each comprising a plurality of battery cells, and with a charging unit that is configured to replace an individual replacement battery module and / or a defective battery module, for example. or an individual replacement battery cell intended to be exchanged for a defective battery cell, for example, to be optionally charged or discharged without charging or discharging the energy store in the process.

Die erfindungsgemäße Ladestation ermöglicht es, den Ladezustand eines Austauschbatteriemoduls bzw. einer Austauschbatteriezelle zu ändern, ohne dass dabei der Ladezustand des Energiespeichers geändert werden müsste und ermöglicht es damit, den Ladezustand des Austauschbatteriemoduls bzw. der Austauschbatteriezelle so anzupassen, dass dieser mit einem Referenz-Ladezustand der übrigen Batteriemodule bzw. Batteriezellen der Ladestation übereinstimmt. Zum sicheren Transport sind das Austauschbatteriemodul bzw. die Austauschbatteriezelle üblicherweise nur teilweise geladen. Um den Ladezustand des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle anzugleichen, ist es daher von Vorteil, wenn das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle mittels der Ladeeinheit geladen werden. Sind das Austauschbatteriemodul bzw. die Austauschbatteriezelle weiter geladen, als die übrigen Batteriemodule bzw. Batteriezellen des Energiespeichers, so ist es von Vorteil, wenn das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle mittels der Ladeeinheit entladen werden.The charging station according to the invention makes it possible to change the state of charge of a replacement battery module or a replacement battery cell without the need to change the state of charge of the energy storage device and thus enables the state of charge of the replacement battery module or the replacement battery cell to be adjusted so that it has a reference state of charge of the remaining battery modules or battery cells of the charging station match. For safe transport, the replacement battery module or the replacement battery cell are usually only partially charged. In order to match the charge status of the replacement battery module and / or the replacement battery cell, it is therefore advantageous if the replacement battery module and / or the replacement battery cell are charged by means of the charging unit. If the replacement battery module or the replacement battery cell is charged more than the remaining battery modules or battery cells of the energy store, it is advantageous if the replacement battery module and / or the replacement battery cell are discharged by means of the charging unit.

Denkbar ist, dass der Energiespeicher für einen maximalen Energiegehalt von 10 kWh bis 300 kWh, bevorzugt 50 kWh bis 150 kWh, besonders bevorzugt 70 kWh bis 140 kWh, insbesondere 70 kWh oder 140 kWh konfiguriert ist. Denkbar ist ferner, dass der Energiespeicher 10 bis 100 Batteriemodule, vorzugsweise 20 bis 40 Batteriemodule, insbesondere 20 oder 40 Batteriemodule aufweist. Denkbar dazu ist, dass die Ladeeinheit zum Bereitstellen einer Spannung von zwischen 2 V und 60 V zum Aufladen konfiguriert ist. Denkbar ist ferner, dass die Ladeeinheit zum Bereitstellen eines Stromes von zwischen 20 A und 160 A zum Aufladen konfiguriert ist. Denkbar ist weiterhin, dass die Ladeeinheit zum Entladen einen Widerstand aufweist, über welchen das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle entladen werden kann. Denkbar ist auch, dass die Ladeeinheit konfiguriert ist, das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle in ein Versorgungsnetz zur Stromversorgung der Ladestation zu entladen.It is conceivable that the energy store is configured for a maximum energy content of 10 kWh to 300 kWh, preferably 50 kWh to 150 kWh, particularly preferably 70 kWh to 140 kWh, in particular 70 kWh or 140 kWh. It is also conceivable that the energy store has 10 to 100 battery modules, preferably 20 to 40 battery modules, in particular 20 or 40 battery modules. For this purpose, it is conceivable that the charging unit is configured to provide a voltage of between 2 V and 60 V for charging. It is also conceivable that the charging unit is configured to provide a current of between 20 A and 160 A for charging. It is also conceivable that the charging unit has a resistor for discharging, via which the replacement battery module and / or the replacement battery cell can be discharged. It is also conceivable that the charging unit is configured to discharge the replacement battery module and / or the replacement battery cell into a supply network for supplying power to the charging station.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous refinements and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit dazu konfiguriert ist, das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle soweit zu laden oder zu entladen bis ein Ladezustand des Austauschbatteriemoduls bzw. der Austauschbatteriezelle einem Referenz-Ladezustand eines einzelnen Batteriemoduls bzw. einer einzelnen Batteriezelle entspricht. Ist der Ladezustand angepasst, so können das Austauschbatteriemodul bzw. die Austauschbatteriezelle im Austausch gegen ein defektes Batteriemodul bzw. eine defekte Batteriezelle des Energiespeichers getauscht werden, ohne dass es zu Einschränkungen hinsichtlich der nutzbaren Kapazität des Energiespeichers kommt.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the charging unit is configured to charge or discharge the replacement battery module and / or the replacement battery cell until a state of charge of the replacement battery module or the replacement battery cell corresponds to a reference state of charge of an individual battery module or a single one Battery cell corresponds. If the state of charge has been adjusted, the replacement battery module or the replacement battery cell can be exchanged for a defective battery module or a defective battery cell of the energy storage unit, without there being any restrictions with regard to the usable capacity of the energy storage unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit dazu konfiguriert ist, den Referenz-Ladezustand zu bestimmen oder von einem Batterie-Management-System der Ladestation zu empfangen. Denkbar ist, dass das Batterie-Management-System zum Ermitteln des Referenz-Ladezustandes aus einer Historie von Strom- und/oder Spannungsmessungen am Energiespeicher konfiguriert ist. Denkbar dazu ist, dass das Batterie-Management-System dazu mindestens eine Strom- und/oder Spannungsmessung auswertet. Vorzugsweise wertet das Batterie-Management-System zur Ermittlung des Referenz-Ladezustandes mehrere Strom- und Spannungsmessungen aus, welche vor Eintritt eines Defektes an einem Batteriemodul und/oder eines Defektes an einer Batteriezelle durchgeführt wurden.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the charging unit is configured to determine the reference state of charge or to receive it from a battery management system of the charging station. It is conceivable that the battery management system is configured to determine the reference state of charge from a history of current and / or voltage measurements on the energy store. In addition, it is conceivable that the battery management system evaluates at least one current and / or voltage measurement for this purpose. In order to determine the reference state of charge, the battery management system preferably evaluates several current and voltage measurements which were carried out before a defect in a battery module and / or a defect in a battery cell occurred.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit dazu konfiguriert ist, das Austauschbatteriemodul und/oder die Austauschbatteriezelle nicht weiter als bis zu einer Maximalspannung aufzuladen. Dadurch wird sichergestellt, dass das Austauschbatteriemodul bzw. die Austauschbatteriezelle nicht beschädigt werden. Denkbar ist, dass die Maximalspannung einstellbar in der Ladeeinheit auslesbar hinterlegt ist. Denkbar ist ferner, dass die Maximalspannung im Austauschbatteriemodul bzw. in der Austauschbatteriezelle durch die Ladeeinheit auslesbar hinterlegt ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the charging unit is configured to charge the replacement battery module and / or the replacement battery cell no further than a maximum voltage. This ensures that the replacement battery module or the replacement battery cell is not damaged. It is conceivable that the maximum voltage can be stored in the charging unit so that it can be read out. It is also conceivable that the maximum voltage is stored in the replacement battery module or in the replacement battery cell so that it can be read out by the charging unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit gegen unbefugte Benutzung gesichert ist, wobei die Ladeeinheit vorzugsweise mit einem Verschlusselement, insbesondere einer Klappe, verschließbar ist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise einen Schutz vor Beschädigung und unberechtigter Entnahme von elektrischer Energie.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the loading unit is secured against unauthorized use, the loading unit preferably being lockable with a closure element, in particular a flap. This advantageously enables protection against damage and unauthorized removal of electrical energy.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit in einer Ladesäule der Ladestation angeordnet ist oder mit einer Ladesäule der Ladestation verbunden ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Unterbringung der Ladeeinheit. Denkbar ist auch, dass die Ladeeinheit in einer Kühleinheit der Ladestation oder in einer Batteriestation der Ladestation integriert ist.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the charging unit is arranged in a charging column of the charging station or is connected to a charging column of the charging station. This enables the loading unit to be accommodated in a space-saving manner. It is also conceivable that the charging unit is integrated in a cooling unit of the charging station or in a battery station of the charging station.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit zum Anschluss an ein Versorgungsnetz zur Stromversorgung der Ladestation konfiguriert ist, wobei der Anschluss der Ladeeinheit an das Versorgungsnetz vorzugsweise unabhängig von einem Anschluss des Energiespeichers an das Versorgungsnetz ist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Nutzung der Ladeeinheit, welche technisch unabhängig von dem Energiespeicher ist. Damit ist es vorteilhaft möglich, dass Defekte am Energiespeicher keinen Einfluss auf die Funktion der Ladeeinheit haben.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the charging unit is configured for connection to a supply network for supplying power to the charging station, the connection of the charging unit to the supply network preferably being independent of a connection of the energy store to the supply network. This advantageously enables the charging unit to be used, which is technically independent of the energy store. This advantageously makes it possible for defects in the energy store to have no effect on the function of the charging unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit ein Netzteil aufweist. Damit ist die Ladeeinheit auf vorteilhafte Weise weitgehend unabhängig von weiteren Komponenten der Ladestation. Denkbar ist, dass das Netzteil zum Laden des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle mit Energie aus dem Versorgungsnetz versorgt wird.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the charging unit has a power supply unit. The charging unit is thus advantageously largely independent of other components of the charging station. It is conceivable that the power supply unit for charging the replacement battery module and / or the replacement battery cell is supplied with energy from the supply network.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit Verbinder zum elektrischen Kontaktieren des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle mit der Ladeeinheit aufweist, wobei die Verbinder vorzugsweise zum werkzeuglosen Kontaktieren des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle mit der Ladeeinheit vorgesehen sind. Dies ermöglicht eine einfache Benutzung der Ladeeinheit. Denkbar ist, dass die Verbinder mechanisch kodiert sind, so dass ein fehlerhaftes elektrisches Kontaktieren des Austauschbatteriemoduls bzw. der Austauschbatteriezelle vermieden wird.According to a further preferred embodiment of the invention it is provided that the charging unit has connectors for making electrical contact between the replacement battery module and / or the replacement battery cell with the charging unit, wherein the connectors are preferably provided for tool-free contacting of the replacement battery module and / or the replacement battery cell with the charging unit. This enables easy use of the loading unit. It is conceivable that the connectors are mechanically coded, so that incorrect electrical contacting of the replacement battery module or the replacement battery cell is avoided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ladeeinheit eine Messeinheit zur Bestimmung der Kapazität des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle aufweist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise, dass ein Austausch von Batteriemodulen und/oder Batteriezellen gegen Austauschbatteriemodule bzw. Austauschbatteriezellen vereinfacht wird. Ein die Module bzw. Zellen austauschender Techniker muss sich so keine Gedanken über passende einzustellende Kapazitäten und/oder Spannungen machen. Denkbar ist, dass die Ladeeinheit dazu konfiguriert ist, die Anpassung des Ladezustandes des Austauschbatteriemoduls und/oder der Austauschbatteriezelle anhand der bestimmten Kapazität des Austauschbatteriemoduls bzw. der Austauschbatteriezelle automatisiert durchzuführen.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the charging unit has a measuring unit for determining the capacity of the replacement battery module and / or the replacement battery cell. This advantageously enables the replacement of battery modules and / or battery cells for replacement battery modules or replacement battery cells to be simplified. A technician who replaces the modules or cells does not have to worry about suitable capacities and / or voltages to be set. It is conceivable that the charging unit is configured to carry out the adaptation of the charge state of the replacement battery module and / or the replacement battery cell in an automated manner on the basis of the determined capacity of the replacement battery module or the replacement battery cell.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zur Reparatur einer Ladestation mit einem Energiespeicher, der mehrere Batteriemodule aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, und mit einer Ladeeinheit, wobei

  1. a. zum Austausch eines defekten Batteriemoduls der mehreren Batteriemodule in einem ersten Schritt ein Austauschbatteriemodul mittels der Ladeeinheit wahlweise geladen oder entladen wird, und in einem zweiten Schritt das defekte Batteriemodul gegen das Austauschbatteriemodul getauscht wird; und/oder
  2. b. zum Austausch einer defekten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen in einem ersten Schritt eine Austauschbatteriezelle mittels der Ladeeinheit wahlweise geladen oder entladen wird und in einem zweiten Schritt die defekte Batteriezelle gegen die Austauschbatteriezelle getauscht wird.
Another object of the invention for solving the object formulated at the outset is a method for repairing a charging station with an energy storage device that has a plurality of battery modules, each comprising a plurality of battery cells, and with a charging unit, wherein
  1. a. to replace a defective battery module of the plurality of battery modules in a first step a replacement battery module is optionally charged or discharged by means of the charging unit, and in a second step the defective battery module is replaced with the replacement battery module; and or
  2. b. to replace a defective battery cell of the plurality of battery cells, a replacement battery cell is optionally charged or discharged by means of the charging unit in a first step and the defective battery cell is replaced with the replacement battery cell in a second step.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren zur Reparatur einer erfindungsgemäßen Ladestation.The method according to the invention is preferably a method for repairing a charging station according to the invention.

Alle zuvor im Zusammenhang mit der Ladestation offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren.All the details, features and advantages previously disclosed in connection with the charging station also relate to the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.Further details, features and advantages of the invention emerge from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not restrict the concept of the invention.

1 illustriert schematisch eine Ladestation gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 schematically illustrates a charging station according to an exemplary embodiment of the present invention.

In 1 ist schematisch eine Ladestation 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Laden eines Elektrofahrzeugs 100 dargestellt. Die Ladestation 1 weist eine Ladesäule 4 und eine Batteriestation 5 auf. In der Batteriestation 5 ist eine Mehrzahl von Batteriemodulen 30, 30' angeordnet. Die Mehrzahl von Batteriemodulen 30, 30' ist Teil des Energiespeichers 8, welcher die Ladestation 1 beim Laden von Elektrofahrzeugen 100 unterstützt, falls das Versorgungsnetz 7 zur Stromversorgung der Ladestation 1 nicht ausreichend viel Leistung zur Verfügung stellt oder bevorzugt z.B. regenerativ erzeugter Strom, welcher zuvor in den Energiespeicher 8 geladen wurde, genutzt werden soll.In 1 is schematically a charging station 1 according to an exemplary embodiment of the present invention for charging an electric vehicle 100 shown. The charging station 1 has a charging station 4th and a battery station 5 on. In the battery station 5 is a plurality of battery modules 30th , 30 ' arranged. The majority of battery modules 30th , 30 ' is part of the energy storage 8th which is the charging station 1 when charging electric vehicles 100 supported if the supply network 7th to power the charging station 1 does not provide enough power or prefers, for example, electricity generated from renewable sources, which is previously stored in the energy store 8th is to be used.

Die Ladestation gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ferner ein Batterie-Management-System 9, welches mit dem Energiespeicher 8 verbunden ist. Der Referenz-Ladezustand des Energiespeichers 8, insbesondere der Batteriemodule 30, 30', wird von dem Batterie-Management-System 9, insbesondere aus einer Historie von Strom- und Spannungsmessungen, ermittelt.The charging station according to the exemplary embodiment also includes a battery management system 9 , which with the energy storage 8th connected is. The reference state of charge of the energy storage 8th , especially the battery modules 30th , 30 ' , is run by the battery management system 9 , in particular from a history of current and voltage measurements.

Nachfolgend soll davon ausgegangen werden, dass das Batteriemodul 30' einen Defekt aufweist. Durch die serielle Verschaltung der Batteriemodule 30, 30' ist bei einem solchen Defekt ein Stromfluss durch die Mehrzahl von Batteriemodulen 30, 30' nicht mehr möglich. Um die Funktionsfähigkeit der Ladestation 1 wieder herzustellen, muss das defekte Batteriemodul 30' gegen das Austauschbatteriemodul 3 getauscht werden. Üblicherweise entspricht der Ladezustand des Austauschbatteriemoduls 3 nicht exakt dem Ladezustand der eingebauten Batteriemodule 30 sondern weicht sogar erheblich davon ab. Beispielsweise kann es vorkommen, dass die nicht defekten Batteriemodule 30 des Energiespeichers zu 100% geladen sind, während das Austauschbatteriemodul 3 nur zu 30% geladen ist. Würde das defekte Batteriemodul 30' gegen das Austauschbatteriemodul 3 getauscht werden, ohne vorher eine Anpassung des Ladezustandes entweder der nicht defekten Batteriemodule 30 oder des Austauschbatteriemoduls 3 vorzunehmen, so könnte der Energiespeicher 8 nur solange entladen werden, bis das Austauschbatteriemodul 3 entladen ist. Die in den nicht defekten Batteriemodulen 30 verbleibende Restladung würde zum weiteren Unterstützen der Ladung des Elektrofahrzeugs 100 nicht mehr zur Verfügung stehen.In the following it should be assumed that the battery module 30 ' has a defect. Through the serial connection of the battery modules 30th , 30 ' is a current flow through the plurality of battery modules in the event of such a defect 30th , 30 ' not possible anymore. To the functionality of the charging station 1 must restore the defective battery module 30 ' against the replacement battery module 3rd it will be exchanged. Usually the state of charge corresponds to the replacement battery module 3rd not exactly the state of charge of the built-in battery modules 30th but actually deviates considerably from it. For example, it can happen that the non-defective battery modules 30th of the energy storage system are charged to 100% while the replacement battery module 3rd is only charged to 30%. Would the defective battery module 30 ' against the replacement battery module 3rd can be exchanged without first adapting the state of charge of either the non-defective battery modules 30th or the replacement battery module 3rd make, so could the energy storage 8th can only be discharged until the replacement battery module 3rd is discharged. Those in the non-defective battery modules 30th The remaining charge would be used to further support the charging of the electric vehicle 100 are no longer available.

Eine Anpassung des Ladezustandes der Batteriemodule 30, 30' scheitert daran, dass das defekte Batteriemodul 30' einen Stromfluss durch die in Serie geschalteten Batteriemodule 30, 30' verhindert. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Ladezustand des Austauschbatteriemoduls 3 an den Ladezustand der übrigen Batteriemodule 30 des Energiespeichers 8 anzupassen. Zum Anpassen des Ladezustandes des Austauschbatteriemoduls 3 weist die Ladestation 1 eine Ladeeinheit 2 auf. Die Ladeeinheit 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in der Ladesäule 4 angeordnet. Abweichend davon ist es aber ebenso möglich, dass die Ladeeinheit 2 in der Batteriestation 5, einem Gehäuse einer (nicht gezeigten) Leistungselektronik der Ladestation 1 oder einer (ebenfalls nicht gezeigten) Kühleinheit der Ladestation 1 angeordnet ist.An adaptation of the state of charge of the battery modules 30th , 30 ' fails because the defective battery module 30 ' a current flow through the series-connected battery modules 30th , 30 ' prevented. The invention therefore provides for the state of charge of the replacement battery module 3rd the state of charge of the remaining battery modules 30th of the energy storage 8th adapt. For adjusting the charge level of the replacement battery module 3rd indicates the charging station 1 a loading unit 2 on. The loading unit 2 is in the embodiment shown in the charging station 4th arranged. Notwithstanding this, however, it is also possible that the loading unit 2 in the battery station 5 , a housing of a (not shown) power electronics of the charging station 1 or a (also not shown) cooling unit of the charging station 1 is arranged.

Die Ladeeinheit 2 umfasst ferner ein Verschlusselement in Form einer schließbaren Klappe 6, so dass die Ladeeinheit 2 gegen unbefugtes Benutzen gesichert werden kann. Das Versorgungsnetz 7 ist unabhängig vom Energiespeicher 8 an ein Netzteil (nicht gezeigt) der Ladeeinheit 2 angeschlossen. Somit kann das Austauschbatteriemodul 3 mittels der Ladeeinheit 2 in das Versorgungsnetz 7 entladen oder aus dem Versorgungsnetz 7 geladen werden. Weiterhin kann das Austauschbatteriemodul 3 über einen Widerstand 10 der Ladeeinheit 2 entladen werden. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel lädt die Ladeeinheit 2 das Austauschbatteriemodul 3 soweit auf, dass der Ladezustand des Austauschbatteriemoduls 3 dem Referenz-Ladezustand der nicht defekten Batteriemodule 30 entspricht. Anschließend kann das defekte Batteriemodul 30' gegen das Austauschbatteriemodul 3 getauscht werden. Zur korrekten Anpassung des Ladezustandes an den Referenz-Ladezustand wird vor dem Laden des Austauschbatteriemoduls 3 mittels der Messeinheit 11 die Kapazität oder der Ladezustand (z.B. durch Bestimmung der Ruhespannung) des Austauschbatteriemoduls 3 ermittelt.The loading unit 2 further comprises a closure element in the form of a closable flap 6th so that the loading unit 2 can be secured against unauthorized use. The supply network 7th is independent of the energy storage 8th to a power supply unit (not shown) of the charging unit 2 connected. Thus, the replacement battery module 3rd by means of the loading unit 2 in the supply network 7th discharged or from the supply network 7th getting charged. Furthermore, the replacement battery module 3rd about a resistor 10 the loading unit 2 be discharged. In the embodiment shown here, the charging unit is charging 2 the replacement battery module 3rd to the extent that the charge status of the replacement battery module 3rd the reference state of charge of the non-defective battery modules 30th corresponds to. The defective battery module can then 30 ' against the replacement battery module 3rd it will be exchanged. Before charging the replacement battery module, the charge status is correctly adjusted to the reference charge status 3rd by means of the measuring unit 11 the capacity or the state of charge (e.g. by determining the open-circuit voltage) of the replacement battery module 3rd determined.

Der Fachmann versteht, dass analog der hier dargestellten und beschriebenen Ausführungsform statt der Batteriemodule 30, 30' und des Austauschbatteriemoduls 3 Batteriezellen und Austauschbatteriezellen verwendet werden können. Die genannten Merkmale und Vorteile lassen sich von den Batteriemodulen 30, 30' und dem Austauschbatteriemodul 3 auf die Batteriezellen bzw. die Austauschbatteriezelle übertragen. Ob Batteriemodule 30, 30' oder Batteriezellen ausgetauscht werden und damit ob der Ladungszustand des Austauschbatteriemoduls 3 oder der Austauschbatteriezelle mit der Ladeeinheit 2 angepasst wird, hängt insbesondere von der vorliegenden Konstruktion des Energiespeichers 8 ab.The person skilled in the art understands that analogously to the embodiment shown and described here, instead of the battery modules 30th , 30 ' and the replacement battery module 3rd Battery cells and replacement battery cells can be used. The mentioned features and advantages can be derived from the battery modules 30th , 30 ' and the replacement battery module 3rd transferred to the battery cells or the replacement battery cell. Whether battery modules 30th , 30 ' or battery cells are replaced and thus whether the state of charge of the replacement battery module 3rd or the replacement battery cell with the charger 2 is adapted, depends in particular on the present design of the energy store 8th from.

Claims (11)

Ladestation (1) zum Laden von Elektrofahrzeugen (100), mit einem Energiespeicher (8), der mehrere Batteriemodule (30, 30') aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, und mit einer Ladeeinheit (2), die dazu konfiguriert ist, ein zum Austausch gegen ein Batteriemodul vorgesehenes einzelnes Austauschbatteriemodul (3) und/oder eine zum Austausch gegen eine Batteriezelle vorgesehene einzelne Austauschbatteriezelle, wahlweise zu laden oder zu entladen, ohne dabei den Energiespeicher (8) zu laden oder zu entladen.Charging station (1) for charging electric vehicles (100), with an energy store (8) which has several battery modules (30, 30 ') each comprising several battery cells, and with a charging unit (2) which is configured to do so Individual replacement battery module (3) provided for replacement with a battery module and / or a single replacement battery cell provided for replacement with a battery cell, optionally to be charged or discharged without charging or discharging the energy store (8). Ladestation (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) dazu konfiguriert ist, das Austauschbatteriemodul (3) und/oder die Austauschbatteriezelle soweit zu laden oder zu entladen bis ein Ladezustand des Austauschbatteriemoduls (3) bzw. der Austauschbatteriezelle einem Referenz-Ladezustand eines einzelnen Batteriemoduls (3) bzw. einer einzelnen Batteriezelle entspricht.Charging station (1) Claim 1 , characterized in that the charging unit (2) is configured to charge or discharge the replacement battery module (3) and / or the replacement battery cell until a charge status of the replacement battery module (3) or the replacement battery cell corresponds to a reference charge status of an individual battery module ( 3) or a single battery cell. Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) dazu konfiguriert ist, den Referenz-Ladezustand zu bestimmen oder von einem Batterie-Management-System (9) der Ladestation (1) zu empfangen.Charging station (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging unit (2) is configured to determine the reference state of charge or to receive it from a battery management system (9) of the charging station (1). Ladestation (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) dazu konfiguriert ist, das Austauschbatteriemodul (3) und/oder die Austauschbatteriezelle nicht weiter als bis zu einer Maximalspannung aufzuladen.Charging station (1) after one of the Claims 2 to 3rd , characterized in that the charging unit (2) is configured to charge the replacement battery module (3) and / or the replacement battery cell no further than a maximum voltage. Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) gegen unbefugte Benutzung gesichert ist, wobei die Ladeeinheit (2) vorzugsweise mit einem Verschlusselement (6), insbesondere einer Klappe, verschließbar ist.Loading station (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the loading unit (2) is secured against unauthorized use, the loading unit (2) preferably being closable with a closure element (6), in particular a flap. Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) in einer Ladesäule (4) der Ladestation (1) angeordnet ist oder mit einer Ladesäule (4) verbunden ist.Charging station (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging unit (2) is arranged in a charging column (4) of the charging station (1) or is connected to a charging column (4). Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) zum Anschluss an ein Versorgungsnetz (7) zur Stromversorgung der Ladestation (1) konfiguriert ist, wobei der Anschluss der Ladeeinheit (2) an das Versorgungsnetz (7) vorzugsweise unabhängig von einem Anschluss des Energiespeichers (8) an das Versorgungsnetz (7) ist.The charging station (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the charging unit (2) is configured for connection to a supply network (7) for supplying power to the charging station (1), the connection of the charging unit (2) to the supply network (7 ) is preferably independent of a connection of the energy store (8) to the supply network (7). Ladestation (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) ein Netzteil aufweist.Charging station (1) Claim 7 , characterized in that the charging unit (2) has a power supply unit. Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) Verbinder zum elektrischen Kontaktieren des Austauschbatteriemoduls (3) und/oder der Austauschbatteriezelle mit der Ladeeinheit (2) aufweist, wobei die Verbinder vorzugsweise zum werkzeuglosen Kontaktieren des Austauschbatteriemoduls (3) und/oder der Austauschbatteriezelle mit der Ladeeinheit (2) vorgesehen sind.Charging station (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging unit (2) has connectors for electrically contacting the replacement battery module (3) and / or the replacement battery cell with the charging unit (2), the connectors preferably for contacting the replacement battery module without tools (3) and / or the replacement battery cell with the charging unit (2) are provided. Ladestation (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit (2) eine Messeinheit (11) zur Bestimmung der Kapazität oder des Ladezustandes des Austauschbatteriemoduls (3) und/oder der Austauschbatteriezelle aufweist.Charging station (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the charging unit (2) has a measuring unit (11) for determining the capacity or the state of charge of the replacement battery module (3) and / or the replacement battery cell. Verfahren zur Reparatur einer Ladestation (1) mit einem Energiespeicher (8), der mehrere Batteriemodule (30, 30') aufweist, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen, und mit einer Ladeeinheit (2), wobei a. zum Austausch eines defekten Batteriemoduls (30') der mehreren Batteriemodule (30, 30') in einem ersten Schritt ein Austauschbatteriemodul (3) mittels der Ladeeinheit (2) wahlweise geladen oder entladen wird, und in einem zweiten Schritt das defekte Batteriemodul (30') gegen das Austauschbatteriemodul (3) getauscht wird; und/oder b. zum Austausch einer defekten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen in einem ersten Schritt eine Austauschbatteriezelle mittels der Ladeeinheit (2) wahlweise geladen oder entladen wird und in einem zweiten Schritt die defekte Batteriezelle gegen die Austauschbatteriezelle getauscht wird.Method for repairing a charging station (1) with an energy store (8) which has several battery modules (30, 30 ') each comprising several battery cells, and with a charging unit (2), wherein a. to replace a defective battery module (30 ') of the several battery modules (30, 30') in a first step a replacement battery module (3) is optionally charged or discharged by means of the charging unit (2), and in a second step, the defective battery module (30 ') is exchanged for the replacement battery module (3); and or b. to replace a defective battery cell of the multiple battery cells in a first step a replacement battery cell is optionally charged or discharged by means of the charging unit (2) and In a second step, the defective battery cell is exchanged for the replacement battery cell.
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