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Die vorliegende Erfindung betrifft eine mobile Entladevorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen mobilen Entladevorrichtung. Solche Entladevorrichtungen können eingesetzt werden, um beispielsweise die Traktionsbatterien eines Kraftfahrzeugs zu entladen.
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Mit dem Aufkommen von zumindest teilweise batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen enthalten diese Fahrzeuge zunehmend größere Traktionsbatterien, die erhebliche Mengen als elektrische Energie abrufbarer chemischer Energie enthalten. Die Traktionsbatterien sind üblicherweise im jeweiligen Fahrzeug geschützt angeordnet. Dennoch ist es möglich, dass einzelne Zellen der Traktionsbatterien einen Defekt aufweisen oder, beispielsweise bei einem Unfall, beschädigt werden. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass einzelne Batteriezellen und möglicherweise die vollständige Traktionsbatterie thermisch durchgehen, d. h. die in den Batterien gespeicherte elektrische Energie innerhalb kurzer Zeit in der Traktionsbatterie in Wärme umgewandelt wird. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug in Brand gerät.
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Der Zustand der Traktionsbatterie kann üblicherweise ermittelt werden, da die Traktionsbatterie einen Leistungsanschluss und einen Diagnoseein-/- ausgang aufweist. Über den Diagnoseein-/-ausgang können die Betriebs- und Zustandsparameter der einzelnen Zellen des Batteriemoduls bzw. des gesamten Batteriemoduls ausgelesen werden.
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Es ist heutzutage üblich, dass batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge beispielsweise nach einem Defekt oder einem Unfall in eine Werkstatt transportiert werden und dort repariert werden. Aufgrund des hohen Energiegehaltes der Traktionsbatterie derartiger batterieelektrisch angetriebener Fahrzeuge kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass das Fahrzeug, wie oben beschrieben, bereits vor Ort, während des Transports oder anschließend in der Werkstatt in Brand gerät. Dies ist auch mit einer zeitlichen Verzögerung zu der Beschädigung des Batteriemoduls noch möglich.
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Es ist daher wünschenswert, die Traktionsbatterie des batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugs bereits vor dem Transport bzw. vor der Arbeit am Fahrzeug vollständig zu entladen.
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Diese Aufgabe wird durch die mobile Entladevorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Sie wird ebenfalls gelöst durch ein Fahrzeug nach Anspruch 16, das eine derartige Entladevorrichtung enthält, sowie ein Verfahren zum Handhaben eines Batteriemoduls nach Anspruch 17. Vorteilhafte Weiterbildungen der mobilen Entladevorrichtung, des Fahrzeugs und des Verfahrens werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine mobile Entladevorrichtung zum Entladen eines Batteriemoduls, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die vorliegende erfindungsgemäße Entladevorrichtung ist als mobile Entladevorrichtung vorgesehen, damit sie auf einfache Weise transportabel ist und so beispielsweise auch zu einem verunfallten batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeug verbracht werden kann.
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Die Batteriemodule, beispielsweise Traktionsbatterien, weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen, eine Batteriemanagementvorrichtung, mindestens einen Leistungsanschluss und einen Diagnoseein-/-ausgang auf.
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Vorteilhafterweise ist die Ladebuchse des batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit dem Leistungsanschluß verbunden oder dient selbst als Leistungsanschluß. Gegebenenfalls können in diese Ladebuchse Anschlüsse integriert sein, die mit dem Diagnoseein-/-ausgang verbunden sind oder selbst als Diagnoseein-/-ausgang dienen.
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Es ist jedoch auch möglich, von der Ladebuchse verschiedene Anschlüsse als Leistungsanschluss und/oder als Diagnoseein-/-ausgang vorzusehen. Vorteilhafterweise sind der Leistungsanschluß mit dem Elektromotor des Fahrzeugs und der Diagnoseein-/-ausgang funktionell mit der Batteriemanagementvorrichtung verbunden, so dass beispielsweise über den Diagnoseein-/-ausgang auch Daten aus der Batteriemanagementvorrichtung ausgelesen werden können oder Steuerdaten an die Batteriemanagementvorrichtung gesandt werden können.
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Die Batteriemanagementvorrichtung ist im Normalbetrieb innerhalb des Batteriemoduls dafür zuständig, den Lade- und Entladezustand und sonstigen Zustand der einzelnen Batteriezellen zu erkennen und die einzelnen Batteriezellen entsprechend zu betreiben. Dies kann bedeuten, dass beschädigte Batteriezellen abgeschaltet werden, dass Batteriezellen aufgeladen werden oder entladen werden etc. Über den Leistungsanschluss in Form der Ladebuchse wird beim Ladevorgang des Fahrzeugs dem Batteriemodul, beispielsweise der Traktionsbatterie, elektrische Leistung zugeführt. Über den Diagnoseein-/- ausgang ist es einer Steuereinheit möglich, verschiedene Daten des Batteriemoduls abzufragen bzw. das Batteriemodul zu steuern.
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Die erfindungsgemäße mobile Entladevorrichtung setzt nun daran an, dass sie über einen eigenen elektrischen Leistungseingangsanschluss, der passend bzw. komplementär zu dem Leistungsanschluss des Batteriemoduls ausgestaltet ist, an den Leistungsanschluss des Batteriemoduls angeschlossen werden kann und elektrische Leistung von dem Batteriemodul abführen kann.
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Weiterhin weist die mobile Entladevorrichtung einen elektrischen Diagnoseanschluss auf, der passend bzw. komplementär zu dem Diagnoseein-/- ausgang des Batteriemoduls ausgestaltet ist. Dieser elektrische Diagnoseanschluss kann an den Diagnoseein-/-ausgang des Batteriemoduls angeschlossen werden, und so zur Übermittlung von Diagnosedaten von dem Batteriemodul zu der mobilen Entladevorrichtung dienen.
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Weiterhin weist die mobile Entladevorrichtung eine Steuereinheit auf, die mit dem Diagnoseanschluss verbunden ist, und die in Abhängigkeit von den über den Diagnoseanschluss empfangenen Diagnosedaten die Entladung des Batteriemoduls über den elektrischen Leistungseingangsanschluss steuert.
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Die aus dem Batteriemodul ausgeleitete elektrische Leistung gelangt über den elektrischen Leistungseingangsanschluss der mobilen Entladevorrichtung in eine Umwandlungsvorrichtung, die dazu dient, die abgeführte elektrische Energie in thermische oder chemische Energie oder mechanische Arbeit umzuwandeln.
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Dies kann bedeuten, dass beispielsweise die Umwandlungsvorrichtung einen Ohmschen Widerstand R, beispielsweise mit 1,5 Ω ≤ R ≤ 50 Ω, bevorzugt R ≤ 25 Ω, aufweist, in dem die abgeführte elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird. Dies kann beispielsweise ein in einem Kühlfluid eingebetteter Ohmscher Widerstand sein. Alternativ ist es auch möglich, die abgeführte elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln, beispielsweise in ein weiteres Batteriemodul einzuspeisen. Auch die Umwandlung der elektrischen Energie in mechanische Arbeit kann vorgesehen sein, beispielsweise, indem die abgeführte elektrische Energie zum Betrieb eines Elektromotors eingesetzt wird.
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Im Ergebnis wird die in dem Batteriemodul, das entladen werden soll, gespeicherte elektrische Energie über den Leistungsanschluss des Batteriemoduls, den Leistungseingangsanschluss der mobilen Entladevorrichtung und letztlich über die Umwandlungsvorrichtung in thermische Energie, chemische Energie oder mechanische Arbeit umgewandelt.
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Die Entladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise eine maximale Größe aufweisen, um die Transportfähigkeit der mobilen Entladevorrichtung zu gewährleisten. Insbesondere sind Breiten zwischen 30 cm und 100 cm, vorteilhafterweise 40 cm und 60 cm, besonders vorteilhafterweise von 44 cm möglich. Höhen mit 30 bis 100 cm, 30 bis 70 cm, vorteilhafterweise von 58 cm, sowie Längen mit 50 bis 200 cm, vorzugsweise 50 bis 150 cm, besonders vorzugsweise 50 bis 100 cm, insbesondere von 82 cm sind besonders vorteilhaft. Die vorstehenden Angaben für die Breite, Länge und/oder Höhe gelten jeweils einschließlich oder auch ausschließlich der angegebenen Bereichsgrenzen.
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Entladevorrichtungen mit einer Breite von 44 cm oder weniger, einer Höhe von 58 cm oder weniger und einer Länge von 82 cm oder weniger können beispielsweise in Standardschächte in Feuerwehrfahrzeugen eingeführt werden, so dass die erfindungsgemäße mobile Entladevorrichtung leicht auf Feuerwehrfahrzeugen transportiert werden kann. Die vorliegende Erfindung umfaßt daher auch Fahrzeuge, die eine erfindungsgemäße Entladevorrichtung enthalten. Auf diese Weise gelangt die mobile Entladevorrichtung dann in einfacher Weise beispielsweise zu einem verunfallten Fahrzeug mit einem zu entladenden Batteriemodul.
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Die Mobilität der Entladevorrichtung wird auch vorteilhafterweise gewährleistet, wenn ihr Gewicht ≤ 200 kg beträgt, bevorzugt ≤ 150 kg, bevorzugt ≤ 100 kg, bevorzugt ≤ 50 kg und insbesondere ≤ 25 kg beträgt.
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Weist die Umwandlungsvorrichtung ein Element zum Umwandeln der abgeführten elektrischen Energie in thermische Energie auf, so kann diese zusätzlich eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Umwandlungsvorrichtung enthalten, beispielsweise einen Kühlmittelkreislauf. Mittels dieses Kühlmittelkreislaufes ist es möglich, die Umwandlungsvorrichtung zu kühlen und die thermische Energie abzuführen. Die Kühlvorrichtung kann ihrerseits mit einem externen Kühlkreislauf verbunden sein, beispielsweise mit dem Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors eines Abschleppfahrzeugs oder mit dem Wassertank bzw. wasserhaltigen Löschmittelbehälter eines Feuerwehrfahrzeugs.
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Vorteilhafterweise weist die mobile Entladevorrichtung weiterhin mindestens einen Anschluss bzw. Anschlüsse zum Anschluss an eine in das Batteriemodul integrierte Modultemperiervorrichtung, auch im Folgenden „Modulkühlvorrichtung“ genannt, auf. Denn herkömmliche Batteriemodule, insbesondere Traktionsbatterien von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen weisen Temperierelemente, meistens Temperierplatten, auf, um das Batteriemodul zu kühlen bzw. ggf. auch bei geringer Außentemperatur zu erwärmen. Wird die Kühlvorrichtung der Entladevorrichtung nun unmittelbar an die Modulkühlvorrichtung angeschlossen, so ist es möglich, während der Schnellentladung der Batteriezellen des Batteriemoduls das Batteriemodul direkt zu kühlen. Hierzu ist es nicht unbedingt erforderlich, dass die Modulkühlvorrichtung unbeschädigt ist. Selbst wenn diese eine Leckage aufweist, ist es möglich, über die Kühlvorrichtung der Entladevorrichtung der Modulkühlvorrichtung kontinuierlich Kühlmittel zuzuführen und auf diese Weise trotz Leckage der Modulkühlvorrichtung eine Kühlung des Batteriemoduls während der Schnellentladung zu gewährleisten. Das Kühlmittel, das durch die Leckage verloren geht kann dabei beispielsweise von einem Feuerwehrfahrzeug nachgeliefert werden, beispielsweise aus dessen Wassertank.
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Insbesondere ist es auch möglich, mittels der Entladevorrichtung die Modulkühlvorrichtung auch dann mit Kühlmittel zu versorgen, wenn das Batteriemodul derart stark beschädigt ist, dass keine Entladung des Batteriemoduls möglich ist. Damit kann zumindest ein thermisches Durchgehen einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriemoduls verhindert oder zumindest verzögert oder die Wahrscheinlichkeit hierfür verringert werden.
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Um auch in dem Falle, dass das Batteriemodul und ggfls. auch die Temperiervorrichtung des Batteriemoduls beschädigt sind, die Batteriezellen in dem Batteriemodul zu kühlen und an einem thermischen Durchbrennen zu hindern, kann das Batteriemodul einen Notfalleinlass für Temperierfluid oder Kühlfluid oder Kühlflüssigkeit aufweisen. Dieses kann mit dem Fluideinlaß der Temperiervorrichtung verbunden sein, so dass ggfls. das Batteriemodul ebenfalls über die Kühlmittelzufuhr zu der Temperiervorrichtung mit Kühlmittel versorgt werden kann. Es ist mit einem derartigen Notfalleinlaß möglich, den Innenraum des Batteriemoduls mit Kühlflüssigkeit zu fluten um so die Batteriezellen zu kühlen. In einem vorteilhaften Beispiel ist der Notfalleinlass in die Ladebuchse des Fahrzeugs integriert.
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Um auch in dem Falle, dass der Leistungsanschluß und/oder der Diagnoseein-/-ausgang, insbesondere die Ladebuchse oder Leitungen zwischen der Ladebuchse und dem Batteriemodul, beschädigt oder funktionsuntüchtig sind, z.B. nach einem Unfall, das Batteriemodul entladen zu können, kann das verunfallte Fahrzeug zusätzlich einen oder mehrere Notfallanschlüsse aufweisen, die an einer anderen Stelle als der Leistungsanschluß und/oder der Diagnoseein-/-ausgang angeordnet ist und gegebenenfalls dann noch zugänglich und intakt ist. Dann kann die erfindungsgemäße Entladevorrichtung auch mit diesem Notfallanschluss verbunden werden. Vorteilhafterweise ist die Buchse oder der Stecker des Notfallanschlusses so ausgestaltet wie der Leistungsanschluss und/oder der Diagnoseein-/-ausgang des Fahrzeugs. Vorteilhafterweise ist der Notfallanschluss in der Nähe des oder direkt am Batteriemodul des Fahrzeugs angeordnet.
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Zum Betrieb der Entladevorrichtung kann vorteilhafterweise die Entladevorrichtung mit Anschlüssen an eine externe Stromversorgung für die Entladevorrichtung, beispielsweise an eine Haushaltsstromversorgung, ausgestattet sein. Auf diese Weise ist es möglich, die Steuereinheit der Entladevorrichtung und damit die gesamte Entladevorrichtung unabhängig von dem Entladestrom und unabhängig von einer möglichen, innerhalb der Entladevorrichtung vorgesehenen Stromversorgung mit elektrischer Energie zu versorgen und ihren Betrieb sicherzustellen.
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Die Steuerung des Entladevorgangs kann insbesondere in Abhängigkeit von Diagnosedaten erfolgen, die über den Diagnoseanschluss aus dem Batteriemodul ausgelesen werden. Dies können beispielsweise die Spannung der einzelnen Batteriezellen, die Temperatur der einzelnen Batteriezellen und/oder der Fluiddruck der Modulkühlvorrichtung sein. Andererseits ist es auch möglich, unmittelbar durch die Entladevorrichtung über den Diagnoseanschluss eine Diagnose des Batteriemoduls durchzuführen, beispielsweise, wenn die Batteriemanagementvorrichtung innerhalb des Batteriemoduls beschädigt ist.
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Anschließend kann dann der Entladevorgang des Batteriemoduls mit oder ohne Verwendung der so erworbenen Diagnosedaten gesteuert werden, insbesondere auch unabhängig von der Funktionalität des Batteriemoduls gesteuert werden.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Steuereinheit der mobilen Entladevorrichtung drahtgebunden oder drahtlos Daten sendet oder empfängt, insbesondere Diagnosedaten und/oder Steuerdaten. Sie kann in diesem Falle mit weiteren Geräten kommunizieren, beispielsweise mit einer weiteren Diagnose- und Steuereinheit oder einer Anzeigevorrichtung, die optional außerhalb der Entladevorrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist es auch möglich, Betriebsparameter etc. auf einer separaten Anzeigevorrichtung darzustellen.
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Die erfindungsgemäße mobile Entladevorrichtung kann folglich verschiedene Zustände eines Batteriemoduls berücksichtigen. Beispielsweise kann so ein Modul in einem verunfallten Fahrzeug, bei dem jedoch sowohl das Batteriemodul, die Batteriemanagementvorrichtung als auch die Modulkühlvorrichtung intakt sind, unproblematisch entladen werden, um mögliche Risiken während eines anschließenden Transportes oder einer anschließenden Reparatur des Fahrzeugs zu minimieren. Hierzu kann die Kühlung in einer optionalen Weise auch unmittelbar nur über die Kühlplatten einer Modulkühlvorrichtung des Batteriemoduls erfolgen.
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Weiterhin kann im Falle, dass einzelne Zellen, mehrere Zellen oder sämtliche Zellen des Batteriemoduls beschädigt sind, jedoch die Kühlung in Ordnung ist, das Batteriemodul rasch vollständig entladen werden. Es ist auch möglich im Falle, dass zwar die Batteriezellen intakt sind, deren fahrzeugseitige Steuerung, d. h. die Batteriemanagementvorrichtung, defekt ist, eine Schnellentladung durchzuführen, da in einer optionalen Variante die mobile Entladevorrichtung entsprechende Diagnosedaten über das Batteriemodul selbst erwerben kann.
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Die Kühlvorrichtung der mobilen Entladevorrichtung kann wie beschrieben durch unterschiedliche Systeme realisiert werden. Einerseits kann die Kühlvorrichtung ein eigenes Kühlaggregat bzw. einen eigenen Kühlkreislauf aufweisen. Sie kann jedoch auch mit einem externen Kühlkreislauf ggf. verbunden werden. Es ist möglich, diese Kühlvorrichtung immer mit maximaler Leistung zu betreiben oder entsprechend eines oder mehrerer Betriebsparameter der Entladevorrichtung oder des Batteriemoduls, beispielsweise einer mit einem Sensor erfassten Kühlmitteltemperatur, zu regeln.
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Der Betrieb der Entladevorrichtung kann wie beschrieben mittels einer internen Energiequelle, beispielsweise einer internen Batterie, aufrechterhalten werden, oder auch mittels einer externen Stromversorgung. Ein externer Anschluss kann beispielsweise zu der Stromversorgung eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Feuerwehrfahrzeugs, erfolgen.
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Beispielhaft kann die Entladevorrichtung folgendermaßen eingesetzt werden.
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In einem ersten Schritt wird die Entladevorrichtung mit einem Batteriemodul über den elektrischen Leistungseingangsanschluss, als auch über den elektrischen Diagnoseanschluss verbunden. Die Steuereinheit baut dann Kontakt zu dem Bussystem des Fahrzeugs und ggf. zu der Batteriemanagementvorrichtung des Batteriemoduls auf.
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Im Falle eines Kontaktfehlers steuert die Steuereinheit ein Notfallsystem im Fahrzeug an, das beispielsweise zusätzlich in dem jeweiligen Fahrzeug verbaut werden kann. In diesem Falle würde dieses Notfallsystem die Aufgaben der Batteriemanagementvorrichtung übernehmen.
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In jedem Falle kann die Steuereinheit versuchen, die folgenden Parameter als beispielhaft aufgelistete Parameter aus der Batteriemanagementvorrichtung auszulesen oder diese zu überprüfen:
- Zustand des Fahrzeuges, z. B. Auslösung von Airbags, Aufzeichnung von Beschleunigungssensoren usw. als Unfallindikatoren, Zustand der Batterien, Kapazität der Batterien, Temperatur im Batteriekasten des Batteriemoduls, Kühlmitteltemperatur in der Modulkühlvorrichtung und generell Zustand des Kühlmittelkreislaufs in der Modulkühlvorrichtung, beispielsweise Druckverhältnisse als Indikatoren für Dichtigkeit.
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Die Steuereinheit kann dann beispielsweise die Entladung des Batteriemoduls in verschiedenen Phasen durchführen. Sie kann beispielsweise die Entladung jeweils so regeln, dass die Entladeleistung maximal ist unter der Bedingung, dass das Temperaturmaximum der Batterien nicht erreicht wird, beispielsweise mindestens 10 % unter dem Temperaturmaximum des Batteriemoduls bleibt. Die Steuereinheit kann dementsprechend die Entladeleistung und die optional vorhandene Kühlvorrichtung mit entsprechender, gegebenenfalls maximaler Leistung starten und regelmäßig den Zustand des Batteriemoduls (beispielsweise dessen Temperatur) überwachen. Eine ähnliche Prüfung kann auch für die Kühlvorrichtung der Entladevorrichtung erfolgen.
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Die Entladung wird dann bis zu einem vorgegebenen Minimum an Energieinhalt des Batteriemoduls durchgeführt, wobei dieses Minimum so eingestellt wird, dass die einzelnen Batteriezellen nicht tiefentladen werden und damit keinen Schaden nehmen.
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Um die Entladevorrichtung benutzerfreundlich zu gestalten, kann der Entladeprozess und/oder der Zustand der Entladung in einer Anzeigevorrichtung optisch dargestellt werden und beispielsweise auch die verbleibende Entladezeit mitgeteilt werden.
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Insgesamt übernimmt folglich die Steuereinheit der Entladevorrichtung ggf. die Steuerung sämtlicher Komponenten der Entladevorrichtung, d. h. der Entladeleistung, der Umwandlungsvorrichtung, des ggf. vorhandenen Kühlmittelkreislaufs sowie die Visualisierung des Entladevorganges.
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Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Entladevorrichtungen, erfindungsgemäßer Fahrzeuge und erfindungsgemäßer Verfahren beschrieben. Dabei werden in sämtlichen Figuren für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass deren Beschreibung ggf. nicht wiederholt wird.
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Die nachfolgenden Beispiele weisen eine Vielzahl von optionalen Merkmalen auf, die zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dienen können. Diese sind auch einzeln zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung geeignet bzw. auch in beliebiger Kombination mit einem, mehreren oder sämtlichen optionalen Weiterbildungen in denselben oder anderen Ausführungsbeispielen. Im Folgenden werden für einzelne optionale Merkmale, die auf diese Weise einzeln zur Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, einzelne Textabsätze vorgesehen.
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Es zeigen:
- 1 eine mobile Entladevorrichtung gemäß der Erfindung im Einsatz;
- 2 eine weitere mobile Entladevorrichtung gemäß der Erfindung im Einsatz;
- 3 ein Ablaufdiagramm für den Einsatz einer Entladevorrichtung gemäß 1 oder 2;
- 4 eine weitere mobile Entladevorrichtung gemäß der Erfindung im Einsatz;
- 5 eine weitere mobile Entladevorrichtung gemäß der Erfindung im Einsatz; und
- 6 ein Ablaufdiagramm für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Entladevorrichtung gemäß 4 oder 5.
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1 zeigt eine mobile Entladevorrichtung 1 im Einsatz zur Entladung einer Traktionsbatterie 11 in Form eines Batteriemoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen eines Fahrzeugs 10.
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Generell, wie auch in den folgenden Beispielen ist die erfindungsgemäße Entladevorrichtung 1 dadurch mobil, dass sie z.B.:
- a) derartig bzgl. Außenmaßen und Gewicht dimensioniert ist, dass sie leicht von einer oder mehreren Personen transportiert werden kann
oder
- b) auf einem Fahrzeug gelagert werden kann oder gelagert ist, beispielsweise in Form eines Einschubmoduls oder auch als Festeinbau.
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Das Fahrzeug 10 weist neben einem Batteriemodul 11 einen Elektromotor 15 und ein Bussystem 13 mit einem Anschluss 12 auf, der insbesondere als Leistungsanschluss ausgestaltet ist. Die Traktionsbatterie wird von einer Modultemperiervorrichtung 14, beispielsweise einer Kühlplatte, temperiert, insbesondere gekühlt.
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Die mobile Entladevorrichtung 1 weist eine Steuereinheit 2, eine Umwandlungsvorrichtung 3, eine Erdung 4, Diagnoseanschlüsse 5 und einen Leistungseingangsanschluss 6 auf. Die Umwandlungsvorrichtung 3 ist im vorliegenden Beispiel zur Entladung der Traktionsbatterie 11 des Fahrzeugs 10 über den Leistungseingangsanschluss 6 mit dem Leistungsanschluss 12 des Fahrzeugs 10 verbunden, der seinerseits mit dem Batteriemodul 11 des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Das Batteriemodul 11 dient dabei als Traktionsbatterie für das Fahrzeug 10. Über den Leistungsanschluss 12 und den Leistungseingangsanschluss 6 kann ein hoher Strom aus dem Batteriemodul 11 gezogen werden und in die Umwandlungsvorrichtung 3 eingespeist werden.
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In der Umwandlungsvorrichtung 3 ist ein elektrischer Widerstand, z.B. in Form einer Heizspirale, angeordnet, durch den der Strom, der durch den Leistungseingangsanschluss 6 fließt, geleitet wird. In diesem elektrischen Widerstand wird der Strom weitgehend in Wärme umgewandelt, die anschließend von dem elektrischen Widerstand beispielsweise an eine Kühlflüssigkeit in der Umwandlungsvorrichtung 3 abgegeben wird.
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Zur Steuerung der Entladung der Traktionsbatterie 11 ist die mobile Entladevorrichtung 1 weiterhin auch signaltechnisch mit dem Fahrzeug 10 verbunden, ebenfalls über den Anschluss 12. Über die Eingänge 5 kann die mobile Entladevorrichtung Informationen über den Zustand des Batteriemoduls 11 bzw. die an dem Batteriemodul 11 angeordnete fahrzeugseitige Modultemperiervorrichtung 14 abrufen. Weiterhin können Information über den elektrischen Motor 15 in dem Fahrzeug 10 oder auch über das Bussystem 13 in dem Fahrzeug 10 abgerufen werden. Diese abrufbaren Informationen enthalten Informationen über den Zustand des Fahrzeuges, z. B. Auslösung von Airbags, Aufzeichnung von Beschleunigungssensoren usw. als Unfallindikatoren, Zustand der Batterien, Kapazität der Batterien, Temperatur im Batteriekasten des Batteriemoduls, Kühlmitteltemperatur in der Modulkühlvorrichtung und generell Zustand des Kühlmittelkreislaufs in der Modulkühlvorrichtung, beispielsweise Druckverhältnisse als Indikatoren für Dichtigkeit.
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Der fahrzeugseitige Leistungsanschluss und der fahrzeugseitige Anschluss für den Anschluss der Diagnoseleitungen von dem Eingang 5 zum Fahrzeug 10 sind insgesamt in einem Entladestecker 12 gemeinsam angeordnet. Zusätzlich ist im Entladestecker 12 die Erdung 4 enthalten.
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Die mobile Entladevorrichtung 1 kann im vorliegenden Beispiel weiterhin mit einem Feuerwehrfahrzeug 20 verbunden werden, insbesondere zu einem Anschluß 22 zur Stromversorgung der mobilen Entladevorrichtung 1 aus dem Feuerwehrfahrzeug 20. Zum anderen mit einem Anschluss für eine Kühlmittelleitung 23, die ihrerseits innerhalb des Fahrzeugs 20 mit den dort befindlichen Motorkühlaggregaten verbunden ist und die Kühlflüssigkeit zur Umwandlungsvorrichtung 3 leiten kann, um die in der Umwandlungsvorrichtung 3 anfallende Wärme abzuleiten. Außerdem ist alternativ ein Anschluss der Umwandlungsvorrichtung 3 an jede andere Art von Kühlmediumsvorrat denkbar, beispielsweise an einen Hydranten oder ein externes Kühlaggregat. Die Entladevorrichtung aus 1 weist im vorliegenden Beispiel eine Breite von 44 cm, eine Höhe von 58 cm und eine Länge von 82 cm auf, so dass sie in den Standardeinschubschacht eines Feuerwehrfahrzeugs in Deutschland eingefügt werden kann. Zum Einbau in andere Fahrzeuge und/oder in anderen Ländern ist u.U. eine Anpassung der Dimensionen der Entladevorrichtung 1 an die jeweiligen Standardmaße erforderlich.
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Aufgrund dieser Dimensionen der Entladevorrichtung 1 ist diese mobil, d.h. kann leicht bewegt werden, entweder manuell oder nach Einbau in ein Fahrzeug.
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2 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen mobilen Entladevorrichtung 1 und eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges 20. Die mobile Entladevorrichtung 1 der 2 ist in gleicher Weise ausgebildet wie die mobile Entladevorrichtung 1 in 1. Sie ist weiterhin, gegebenenfalls über fahrzeugseitige Zwischenverbindungen in gleicher Weise mit dem Fahrzeug 10 verbindbar oder verbunden, wie in 1. Im Unterschied zu 1 ist es nun nicht erforderlich, externe Leitungen für Stromversorgung und Kühlmittelflüssigkeit zur Verfügung zu stellen für die Verbindung zwischen der mobilen Entladevorrichtung 1 und dem Fahrzeug 20. Vielmehr können hier fahrzeuginterne Steckverbindungen sowohl für die Versorgung der mobilen Entladevorrichtung 1 mit elektrischem Strom, als auch gegebenenfalls für eine Kühlung der mobilen Entladevorrichtung 1 über die Kühlanlage des Fahrzeugs 20 vorgesehen sein. Im Beispiel der 2 sind alle Komponenten der Entladevorrichtung in das Referenzfahrzeug (Feuerwehrfahrzeug oder Abschleppwagen) integriert, ohne dass man das Ensemble als eigenständige Box aus dem Referenzfahrzeug entnehmen kann.
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3 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Entladevorganges für die Traktionsbatterie 11 des Fahrzeugs 10 durch die mobile Entladevorrichtung 1 der 1 oder 2.
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Wenn beispielsweise ein Unfall oder eine Panne des Fahrzeugs 10 vorliegt (oder auch in jedem anderen Falle, beispielsweise im Falle eines geplanten Werkstattaufenthaltes des Fahrzeugs 10), wird als erstes die mobile Entladevorrichtung 1 (in der 3 „Notfallbox“ genannt) aktiviert. Hierzu wird sie sowohl mit Strom als auch mit Kühlflüssigkeit beispielsweise aus dem Fahrzeug 20 versorgt.
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Anschließend wird die mobile Entladevorrichtung 1 über die Anschlüsse 5 und 6 mit dem Fahrzeug 10 und dessen Entladestecker 12 und damit mit dessen Bussystem 13 verbunden.
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Anschließend wird geprüft, ob die mobile Entladevorrichtung 1 eine Verbindung mit dem Bussystem 13 herstellen konnte. Sollte keine Verbindung möglich sein, z. B. weil der fahrzeuginterne Anschluss 12 beschädigt ist, so kann die mobile Entladevorrichtung die Traktionsbatterie 11 vorerst nicht entladen.
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Es wird dann geprüft, ob das Fahrzeug 10 einen Notfallanschluß (in 1 und 2 nicht gezeigt) aufweist und versucht über diesen Notfallanschluß die Entladevorrichtung 1 mit dem Batteriemodul 11 funktionell zu verbinden. Gelingt dies, so wird mit dem Prozeß in 3 fortgefahren, wie wenn die Entladevorrichtung 1 über den Ladestecker 12 mit dem Fahrzeug 10 verbunden wäre. Gelingt jedoch auch über den Notfallanschluß keine Verbindung der Entladevorrichtung 1 mit dem Batteriemodul 11, so wird der Prozeß beendet.
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Ist also eine Verbindung des Batteriemoduls 11, insbesondere über den Ladestecker 12 und das Bussystem 13, mit der mobilen Entladevorrichtung 1 möglich, wird zunächst noch der Status der mobilen Entladevorrichtung 1 bestimmt. Falls der Zustand der mobilen Entladevorrichtung 1 nicht in Ordnung ist wird der Vorgang beendet.
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Ist jedoch eine Verbindung möglich und die mobile Entladevorrichtung 1 in Ordnung werden zuerst Parameter des Fahrzeugs 10 aus dem Fahrzeug 10 über den fahrzeugseitigen Anschluss 12 (oder den Notfallanschluss) und den Anschluss 5 in die mobile Entladevorrichtung 1 ausgelesen. Diese Parameter enthalten im vorliegenden Beispiel Werte mit Informationen über den Zustand des Fahrzeuges, z. B. Auslösung von Airbags, Aufzeichnung von Beschleunigungssensoren usw. als Unfallindikatoren, Zustand der Batterien, Kapazität der Batterien, Temperatur im Batteriekasten des Batteriemoduls, Kühlmitteltemperatur in der Modulkühlvorrichtung und generell Zustand des Kühlmittelkreislaufs in der Modulkühlvorrichtung, beispielsweise Druckverhältnisse als Indikatoren für Dichtigkeit.
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Weiterhin können über diese Verbindung diagnostische Maßnahmen am Fahrzeug 10 ergriffen werden, beispielsweise Sensoren innerhalb des Fahrzeugs 10 ausgelesen werden.
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Aus den so ermittelten Fahrzeug- und Diagnosedaten wird der Zustand des Fahrzeugs 10, insbesondere der Zustand des Batteriemoduls 11 ermittelt, beispielsweise Anzahl der Batteriezellen, Ladestatus der Batteriezellen, Temperatur der Batteriezellen und mögliche Beschädigungen, wie beispielsweise Kurzschlüsse und dergleichen innerhalb der Batteriezellen des Batteriemoduls 11.
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Sofern das Batteriemodul 11 als intakt erkannt wird, wird der Zustand der Modulkühlvorrichtung 14 des Fahrzeugs abgefragt. Sofern diese ebenfalls als intakt erkannt wird, wird das Batteriemodul 11 über die Steckverbindung 12 und den Eingang 6 durch die mobile Entladevorrichtung 1 mit einem zuvor festgelegten maximal zulässigen Endladestrom entladen. Dabei wird sowohl das Batteriemodul 11 über die fahrzeugseitige Kühlung 14 gekühlt und auch die Umwandlungsvorrichtung 3 der mobilen Entladevorrichtung 1, in der der elektrische Strom in Wärme umgewandelt wird, muss ihre Kühlung aktivieren. Dadurch, dass die Entladung des Batteriemoduls 11 mit einer maximalen Entladung durchgeführt wird, wird die Dauer der Entladung so gering gehalten wie möglich und dennoch das Fahrzeug hinreichend, insbesondere weitgehend oder vollständig, entladen.
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Während des Entladevorgangs und bis zum Abschluss des Entladevorgangs wird das Gesamtsystem (Fahrzeug 10, Batteriemodul 11, Kühleinheit 14, Entladevorrichtung 1 und optional auch Fahrzeug 20) überprüft. Wird der Systemstatus als fehlerhaft ermittelt, so wird zurück zu dem Schritt gegangen, in dem der Status der Entladevorrichtung bestimmt wird.
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Nach der Überprüfung des Gesamtsystems und sofern das System als in Ordnung erkannt wird, wird die Entladung so lange durchgeführt, bis das Batteriemodul hinreichend entladen ist. Wenn der Entladevorgang nicht als beendet erkannt wird, wird mit der periodischen Überprüfung des Gesamtsystems fortgefahren.
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Im Falle, dass der Zustand des Modulkühlsystems als nicht in Ordnung erkannt wird, beispielsweise wenn die Kühleinheit 14 beschädigt ist, wird mit einer zuvor festgelegten minimalen Entladeleistung das Entladen des Batteriemoduls begonnen. Dies dient dazu, dass trotz möglicherweise mangelhafter oder fehlender Kühlung durch die Kühlplatte 14 das Batteriemodul 11 nicht überhitzt oder noch weiter beschädigt wird. Während dieser minimalen Entladung wird ebenfalls das Gesamtsystem laufend überprüft und so lange mit der Entladung und der Überprüfung fortgefahren, bis der Entladevorgang beendet wird, d. h. bis die Traktionsbatterie 11 hinreichend, weitgehend oder vollständig entladen ist.
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Wird bei dem oben beschriebenen Schritt der Prüfung des Zustands des Batteriemoduls festgestellt, dass das Batteriemodul 11 nicht intakt ist, so kann dies beispielsweise andeuten, dass die Temperatur des Batteriemoduls zu hoch ist. In diesem Falle wird mit dem Schritt der Bestimmung des Zustands des Modulkühlsystems des Batteriemoduls 11 fortgefahren, wie oben beschrieben. Liegt jedoch ein anderes Problem des Batteriemoduls vor, wird das Batteriemodul sicherheitshalber geerdet und der gesamte Vorgang wird beendet.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen mobilen Entladevorrichtung 1, die ähnlich derjenigen in 1 aufgebaut ist. Zusätzlich zu der mobilen Entladevorrichtung 1 aus 1 weist diese mobile Entladevorrichtung 1 der 4 einen Kühlmittelbehälter 17 mit einer Kühlmittelumwälzpumpe auf. Im vorliegenden Falle ist nun die Umwandlungsvorrichtung 3 unmittelbar mit dem Kühlmittelbehälter und der Kühlmittelpumpe 17 verbunden und wird durch diese während der Entladung des Fahrzeugs 10 bzw. seiner Traktionsbatterie 11 gekühlt.
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In dem Beispiel der 4 erweist sich das Batteriemodul 11 als intakt und die Temperiervorrichtung 14 als beschädigt. Daher wird das Batteriemodul 11 mit einem maximalen Entladestrom entladen, während die Temperiervorrichtung über den Anschluss 7 mit einem im Kreislauf geführten Kühlmittel versorgt wird.
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In dem Beispiel der 5, das ähnlich dem Beispiel in 4 aufgebaut ist, erweisen sich sowohl das Batteriemodul 11 als auch die Temperiervorrichtung 14 als beschädigt. Letztere weist beispielsweise ein Leck auf. In diesem Falle erfolgt eine Notfallbefüllung des Batteriemoduls 11 mit Kühlflüssigkeit über einen Kühlmittelauslass 7 der Entladevorrichtung 1, ohne dass die Kühlflüssigkeit im Kreislauf zurück in die Entladevorrichtung geführt wird.
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Weiterhin weist das Fahrzeug einen Kühlmitteleinlass für die Temperiervorrichtung 18 und einen Kühlmitteleinlass 19 als Notfalleinlass des Batteriemoduls für Kühlmittel auf. Beide Einlässe 18 und 19 sind über eine Verbindungsleitung miteinander und mit der Ladebuchse verbunden. Zur Notfallbefüllung von Temperiervorrichtung 14 und/oder Batteriemodul 11 wird nun die Verbindungsleitung zwischen den Einlässen 18 und 19 mit dem Kühlmittelauslass 7 verbunden. So kann in jedem Falle gewährleistet werden, dass sowohl Temperiervorrichtung 14 als auch Batteriemodul 11 zuverlässig gekühlt werden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Entladung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung entsprechend 4 und 5. Die Entladung gemäß 6 erfolgt weitgehend gleich wie die Entladung gemäß 3.
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Im Unterschied zu 3 führt hier die Überprüfung des Modulkühlsystems 14, sofern das Modulkühlsystem 14 als nicht in Ordnung erkannt wird, nicht unmittelbar dazu, dass die Entladung des Batteriemoduls 11 mit einer minimalen Entladeleistung begonnen wird. Vielmehr wird die interne Kühlung 17, in 6 der mobilen Entladevorrichtung 1 betrieben und über den Kühlmittelauslaß 7 und den Kühlmitteleinlass 19 des Batteriemoduls 11 mit dem Batteriemodul 11 verbunden. Es wird nun kontinuierlich Kühlmittel direkt in das Batteriemodul 11 und/oder das Modulkühlsystem 14 eingespeist und so das Batteriemodul gekühlt. Kühlmittelverlust des Batteriemoduls 11 und/oder des Modulkühlsystems 14 wird durch ständige Nachspeisung von Kühlmittel aus der Kühlung 17 ausgeglichen. In diesem Falle wird dann die Entladung des Batteriemoduls 11 mit einem Entladestrom durchgeführt, der so hoch wie möglich ist jedoch zugleich bei laufender Notfallkühlung nicht zu einer Überhitzung des Batteriemoduls oder einzelner darin befindlicher Zellen führt.
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Hier wie zuvor können minimale und maximale Ströme bezüglich ihres Wertes jeweils vorab definiert werden. Sie hängen von der Ausgestaltung der mobilen Entladevorrichtung 1, der Traktionsbatterie 11 und dem Fahrzeug 20 ab.
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Stellt sich heraus, dass das Batteriemodul nicht in Ordnung ist, jedoch kein Temperaturproblem vorliegt, so wird die mobile Entladungsvorrichtung in einem ersten Schritt sicherheitshalber geerdet und anschließend eine Notfallbefüllung des Batteriemoduls 11 mit einem Kühlmittel durchgeführt. Diese Notfallbefüllung des Batteriemoduls 11 kann dazu dienen, einzelne beschädigte Batteriezellen vor einem Durchgehen zu bewahren und zugleich die dabei entstehende Wärme abzuführen. Dies verhindert, dass benachbarte Batteriezellen überhitzt werden und so ebenfalls beschädigt werden. Dies ermöglicht einen sicheren Transport des Fahrzeugs beispielsweise in eine Werkstatt, die dazu ausgestattet ist, derart beschädigte Batteriemodule zu verarbeiten.
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Dadurch, dass die mobile Entladevorrichtung 1 eine eigene Kühlung 17 mit Umwälzpumpe aufweist, kann diese auch unabhängig von einem Fahrzeug 20 betrieben werden.
