DE102020004101A1 - Method for repairing an electrical energy store - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines elektrischen Energiespeichers mit einer Mehrzahl elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen (E1, E2) und einer Zellüberwachungseinheit zur Überwachung der Einzelzellen (E1, E2). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass dann, wenn mittels der Zellüberwachungseinheit eine Einzelzelle (E1, E2) ermittelt wird, welche eine verminderte elektrische Leistung aufweist, die Einzelzelle (E1, E2) mit einer Reparaturzelle (E3) elektrisch parallel verschaltet wird, indem mit Stromableitern (2) der Reparaturzelle (E3) verbundene Kabel (3) mit Stromableitern (2) der Einzelzelle (E1) verbunden werden.The invention relates to a method for repairing an electrical energy store having a plurality of individual cells (E1, E2) electrically connected in series with one another and a cell monitoring unit for monitoring the individual cells (E1, E2). According to the invention, when the cell monitoring unit detects an individual cell (E1, E2) which has reduced electrical output, the individual cell (E1, E2) is electrically connected in parallel with a repair cell (E3) by using current collectors ( 2) the cables (3) connected to the repair cell (E3) are connected to current conductors (2) of the individual cell (E1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reparatur eines elektrischen Energiespeichers mit einer Mehrzahl elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen und einer Zellüberwachungseinheit zur Überwachung der Einzelzellen.The invention relates to a method for repairing an electrical energy store having a plurality of individual cells electrically connected in series with one another and a cell monitoring unit for monitoring the individual cells.

Aus der EP 3 080 854 B1 sind Verfahren zur Wartung, Reparatur und Optimierung einer Batterie und eine Batterie bekannt. Die Batterie umfasst als Komponenten eine Anzahl von seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen mit elektrischen Polkontakten, welche zur elektrischen Verschaltung direkt oder mittels Zellverbindern unter Bildung eines Überlappungsbereiches form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind, und optional eine Batterieüberwachungseinheit mit einer Anzahl von Anschlusselementen, welche mit den elektrischen Polkontakten und/oder mit den Zellverbindern form- und/oder stoffschlüssig unter Bildung eines weiteren Überlappungsbereiches verbunden sind. Das Verfahren sieht vor, dass zum Austausch einer Komponente die form- und/oder stoffschlüssige Verbindung der auszutauschenden Komponenten mit mindestens einer nicht auszutauschenden Komponente unmittelbar neben dem Überlappungsbereich getrennt wird und eine Ersatzkomponente mittels deren elektrischer Polkontakte oder deren Anschlusselementen mit den Überlappungsbereichen der mindestens einen nicht auszutauschenden Komponente unter Bildung eines jeweils neuen Überlappungsbereiches form- und/oder stoffschlüssig verbunden wird.From the EP 3 080 854 B1 methods for maintaining, repairing and optimizing a battery and a battery are known. The battery comprises as components a number of serially and/or parallel interconnected individual cells with electrical pole contacts, which are positively and/or cohesively connected to each other for the electrical interconnection directly or by means of cell connectors to form an overlapping area, and optionally a battery monitoring unit with a number of Connection elements which are connected to the electrical pole contacts and/or to the cell connectors in a form-fitting and/or material-locking manner, forming a further overlapping area. The method provides that, in order to replace a component, the form-fitting and/or material-locking connection of the components to be replaced with at least one component that is not to be replaced is separated immediately next to the overlapping area and a replacement component by means of its electrical pole contacts or its connection elements with the overlapping areas of the at least one is not component to be replaced is positively and / or cohesively connected to form a new overlapping area.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reparatur eines elektrischen Energiespeichers mit einer Mehrzahl elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for repairing an electrical energy store having a plurality of individual cells electrically connected in series with one another.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a method which has the features specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Ein Verfahren zur Reparatur eines elektrischen Energiespeichers mit einer Mehrzahl elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen und einer Zellüberwachungseinheit zur Überwachung der Einzelzellen sieht erfindungsgemäß vor, dass dann, wenn mittels der Zellüberwachungseinheit eine Einzelzelle ermittelt wird, welche eine verminderte elektrische Leistung aufweist, diese Einzelzelle mit einer Reparaturzelle elektrisch parallel verschaltet wird, indem mit Stromableitern der Reparaturzelle verbundene Kabel mit Stromableitern der Einzelzelle verbunden werden.According to the invention, a method for repairing an electrical energy store having a plurality of individual cells electrically connected in series with one another and a cell monitoring unit for monitoring the individual cells provides that if the cell monitoring unit is used to determine an individual cell which has a reduced electrical output, this individual cell is connected to a repair cell is electrically connected in parallel by connecting cables connected to current collectors of the repair cell to current collectors of the individual cell.

Durch Anwendung des Verfahrens ist es möglich, eine Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers zu erhöhen und dieser seinen Betrieb erneut aufnehmen kann. Zur Reparatur ist es also nicht erforderlich, den elektrischen Energiespeicher zu demontieren, um die Einzelzelle mit verminderter Leistung zu entnehmen, gegebenenfalls durch eine neue Einzelzelle zu ersetzen und den elektrischen Energiespeicher wieder zu montieren.By using the method, it is possible to increase the performance of the electrical energy store and to start operating it again. For repairs, it is therefore not necessary to dismantle the electrical energy storage device in order to remove the individual cell with reduced power, replace it with a new individual cell if necessary and reassemble the electrical energy storage device.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

  • 1 schematisch eine Draufsicht eines Zellverbundes mit einer eine verminderte elektrische Leistung aufweisenden Einzelzelle,
  • 2 schematisch eine Seitenansicht des Zellverbundes gemäß 1,
  • 3 schematisch eine Draufsicht des Zellverbundes mit einer mit der Einzelzelle elektrisch verbundenen Reparaturzelle,
  • 4 schematisch eine Seitenansicht des Zellverbundes mit der mit der Einzelzelle elektrisch verbundenen Reparaturzelle,
  • 5 schematisch eine Draufsicht des Zellverbundes und der elektrisch verbundenen Reparaturzelle in einem Zellgehäuse,
  • 6 schematisch eine Seitenansicht des Zellverbundes und der elektrisch verbundenen Reparaturzelle in dem Zellgehäuse und
  • 7 schematisch eine Vorrichtung zur Verbindung mittels Kontaktdornen.
show:
  • 1 a schematic plan view of a cell assembly with an individual cell having a reduced electrical output,
  • 2 schematically shows a side view of the cell assembly according to FIG 1 ,
  • 3 a schematic plan view of the cell assembly with a repair cell electrically connected to the individual cell,
  • 4 a schematic side view of the cell assembly with the repair cell electrically connected to the individual cell,
  • 5 a schematic top view of the cell assembly and the electrically connected repair cell in a cell housing,
  • 6 schematically a side view of the cell assembly and the electrically connected repair cell in the cell housing and
  • 7 schematically a device for connection by means of contact pins.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

Die 1 und 2 zeigen einen Zellverbund 1 mit fünf elektrisch seriell miteinander verschalteten Einzelzellen E1, E2, wobei eine Einzelzelle E1, beispielsweise aufgrund ihrer Alterung, eine verminderte elektrische Leistung aufweist und hervorgehoben dargestellt ist. Insbesondere sind die Einzelzellen E1, E2 mittels ihrer Stromableiter 2 elektrisch verschaltet. Dazu sind die Stromableiter 2 benachbarter Einzelzellen E1, E2 übereinander gelegt und stoffschlüssig miteinander befestigt, insbesondere verschweißt. Dabei zeigt 1 eine Draufsicht des Zellverbundes 1 und 2 eine Seitenansicht des Zellverbundes 1.the 1 and 2 show a cell assembly 1 with five individual cells E1, E2 electrically connected in series with one another, with an individual cell E1 having a reduced electrical output, for example due to aging, and being shown highlighted. In particular, the individual cells E1, E2 are electrically interconnected by means of their current conductors 2. For this purpose, the current conductors 2 of adjacent individual cells E1, E2 are placed one on top of the other and fastened to one another in a materially bonded manner, in particular welded. while showing 1 a plan view of the cell assembly 1 and 2 a side view of the cell assembly 1.

Die Anzahl der Einzelzellen E1, E2 ist beispielhaft gewählt, wobei ein Zellverbund 1 eine weitaus höhere Anzahl von Einzelzellen E1, E2 aufweisen kann.The number of individual cells E1, E2 is selected as an example, with a cell assembly 1 being able to have a much higher number of individual cells E1, E2.

Der Zellverbund 1 ist Bestandteil eines elektrischen Energiespeichers in Form einer Fahrzeugbatterie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.The cell assembly 1 is part of an electrical energy store in the form of a vehicle battery, in particular for an electric vehicle, a hybrid vehicle or a vehicle operated with fuel cells.

Der elektrische Energiespeicher weist üblicherweise eine Zellüberwachungseinheit zur Überwachung der Einzelzellen E1, E2 auf, wobei anhand erfasster Signale der Zellüberwachungseinheit ermittelt wird, dass die elektrische Leistung der Einzelzelle E1 vermindert ist.The electrical energy store usually has a cell monitoring unit for monitoring the individual cells E1, E2, it being determined on the basis of detected signals from the cell monitoring unit that the electrical power of the individual cell E1 is reduced.

Um eine für einen Antrieb des entsprechenden Fahrzeuges erforderliche elektrische Spannung zu erreichen, sind die Einzelzellen E1, E2 elektrisch seriell verschaltet. Sind die Einzelzellen E1, E2 hingegen elektrisch parallel miteinander verschaltet, wird eine Last zwischen den Einzelzellen E1, E2 aufgeteilt, wobei eine Stromverteilung zwischen den parallel verschalteten Einzelzellen E1, E2 dann vom elektrischen Widerstand und einem Ladestand der Einzelzellen E1, E2 abhängig ist.In order to achieve an electrical voltage required to drive the corresponding vehicle, the individual cells E1, E2 are electrically connected in series. If, on the other hand, the individual cells E1, E2 are electrically connected to one another in parallel, a load is divided between the individual cells E1, E2, with a current distribution between the individual cells E1, E2 connected in parallel then being dependent on the electrical resistance and a charge level of the individual cells E1, E2.

Bei einer reinen elektrisch seriellen Verschaltung der Einzelzellen E1 bis E5 wird die elektrische Leistungsfähigkeit der Verschaltung von der Einzelzelle E1 bestimmt, deren elektrische Leistung am geringsten ist. Dies ist die Zelle mit einem erhöhten elektrischen Widerstand und/oder einer reduzierten Kapazität. Beispielsweise ist die elektrische Leistung aufgrund einer Alterung der Einzelzelle E1 vermindert.In the case of a purely electrical serial connection of the individual cells E1 to E5, the electrical performance of the connection is determined by the individual cell E1 whose electrical output is the lowest. This is the cell with increased electrical resistance and/or reduced capacity. For example, the electrical power is reduced due to aging of the individual cell E1.

Eine Lebensdauer und eine Alterung der einzelnen Einzelzellen E1, E2 ist von vergleichsweise vielen Einflussfaktoren abhängig, wobei es aufgrund von Produktionsstreuungen und/oder Produktionsfehlern auftreten kann, dass eine Einzelzelle E1 schneller altert als die restlichen Einzelzellen E2 des Zellverbundes 1.The service life and aging of the individual individual cells E1, E2 depends on a comparatively large number of influencing factors, it being possible for an individual cell E1 to age faster than the remaining individual cells E2 of the cell assembly 1 due to production variances and/or production errors.

Eine vergleichsweise starke Alterung einer Einzelzelle E1 in einem elektrisch seriell verschalteten Zellverbund 1 führt dazu, dass der elektrische Energiespeicher erheblich an nutzbarer elektrischer Energie verliert, da der gleiche Strom durch alle Einzelzellen E1, E2 des Zellverbundes 1 fließt.Comparatively severe aging of an individual cell E1 in a cell assembly 1 electrically connected in series leads to the electrical energy storage device losing a considerable amount of usable electrical energy, since the same current flows through all individual cells E1, E2 of the cell assembly 1.

Üblicherweise wird bei Ermittlung, dass ein Zellverbund 1 eine solche Einzelzelle E1 mit verminderter elektrischer Leistung aufweist und dadurch eine elektrische Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers erheblich vermindert ist, dieser demontiert, die Einzelzelle E1 ausgetauscht und der elektrische Energiespeicher erneut zusammengebaut. Da ein elektrischer Energiespeicher verhältnismäßig viele Komponenten aufweist, die miteinander, insbesondere elektrisch, verbunden sind, ist dies ein relativ komplexer Vorgang.Usually, when it is determined that a cell assembly 1 has such an individual cell E1 with reduced electrical power and the electrical performance of the electrical energy store is significantly reduced as a result, the latter is dismantled, the individual cell E1 replaced and the electrical energy store reassembled. Since an electrical energy store has a relatively large number of components that are connected to one another, in particular electrically, this is a relatively complex process.

Um eine Demontage des elektrischen Energiespeichers weitestgehend verhindern zu können, ist vorgesehen, die Einzelzelle E1 mit elektrisch verminderter Leistung mit einer Reparaturzelle E3 elektrisch parallel zu verschalten. Dadurch wird der elektrische Strom zwischen der Einzelzelle E1 und der Reparaturzelle E3 aufgeteilt, so dass die elektrische Leistung des Zellverbundes 1 und somit des elektrischen Energiespeichers nicht mehr durch die verminderte elektrische Leistung der Einzelzelle E1 begrenzt ist.In order to be able to prevent dismantling of the electrical energy store as far as possible, provision is made for the individual cell E1 with electrically reduced power to be electrically connected in parallel with a repair cell E3. As a result, the electrical current is divided between the individual cell E1 and the repair cell E3, so that the electrical output of the cell assembly 1 and thus of the electrical energy store is no longer limited by the reduced electrical output of the individual cell E1.

Zur elektrischen parallelen Verschaltung der Einzelzelle E1 mit der Reparaturzelle E3 ist es erforderlich, die Stromableiter 2 der Reparaturzelle E3 mit den Stromableitern 2 der Einzelzelle E1 zu verbinden, wie in den 3 und 4 gezeigt ist.For electrical parallel connection of the individual cell E1 with the repair cell E3, it is necessary to connect the current collector 2 of the repair cell E3 to the current collector 2 of the individual cell E1, as in FIGS 3 and 4 is shown.

Die Stromableiter 2 der Reparaturzelle E3 sind mittels Kabel 3 mit den Stromableitern 2 der Einzelzelle E1 verbunden, wobei eine mögliche Ausführungsform der Reparaturzelle E3 in den 5 und 6 gezeigt ist. Dabei ist in 5 eine Draufsicht des Zellverbundes 1 mit der Reparaturzelle E3 in einem Zellgehäuse 4 und in 6 eine Seitenansicht des Zellverbundes 1 mit der in dem Zellgehäuse 4 angeordneten Reparaturzelle E3 gezeigt.The current arresters 2 of the repair cell E3 are connected by means of cables 3 to the current arresters 2 of the individual cell E1, with a possible embodiment of the repair cell E3 in FIGS 5 and 6 is shown. where is in 5 a plan view of the cell assembly 1 with the repair cell E3 in a cell housing 4 and in 6 a side view of the cell assembly 1 with the repair cell E3 arranged in the cell housing 4 is shown.

In dieser in 5 und 6 dargestellten Ausführungsform ist die Reparaturzelle E3 in einem Zellgehäuse 4 angeordnet, aus welchem die Kabel 3 zur elektrischen Verschaltung der Reparaturzelle E3 herausgeführt sind.In this in 5 and 6 In the embodiment shown, the repair cell E3 is arranged in a cell housing 4, from which the cables 3 for the electrical connection of the repair cell E3 are led out.

Beispielsweise sind die Kabel 3 mittels Verschweißens, Verschraubens und/oder mittels Durchdringung in 7 gezeigter Kontaktdorne 5 mit dem jeweiligen Stromableiter 2 verbunden.For example, the cables 3 are welded, screwed and/or penetrated into 7 shown contact mandrels 5 connected to the respective current arrester 2.

Insbesondere werden die aus dem Zellgehäuse 4 herausgeführten Kabel 3 mit Stromableitern 2 der Einzelzelle E1, die mit Stromableitern 2 einer jeweiligen benachbarten Einzelzelle E2 verbunden sind, verbunden.In particular, the cables 3 led out of the cell housing 4 are connected to current collectors 2 of the individual cell E1, which are connected to current collectors 2 of a respective neighboring individual cell E2.

7 zeigt eine Vorrichtung 6 zur Kontaktierung der Stromableiter 2 mit den Kabeln 3 mittels Kontaktdornen 5. 7 shows a device 6 for contacting the current collector 2 with the cables 3 by means of contact spikes 5.

Die Vorrichtung 6 umfasst ein Gegenstück 7 mit einer Gegenplatte 8, eine Führung 9, eine Mehrzahl von Kontaktdornen 5 und eine Metallplatte 10 mit einer elektrischen Verbindung, insbesondere den Kabeln 3, wobei die elektrische Verbindung alternativ auch als Leiterschiene ausgeführt sein kann.The device 6 comprises a counterpart 7 with a counterplate 8, a guide 9, a plurality of contact spikes 5 and a metal plate 10 with an electrical connection, in particular the cables 3, wherein the electrical connection can alternatively be designed as a conductor rail.

Die verbundenen Stromableiter 2 der Einzelzelle E1 und der jeweiligen benachbarten Einzelzelle E2 werden zwischen der Gegenplatte 8 und der Metallplatte 10 angeordnet und das Gegenstück 7 wird mittels der Führung 9 in Richtung der Metallplatte 10 bewegt.The connected conductor 2 of the single cell E1 and the respective adjacent single cell E2 between the back plate 8 and the Metal plate 10 is arranged and the counterpart 7 is moved in the direction of the metal plate 10 by means of the guide 9 .

Insbesondere wird das Gegenstück 7 auf die Metallplatte 10 gepresst, wodurch die Kontaktdorne 5 durch die Stromableiter 2 hindurch in die Gegenplatte 8 gepresst werden. Dadurch wird die Metallplatte 10 mit den aneinander befestigten Stromableitern 2 verbunden und ein elektrischer Kontakt zu der Reparaturzelle E3 wird über die Kabel 3 hergestellt.In particular, the counterpart 7 is pressed onto the metal plate 10 , as a result of which the contact spikes 5 are pressed through the current collector 2 into the counterplate 8 . As a result, the metal plate 10 is connected to the current conductors 2 fastened to one another, and electrical contact is made with the repair cell E3 via the cables 3.

Derselbe Vorgang ist auch mit Steckverbindungen zwischen den Einzelzellen E1, E2 möglich. Denkbar ist auch, dass eine Platte mit Steckmöglichkeiten angebracht wird, wobei dies insbesondere für sogenannte Second-Life-Anwendungen geeignet ist. Dadurch können Einzelzellen E1 mit verminderter elektrischer Leistung zunehmend mit einer Reparaturzelle E3 verbunden werden. Die Einzelzelle E1 mit einer niedrigsten Kapazität wird dann mit einer solchen Reparaturzelle E3 elektrisch parallel verschaltet, wodurch sich ein Anteil nutzbarer elektrischer Energie des elektrischen Energiespeichers erhöht.The same process is also possible with plug connections between the individual cells E1, E2. It is also conceivable that a plate with plug-in options is attached, this being particularly suitable for so-called second-life applications. As a result, individual cells E1 with reduced electrical power can increasingly be connected to a repair cell E3. The individual cell E1 with the lowest capacity is then electrically connected in parallel with such a repair cell E3, as a result of which a proportion of usable electrical energy in the electrical energy storage device is increased.

BezugszeichenlisteReference List

11
Zellverbundcell network
22
Stromableitercurrent collector
33
Kabelcable
44
Zellgehäusecell case
55
Kontaktdorncontact mandrel
66
Vorrichtungcontraption
77
Gegenstückcounterpart
88th
Gegenplattecounter plate
99
Führungguide
1010
Metallplatte metal plate
E1, E2E1, E2
Einzelzellesingle cell
E3E3
Reparaturzellerepair cell

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 3080854 B1 [0002]EP 3080854 B1 [0002]

Claims (3)

Verfahren zur Reparatur eines elektrischen Energiespeichers mit einer Mehrzahl elektrisch seriell miteinander verschalteter Einzelzellen (E1, E2) und einer Zellüberwachungseinheit zur Überwachung der Einzelzellen (E1, E2), dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn mittels der Zellüberwachungseinheit eine Einzelzelle (E1, E2) ermittelt wird, welche eine verminderte elektrische Leistung aufweist, die Einzelzelle (E1, E2) mit einer Reparaturzelle (E3) elektrisch parallel verschaltet wird, indem mit Stromableitern (2) der Reparaturzelle (E3) verbundene Kabel (3) mit Stromableitern (2) der Einzelzelle (E1) verbunden werden.Method for repairing an electrical energy store with a plurality of individual cells (E1, E2) electrically connected in series with one another and a cell monitoring unit for monitoring the individual cells (E1, E2), characterized in that when the cell monitoring unit determines an individual cell (E1, E2). which has a reduced electrical output, the individual cell (E1, E2) is electrically connected in parallel with a repair cell (E3) by cables (3) connected to current collectors (2) of the repair cell (E3) with current collectors (2) of the individual cell (E1) are connected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reparaturzelle (E3) in einem Zellgehäuse (4) angeordnet ist, aus welchem die mit den Stromableitern (2) der Reparaturzelle (E3) verbundenen Kabel (3) herausgeführt sind, die mit den Stromableitern (2) der Einzelzelle (E1) verbunden werden.procedure after claim 1 , characterized in that the repair cell (E3) is arranged in a cell housing (4) from which the cables (3) connected to the current collectors (2) of the repair cell (E3) are led out, which are connected to the current collectors (2) of the individual cell (E1) are connected. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Zellgehäuse (4) herausgeführten Kabel (3) mit den jeweiligen Stromableitern (2) stoff-, form- und/oder kraftschlüssig verbunden werden.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the cables (3) leading out of the cell housing (4) are connected to the respective current conductors (2) in a materially, form-fitting and/or non-positive manner.
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