DE102013204522A1

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: DE102013204522A1
Application number: DE102013204522.0A
Authority: DE
Inventors: Holger Fink
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herbeiführung eines sicheren Zustands eines Batteriemoduls eines Fahrzeugs, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden oder die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung des Batteriemoduls verringert wird, wobei die Herbeiführung des sicheren Zustands in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, vollzogen wird.The invention is based on a method for establishing a safe state of a battery module of a vehicle, wherein the current state of the battery module is continuously tested and evaluated and the safe state of the battery module to be brought about is such a state in the effects of a defective battery module is reduced or the probability of damage to the battery module is reduced, wherein the achievement of the safe state in dependence on a characteristic which is indicative of a charging current of the battery module is completed.

Description

Translated fromGerman

Feld der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriemodulen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The present invention relates to a method and a device for increasing the safety in the use of battery modules according to the preamble of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitskonzepte für eigensichere Batteriemodule bekannt. Zum Stand der Technik gehören beispielsweise Schmelzsicherungen und Maßnahmen, die zu hohe Ströme und Spannungen im Bereich der Batteriemodule verhindern oder diesen entgegenwirken. Beispielsweise ist in derDE102011113798A1 eine modulare Batterie offenbart, bei der zur Vermeidung von in Zusammenhang mit der Batterie stehender Gefahren einzelne Serien- und Parallelschaltungen des Batteriemoduls an- und abgeschaltet werden können.Safety concepts for intrinsically safe battery modules are known from the prior art. The state of the art includes, for example, fuses and measures which prevent or counteract excessive currents and voltages in the region of the battery modules. For example, in the DE102011113798A1 discloses a modular battery in which to avoid battery-related dangers individual series and parallel circuits of the battery module can be switched on and off.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herbeiführung eines sicheren Zustands eines Batteriemoduls eines Fahrzeugs, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden und/oder die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung eines Batteriemoduls verringert wird.The invention is based on a method for establishing a safe state of a battery module of a vehicle, wherein the current state of the battery module is continuously tested and evaluated and the safe state of the battery module to be brought about is such a state in the effects of a defective battery module be reduced and / or the probability of damage to a battery module is reduced.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Herbeiführung des sicheren Zustands gemäß der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, vollzogen wird.The essence of the invention is that the achievement of the safe state according to the characterizing features of the independent claims in dependence on a characteristic which is indicative of a charging current of the battery module is completed.

Hintergrund der Erfindung ist die Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit Batteriemodulen und die Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Schädigung eines Batteriemoduls und/oder die Verminderung der Auswirkungen von schadhaften Batteriemodulen auf die Umgebung. Eine in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, vollzogene Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls führt zu einer Vermeidung von Lithium-Plating. Bei dem Lithium-Plating handelt es sich um eine Ablagerung von Lithium an der Anode einer Batterie. Diese Ablagerung von Lithium kann zu Kapazitätsverlusten, erhöhten Widerständen und Kurzschlüssen bei Ladevorgängen führen.The background of the invention is to increase the safety in handling battery modules and to reduce the likelihood of damaging a battery module and / or to reduce the impact of defective battery modules on the environment. A dependent on a characteristic that indicates a charging current of the battery module completed, bringing about the safe state of the battery module leads to a prevention of lithium plating. Lithium plating is a deposition of lithium at the anode of a battery. This deposition of lithium can result in capacity losses, increased resistance, and charging short circuits.

Erfindungsgemäß ist zudem eine Steuerung für ein eigensicheres Batteriemodul vorgesehen. Die Steuerung ist zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des Batteriemoduls geeignet, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden und/oder die Wahrscheinlichkeit der Schädigung eines Batteriemoduls verringert wird, wobei Mittel, zur Herbeiführung des sicheren Zustands, insbesondere in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, vorgesehen sind. Ferner ist erfindungsgemäß ein eigensicheres Batteriemodul vorgesehen, wobei das eigensichere Batteriemodul gesteuert werden kann. Mittels der Steuerung kann beispielsweise ein Strombypass zwischen den Terminals des eigensicheren Batteriemoduls geschaltet werden.According to the invention, a controller for an intrinsically safe battery module is also provided. The controller is suitable for establishing a safe state of the battery module, wherein the current state of the battery module is continuously checked and evaluated, and the safe state of the battery module to be created is such a state in which effects of a defective battery module are reduced and / or the likelihood of damage to a battery module is reduced, wherein means are provided for establishing the safe state, in particular as a function of a characteristic which suggests a charging current of the battery module. Further, an intrinsically safe battery module is provided according to the invention, wherein the intrinsically safe battery module can be controlled. By means of the controller, for example, a current bypass between the terminals of the intrinsically safe battery module can be switched.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

So wird vorzugsweise zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden und/oder die Wahrscheinlichkeit der Schädigung eines Batteriemoduls verringert wird, ein Strombypass zwischen den Terminals des Batteriemoduls geschaltet.Thus, in order to achieve the safe state of the battery module, in which the effects of a defective battery module are reduced and / or the likelihood of damage to a battery module is reduced, a current bypass between the terminals of the battery module is preferably switched.

Die erfindungsgemäße Schaltung eines Strombypass zwischen den Terminals des Batteriemoduls führt zu einer Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung und/oder zu einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit einer Schädigung eines Batteriemoduls.The inventive circuit of a current bypass between the terminals of the battery module leads to a reduction in the impact of a defective battery module on the environment and / or to reduce the likelihood of damage to a battery module.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird ein Vergleich der Kenngröße mit wenigstens einem Schwellenwert vollzogen und der sichere Zustand des Batteriemoduls herbeigeführt, wenn die Kenngröße den Schwellenwert erreicht und/oder überschreitet.In accordance with a further advantageous embodiment, a comparison of the parameter with at least one threshold value is performed and the safe state of the battery module is brought about when the parameter reaches and / or exceeds the threshold value.

Vorzugsweise wird dabei gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erste Schwellenwert in Abhängigkeit des Ladezustands des Batteriemoduls und/oder der Temperatur des Batteriemoduls und/oder des Alterungszustands des Batteriemoduls bestimmt.Preferably, according to a further advantageous embodiment, the first threshold value is determined as a function of the state of charge of the battery module and / or the temperature of the battery module and / or the aging state of the battery module.

Vorteilhaft wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, in Abhängigkeit einer Ladestromgröße und/oder auf Grundlage anderer Informationen, insbesondere Informationen aus Fahrzeuginformationssystemen, ermittelt.Advantageously, according to a further advantageous embodiment, the parameter that can be concluded that a charging current of the battery module, depending on a charging current and / or on the basis of other information, in particular Information from vehicle information systems, determined.

Mit der Realisierung eines eigensicheren Batteriemoduls können die Anforderungen an die Elektronik eines Batteriemanagementsystems diesbezüglich deutlich reduziert werden Die Reduktion der Anforderung an die Elektronik des Batteriemanagementsystems kann beispielsweise darin bestehen, dass nicht wie bisher mehrere verschiedene Parameter zur Bestimmung des Umstands ob Lithium-Plating eingetreten ist, berücksichtigt und überwacht werden müssen sondern nun eine Kenngröße die auf den Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt. Zusätzlich kann die Sicherheit insbesondere von Batteriesystemen mit hoher Speicherkapazität, wie sie z.B. bei Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, signifikant erhöht werden. Grund für die Erhöhung der Sicherheit von Batteriesystemen mit hoher Speicherkapazität ist, dass diese eine Wahrscheinlichkeit für Lithium-Plating aufweisen. Die Wahrscheinlichkeit für Lithium-Plating geht mit der Höhe der Speicherkapazität einher.With the realization of an intrinsically safe battery module, the requirements for the electronics of a battery management system can be significantly reduced in this respect. The reduction of the requirement for the electronics of the battery management system can consist, for example, in not having, as before, several different parameters for determining whether lithium plating has occurred. must be taken into account and monitored but now a parameter that can close the charge current of the battery module. In addition, the security may be particularly high-capacity battery systems, such as e.g. used in electric and hybrid vehicles are significantly increased. The reason for increasing the security of high storage battery systems is that they have a likelihood of lithium plating. The probability of lithium plating is associated with the amount of storage capacity.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Ladestromgröße mittels eines Ladestrom-Sensors, insbesondere eines Stromsensors, ermittelt. Durch die Verwendung insbesondere eines Stromsensors können Ladeströme zuverlässig und genau bestimmt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the charging current is determined by means of a charging current sensor, in particular a current sensor. By using in particular a current sensor charging currents can be reliably and accurately determined.

Vorteilhafterweise wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wenigstens der Ladestrom des Batteriemoduls oder der Ladezustand des Batteriemoduls oder der Grad der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls oder die Temperatur des Batteriemoduls oder der aktuelle Zustand des Batteriemoduls bezüglich seiner Sicherheit sensorisch ermittelt. Die Berücksichtigung weiterer Größen, wie beispielsweise die Berücksichtigung der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls, kann zur Prüfung, ob Lithium-Plating eingetreten ist, verwendet werden.Advantageously, according to a further embodiment of the invention, at least the charging current of the battery module or the state of charge of the battery module or the degree of mechanical integrity of the battery module or the temperature of the battery module or the current state of the battery module with respect to its safety sensory determined. Consideration of other quantities, such as the consideration of mechanical integrity of the battery module, may be used to test whether lithium plating has occurred.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul zur Bestimmung des aktuellen Zustands des Batteriemoduls mindestens ein Sensor zur Erfassung physikalischer Größen des Batteriemoduls vorgesehen ist.Furthermore, it is advantageous if at least one sensor for detecting physical variables of the battery module is provided for the intrinsically safe battery module for determining the current state of the battery module.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden und/oder die Wahrscheinlichkeit der Schädigung der Batteriemoduls verringert wird, unter Berücksichtigung wenigstens des Ladestroms des Batteriemoduls oder des Ladezustands des Batteriemoduls oder des Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls oder der Temperatur des Batteriemoduls oder des eingesetzten Chemiesystems des Batteriemoduls vollzogen.According to a further advantageous embodiment, the establishment of the safe state of the battery module, in which the effects of a defective battery module are reduced and / or the probability of damage to the battery module is reduced, taking into account at least the charging current of the battery module or the state of charge of the battery module or the degree mechanical integrity of the battery module or the temperature of the battery module or the used chemistry system of the battery module completed.

Die Berücksichtigung wenigstens einer der den Zustand des Batteriemoduls charakterisierenden Zustandsgröße oder des eingesetzten Chemiesystems ist für die Wahl der einzuleitenden Maßnahme von Vorteil: Wenigstens in Abhängigkeit des Zustands des Batteriemoduls oder des eingesetzten Chemiesystems, kann mit einer angemessenen Maßnahme reagiert werden. Falsche, die Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls gegebenenfalls verstärkende Maßnahmen werden genauso vermieden, wie gegebenenfalls übertriebene Maßnahmen.The consideration of at least one of the condition of the battery module characterizing state variable or the chemical system used is for the choice of the measure to be introduced advantage: At least depending on the state of the battery module or the chemical system used, can be responded with an appropriate measure. Incorrect measures to prevent the effects of a defective battery module, as well as any measures that may be exaggerated, will be avoided as well.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind für das eigensichere Batteriemodul Mittel zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls vorgesehen, die unter Berücksichtigung wenigstens eines sensorisch ermittelten Ladestroms des Batteriemoduls oder eines sensorisch ermittelten Ladezustands des Batteriemoduls oder eines sensorisch ermittelten Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls oder einer sensorisch ermittelten Temperatur des Batteriemoduls oder eines eingesetzten Chemiesystems des Batteriemoduls oder eines sensorisch ermittelten aktuellen Zustands des Batteriemoduls bezüglich seiner Sicherheit, Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung vermindern und/oder die Wahrscheinlichkeit der Schädigung eines Batteriemoduls verringern.According to a further advantageous embodiment, means for bringing about the safe state of the battery module are provided for the intrinsically safe battery module, taking into account at least one sensory charging current of the battery module or a sensory determined state of charge of the battery module or a sensory determined degree of mechanical integrity of the battery module or a sensor determined temperature of the battery module or a used chemistry system of the battery module or a sensory determined current state of the battery module with regard to its safety, reduce effects of a defective battery module on the environment and / or reduce the probability of damage to a battery module.

Darüber hinaus ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul Mittel zur Voraussage wenigstens des zeitlichen Verlaufs des Ladestroms des Batteriemoduls oder der Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls oder der entnehmbaren Ladung des Batteriemoduls vorgesehen sind.Moreover, according to a further advantageous embodiment, it is advantageous if means are provided for the intrinsically safe battery module for predicting at least the time profile of the charging current of the battery module or the capacity of the battery module or the removable charge of the battery module.

Die Verwendung von Informationen und/oder Daten, die den zeitlichen Verlauf von Ladestrom, Leistungsfähigkeit und Ladung des Batteriemoduls betreffen, nützt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wahl einer angemessenen Maßnahme zur Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls und/oder zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Schädigung eines Batteriemoduls.The use of information and / or data concerning the time course of charging current, performance and charging of the battery module, according to a further advantageous embodiment, makes the choice of an appropriate measure for reducing the effects of a defective battery module and / or for reducing the probability of damage a battery module.

Weiterhin ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls mindestens ein Aktor vorgesehen ist.Furthermore, it is according to a further advantageous embodiment advantageous if at least one actuator is provided for the intrinsically safe battery module for bringing about the safe state of the battery module.

Darüber hinaus ist es gemäß einer weiteren vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul Mittel vorgesehen sind, mit denen eine Aktorik zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, insbesondere eine Vorrichtung zum Legen eines Strombypass, angesteuert und bedient wird, wobei mit der Aktorik, in Abhängigkeit des Ladestroms des Batteriemoduls für den Fall, dass die Kenngröße den Schwellenwert erreicht und/oder überschreitet der Strombypass aktiviert wird.In addition, it is advantageous according to a further preferred embodiment of the invention, when means are provided for the intrinsically safe battery module with which an actuator for bringing about the safe state of the battery module, in particular a device for laying a current bypass, is controlled and operated, with the Aktorik, depending on the charging current of the battery module in the event that the characteristic reaches the threshold and / or exceeds the current bypass is activated.

Vorteilhafterweise wird wenigstens das oben beschriebene Verfahren oder die Vorrichtung oder die Steuerung oder ein eigensicheres Batteriemodul wenigstens in der Fahrzeugtechnik oder in der Energietechnik verwendet.Advantageously, at least the method or the device or the control described above or an intrinsically safe battery module is used at least in vehicle technology or in power engineering.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.In the following section, the invention will be explained with reference to embodiments, from which further inventive features may arise, but to which the invention is not limited in scope. The embodiments are shown in the drawings.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung eines eigensicheren Batteriemoduls; 1 a schematic representation of an intrinsically safe battery module;

2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch eigensicherer Batteriemodule in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt,
und 2 a schematic representation of the method for increasing the safety when using intrinsically safe battery modules as a function of a characteristic that indicates a charging current of the battery module,
and

3 ein grundsätzliches Schaltbild eines eigensicheren Batteriemoduls, das zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des Batteriemoduls in Abhängigkeit einer Kenngröße, die auf einen Ladestrom des Batteriemoduls schließen lässt, geeignet ist. 3 a basic circuit diagram of an intrinsically safe battery module, which is suitable for bringing about a safe state of the battery module as a function of a characteristic that suggests a charging current of the battery module.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In1 ist ein eigensicheres Batteriemodul EB schematisch dargestellt. Bei einem eigensicheren Batteriemodul EB wird der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet und es wird ein sicherer Zustand des Batteriemoduls herbeigeführt. Bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls handelt es sich um einen solchen Zustand, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden und/oder die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung eines Batteriemoduls verringert wird. Zu diesem Zweck verfügt das eigensichere Batteriemodul EB beispielsweise über ein geeignetes Sensor- und Aktorkonzept zur Realisierung der Eigensicherheit.In 1 an intrinsically safe battery module EB is shown schematically. In the case of an intrinsically safe battery module EB, the current state of the battery module is continuously checked and evaluated and a safe state of the battery module is brought about. The safe state of the battery module to be brought about is one in which the effects of a defective battery module are reduced and / or the likelihood of damage to a battery module is reduced. For this purpose, the intrinsically safe battery module EB has, for example, a suitable sensor and actuator concept for realizing intrinsic safety.

Das eigensichere Batteriemodul EB enthält mindestens ein Zellmodul Z, das mindestens eine Batteriezelle BZ enthält. Die mindestens eine Batteriezelle BZ setzt sich aus mechanischen Komponenten und wenigstens einer elektrochemischen Komponente zusammen. Die elektrochemische Komponente wird auch als Chemiesystem des eigensicheren Batteriemoduls EB bezeichnet. Beispielhaft handelt es sich bei der mindestens einen Batteriezelle BZ um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Vorzugsweise ist weiterhin eine Sensorik S enthalten, mit der zumindest die Spannung des eigensicheren Batteriemoduls EB oder der Strom, mit dem das eigensichere Batteriemoduls EB entladen oder beladen werden kann, oder die Temperatur des eigensicheren Batteriemoduls EB oder der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB ermittelt werden kann. Vorzugsweise ist ferner wenigstens eine Komponente BEP zur Batteriezustandserkennung oder zur Voraussage von Batteriezuständen des eigensicheren Batteriemoduls EB oder zur Erkennung oder zur Voraussage von Batteriezustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB enthalten.The intrinsically safe battery module EB contains at least one cell module Z, which contains at least one battery cell BZ. The at least one battery cell BZ is composed of mechanical components and at least one electrochemical component. The electrochemical component is also referred to as the chemistry system of the intrinsically safe battery module EB. By way of example, the at least one battery cell BZ is a lithium-ion battery cell. Preferably, furthermore, a sensor system S is included, with which at least the voltage of the intrinsically safe battery module EB or the current with which the intrinsically safe battery module EB can be discharged or charged or the temperature of the intrinsically safe battery module EB or the pressure in the interior of the intrinsically safe battery module EB is determined can be. Furthermore, at least one component BEP for battery state detection or for prediction of battery states of the intrinsically safe battery module EB or for the detection or prediction of battery state variables of the intrinsically safe battery module EB is preferably included.

Vorzugsweise ist ferner eine Aktorik A1 zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des eigensicheren Batteriemoduls EB enthalten; mit der Aktorik A1 kann vorzugsweise wenigstens ein nicht dargestellter Strombypass zwischen elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet oder eine Entladevorrichtung, insbesondere ein Discharge Device, im Bereich des eigensicheren Batteriemoduls EB zur Anwendung gebracht werden. Zum Zweck der Anwendung, wird die Entladevorrichtung mit den Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB elektrisch verbunden. Im Fall der Vermeidung des Lithium-Platings ist die Möglichkeit der Verwendung einer Entladevorrichtung nicht notwendig.Preferably, an actuator A1 is included for establishing a safe state of the intrinsically safe battery module EB; With the actuator system A1, preferably at least one current bypass, not shown, can be connected between electrical connections of the intrinsically safe battery module EB or a discharge device, in particular a discharge device, can be used in the area of the intrinsically safe battery module EB. For the purpose of the application, the discharger is electrically connected to the terminals of the intrinsically safe battery module EB. In the case of avoiding lithium-plating, the possibility of using a discharger is not necessary.

Wird der Strombypass zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet, kann zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB ein elektrischer Strom fließen, ohne dass dieser Strom durch die elektrochemische Komponente der mindestens einen Batteriezelle BZ des eigensicheren Batteriemoduls EB fließt. Der Strombypass kann auch zwischen den Anschlüssen der mindestens einen Batteriezelle BZ geschaltet werden.If the current bypass is connected between the electrical connections of the intrinsically safe battery module EB, an electric current can flow between the electrical connections of the intrinsically safe battery module EB without this current flowing through the electrochemical component of the at least one battery cell BZ of the intrinsically safe battery module EB. The current bypass can also be connected between the terminals of the at least one battery cell BZ.

Vorzugsweise ist ferner eine Aktorik A2 enthalten; mit der Aktorik A2 kann die Ausgangsspannung des eigensicheren Batteriemoduls EB zumindest gesteuert oder in ihrer Höhe variiert werden.Preferably, an actuator A2 is further included; With the actuator A2, the output voltage of the intrinsically safe battery module EB can at least be controlled or varied in height.

In2 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von eigensicheren Batteriemodulen EB schematisch dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt11 wird das Verfahren eingeleitet. In einem darauf folgenden Ladestromprüfungsschritt22 wird geprüft, ob die Kenngröße, die auf einen Ladestrom des eigensicheren Batteriemoduls EB schließen lässt, den Schwellenwert erreicht und/oder überschreitet.In 2 a method for increasing the safety when using intrinsically safe battery modules EB is shown schematically. In afirst process step 11 becomes the procedure initiated. In a subsequent charge current testing step 22 a check is made as to whether the parameter indicative of a charging current of the intrinsically safe battery module EB reaches and / or exceeds the threshold value.

Die Kenngröße wird auf Grundlage von Informationen aus Fahrzeugsicherheitssystemen und/oder in Abhängigkeit einer Ladestromgröße, insbesondere eine den Ladestrom des eigensicheren Batteriemoduls EB repräsentierende Ladungsgröße, ermittelt. Der Ladestrom kann in einem Bereich bis 300A oder bis 450A oder bis 600A oder bis 1000A liegen.The parameter is determined on the basis of information from vehicle safety systems and / or as a function of a charging current quantity, in particular a charge quantity representing the charging current of the intrinsically safe battery module EB. The charging current can be in a range up to 300A or up to 450A or up to 600A or up to 1000A.

Wenn die Kenngröße, die auf einen Ladestrom des eigensicheren Batteriemoduls EB schließen lässt, den Schwellenwert weder erreicht noch überschreitet, wird Ladestromprüfungsschritt22 wiederholt.If the characteristic indicative of a charge current of the intrinsically safe battery module EB does not reach or exceed the threshold, the charge current check step will be performed 22 repeated.

Erreicht und/oder überschreitet die Kenngröße den Schwellenwert hingegen, wird in Strombypassschritt33 ein Strombypass zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet, so das zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB ein elektrischer Strom fließen kann, ohne dass dieser Strom durch die elektrochemische Komponente der mindestens einen Batteriezelle BZ des eigensicheren Batteriemoduls EB fließt.If, however, the parameter reaches and / or exceeds the threshold, it will be in the current bypass step 33 a current bypass between the electrical terminals of the intrinsically safe battery module EB connected, so that between the electrical terminals of the intrinsically safe battery module EB can flow an electrical current without this current flows through the electrochemical component of the at least one battery cell BZ of the intrinsically safe battery module EB.

Das Verfahren wird dann anschließend in Abschlussschritt44 abgeschlossen.The procedure is then subsequently completed 44 completed.

Sämtliche in den oben beschriebenen Verfahrensschritten aufgeführte Zustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB werden beispielsweise mit Hilfe der Sensorik S ermittelt. Die Prüfung und Bewertung der Zustandsgrößen wird dabei vorzugsweise durch die Komponente BEP zur Batteriezustandserkennung durchgeführt. Die in den Verfahrensschritten durchgeführten aktorischen Vorgänge werden beispielsweise mittels Aktoren A1, A2 vorgenommen.All state variables of the intrinsically safe battery module EB listed in the method steps described above are determined, for example, with the aid of the sensor system S. The examination and evaluation of the state variables is preferably carried out by the component BEP for battery state detection. The actuator operations performed in the method steps are performed, for example, by means of actuators A1, A2.

Alternativ zu der Sensorik S, die Teil des eigensicheren Batteriemoduls EB ist, können weitere, außerhalb des eigensicheren Batteriemoduls EB bestehende Sensoren zur Ermittlung von Zustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB verwendet werden. Beispielsweise kann es sich dabei um Sensoren handeln, die zur Ausstattung eines Fahrzeugs gehören, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verwendet wird. Beispielhaft kann es sich dabei um Sensoren zur Bestimmung elektrischer Größen – wie Strom oder Spannung – oder zur Bestimmung von Temperatur im Inneren des Fahrzeugs, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verwendet wird, oder Druck handeln. Bei den Sensoren zur Bestimmung von Temperatur im Inneren des Fahrzeugs, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verwendet wird, handelt es sich beispielsweise um Sensoren des Klimageräts des Fahrzeugs, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verwendet wird, und/oder um Sensoren zur Bestimmung der Außentemperatur des Fahrzeugs, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verwendet wird.As an alternative to the sensor system S, which is part of the intrinsically safe battery module EB, further sensors existing outside the intrinsically safe battery module EB can be used to determine state variables of the intrinsically safe battery module EB. For example, these may be sensors that belong to the equipment of a vehicle in which the intrinsically safe battery module EB is used. By way of example, these may be sensors for determining electrical variables-such as current or voltage-or for determining the temperature inside the vehicle in which the intrinsically safe battery module EB is used, or pressure. The sensors for determining the temperature inside the vehicle in which the intrinsically safe battery module EB is used are, for example, sensors of the air conditioning device of the vehicle in which the intrinsically safe battery module EB is used, and / or sensors for determining the outside temperature of the vehicle in which the intrinsically safe battery module EB is used.

Die Verwendung eines eigensicheren Batteriemoduls EB ist in der Fahrzeugtechnik und auch in der Energietechnik möglich.The use of an intrinsically safe battery module EB is possible in vehicle technology and also in power engineering.

In3 ist ein grundsätzliches Schaltbild eines eigensicheren Batteriemoduls EB dargestellt. Im grundsätzlichen Schaltbild ist ein Zellmodul Z, eine Zellüberwachungselektronik CSC und eine Modulüberwachungselektronik MSC dargestellt.In 3 a basic circuit diagram of an intrinsically safe battery module EB is shown. The basic circuit diagram shows a cell module Z, a cell monitoring electronics CSC and a module monitoring electronics MSC.

Das Zellmodul Z enthält mindestens eine Batteriezelle BZ. Beispielhaft handelt es sich bei der mindestens einen Batteriezelle BZ um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.The cell module Z contains at least one battery cell BZ. By way of example, the at least one battery cell BZ is a lithium-ion battery cell.

Die Zellüberwachungselektronik CSC enthält die in der Beschreibung zu3 genannte Sensorik S zur Erfassung eines Zustands der mindestens einen Batteriezelle BZ. Die Zellüberwachungselektronik CSC dient der Überwachung der mindestens einen Batteriezelle BZ innerhalb des Zellmoduls Z.The cell monitoring electronics CSC contains the in the description too 3 said sensor S for detecting a state of the at least one battery cell BZ. The cell monitoring electronics CSC serves to monitor the at least one battery cell BZ within the cell module Z.

Die Modulüberwachungselektronik MSC kommuniziert mit der Zellüberwachungselektronik CSC. Die Kommunikation zwischen Zellüberwachungselektronik CSC und Modulüberwachungselektronik MSC kann drahtlos oder drahtgebunden über eine Kommunikationsleitung KL erfolgen. Im Rahmen der Kommunikation zwischen der Modulüberwachungselektronik MSC und der Zellüberwachungselektronik CSC werden Daten über mindestens eine Batteriezelle BZ übertragen. Ferner verfügt die Modulüberwachungselektronik MSC über die Sensorik S zur Überwachung des Zellmoduls Z.The module monitoring electronics MSC communicates with the cell monitoring electronics CSC. The communication between cell monitoring electronics CSC and module monitoring electronics MSC can be wireless or wired via a communication line KL. As part of the communication between the module monitoring electronics MSC and the cell monitoring electronics CSC data is transmitted via at least one battery cell BZ. Furthermore, the module monitoring electronics MSC has the sensors S for monitoring the cell module Z.

In Abhängigkeit des Zustand der mindestens einen Batteriezelle BZ oder des Zellmoduls Z kann die Modulüberwachungselektronik MSC agieren. Die Modulüberwachungselektronik MSC enthält zu diesem Zweck wenigstens zwei ein- und ausschaltbare Halbleiterventile HV1 und HV2 und zwei Dioden D1 und D2. Je ein ausschaltbares Halbleiterventil und eine Diode bilden eine Halbbrückenanordnung. Eine obere Halbbrückenanordnung wird in der Zeichnung mit H_o, eine untere Halbbrückenanordnung mit H_u bezeichnet. Die obere Halbbrückenanordnung und die untere Halbbrückenanordnung bilden einen steuerbaren Leistungsschalter L.Depending on the state of the at least one battery cell BZ or of the cell module Z, the module monitoring electronics MSC can act. For this purpose, the module monitoring electronics MSC contains at least two semiconductor valves HV1 and HV2 which can be switched on and off and two diodes D1 and D2. Depending on a turn-off semiconductor valve and a diode form a half-bridge arrangement. An upper half-bridge arrangement is referred to in the drawing with H_o , a lower half-bridge arrangement with H_u . The upper half-bridge arrangement and the lower half-bridge arrangement form a controllable power switch L.

Im Normalfall, beispielsweise dem regulären Betriebszustand eines eigensicheren Batteriemoduls EB, insbesondere, wenn die Pole des eigensicheren Batteriemoduls EB zur Aufnahme oder zur Abgabe elektrischer Energie angeschlossen sind, ist die obere Halbbrückenanordnung H_o eingeschaltet, die untere Halbbrückenanordnung H_u ist ausgeschaltet. In diesem Zustand führt die Zellüberwachungselektronik CSC einen Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei Batteriezellen BZ durch.Normally, for example, the regular operating state of an intrinsically safe battery module EB, in particular, when the poles of the intrinsically safe battery module EB are connected for receiving or delivering electrical energy, the upper half-bridge arrangement H_{o is} turned on, the lower half-bridge arrangement H_u is turned off. In this state, the cell monitoring electronics CSC carries out a charge equalization between at least two battery cells BZ.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H_o aus- und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Dadurch wird eine weitere Aufladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens der Batteriezelle BZ verhindert und dadurch die Überladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens der Batteriezelle BZ gestoppt.If the module monitoring electronics MSC detects impending overcharging of at least the cell module Z or at least one battery cell BZ, the upper half-bridge arrangement H_{o is switched} off and the lower half-bridge arrangement H_{u is} switched on. This prevents further charging of at least the cell module Z or at least the battery cell BZ and thereby stops the overcharge of at least the cell module Z or at least the battery cell BZ.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Tiefentladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H_o aus- und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt, fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H_u; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden dabei nicht weiter entladen.If the module monitoring electronics MSC detects an impending deep discharge of at least the cell module Z or at least one battery cell BZ, the upper half-bridge arrangement H_{o is switched} off and the lower half-bridge arrangement H_{u is} switched on. The current flowing through the cell module Z then flows through the lower half-bridge arrangement H_u ; at least the cell module Z or at least the battery cell BZ are not discharged further.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überlastung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, beispielsweise bei zu hohen Ladeströmen, wird die obere Halbbrückenanordnung H_o aus- und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt, fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H_u; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden nicht mit unzulässig hohen Entladeströmen belastet.If the module monitoring electronics MSC detects impending overloading of at least the cell module Z or at least one battery cell BZ, for example if the charging currents are too high, the upper half-bridge arrangement H_{o is switched} off and the lower half-bridge arrangement H_{u is} switched on. The current flowing through the cell module Z then flows through the lower half-bridge arrangement H_u ; at least the cell module Z or at least the battery cell BZ are not loaded with unacceptably high discharge currents.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überlastung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ durch zu hohe Ladeströme, beispielsweise bei sehr tiefen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen unterhalb von 0° Celsius, einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H_o aus- und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt, fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H_u; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden nicht mit unzulässig hohen Ladeströmen bei tiefen Temperaturen belastet. Hintergrund der Vermeidung unzulässig hoher Ladeströme bei tiefen Temperaturen ist die Vermeidung von Lithium-Plating.If the module monitoring electronics MSC detects an imminent overload of at least the cell module Z or at least one battery cell BZ due to excessive charging currents, for example at very low temperatures, for example at temperatures below 0 ° Celsius, a battery cell BZ, the upper half-bridge arrangement H_o off and lower half-bridge arrangement H_u turned on. The current flowing through the cell module Z then flows through the lower half-bridge arrangement H_u ; at least the cell module Z or at least the battery cell BZ are not loaded with unacceptably high charging currents at low temperatures. The avoidance of unacceptably high charging currents at low temperatures is the avoidance of lithium plating.

Wird der Modulüberwachungselektronik MSC durch die Sensorik S mitgeteilt, dass ein irregulärer Betriebszustand des eigensicheren Batteriemoduls EB, insbesondere ein Feinschluss im Bereich des eigensicheren Batteriemoduls EB vorliegt, kann das Modul über eine der Halbbrücken H_o, H_u entladen werden. Zu diesem Zweck wird die obere Halbbrückenanordnung H_o als steuerbarer Widerstand betrieben und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Das Zellmodul Z gibt an seinen Anschlüssen dann keine Spannung ab und wird trotzdem langsam entladen. Die Zeitdauer des Entladevorgangs reicht beispielsweise von einigen Stunden bis zu wenigen Tagen.If the module monitoring electronics MSC is informed by the sensor system S that there is an irregular operating state of the intrinsically safe battery module EB, in particular a fine closure in the region of the intrinsically safe battery module EB, the module can be discharged via one of the half bridges H₀ , H_u . For this purpose, the upper half-bridge arrangement H_{o is operated} as a controllable resistor and the lower half-bridge arrangement H_{u is} switched on. The cell module Z then outputs no voltage at its terminals and is nevertheless slowly discharged. The duration of the discharge, for example, ranges from a few hours to a few days.

Für den Fall, dass die Pole des eigensicheren Batteriemoduls EB weder zur Aufnahme noch zur Abgabe elektrischer Energie angeschlossen sind, wird mittels der Modulüberwachungselektronik MSC die obere Halbbrückenanordnung H_o aus- und die untere Halbbrückenanordnung H_u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt, fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H_u.In the event that the poles of the intrinsically safe battery module EB are connected neither for receiving nor for the delivery of electrical energy, the upper half-bridge arrangement H_{o is switched} off and the lower half-bridge arrangement H_{u is} switched on by means of the module monitoring electronics MSC. The current flowing through the cell module Z then flows through the lower half-bridge arrangement H_u .

Neben der in3 dargestellten Überwachung der Batteriezellen mittels einer Zellüberwachungselektronik ist eine batteriezelleneigene Überwachung durch je eine, einer der mindestens einen Batteriezelle BZ zugeordnete, Zellüberwachungselektronik CSC möglich. Dazu wird jeder Batteriezelle BZ eine eigene Unter-Zellüberwachungselektronik zugeordnet. Diese Unter-Zellüberwachungselektroniken kommunizieren mit einer Haupt-Zellüberwachungselektronik. Die Haupt-Zellüberwachungselektronik kommuniziert mit der Modulüberwachungselektronik MSC, die, unter anderem in Abhängigkeit von der der Haupt-Zellüberwachungselektronik kommunizierten Information, agiert.In addition to the in 3 shown monitoring of the battery cells by means of cell monitoring electronics is a battery cell's own monitoring by one, one of the at least one battery cell BZ associated cell monitoring electronics CSC possible. For this purpose, each battery cell BZ is assigned its own sub-cell monitoring electronics. These sub cell monitoring electronics communicate with a main cell monitoring electronics. The main cell monitoring electronics communicate with the module monitoring electronics MSC, which, inter alia, acts as a function of the information communicated to the main cell monitoring electronics.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011113798 A1[0002]DE 102011113798 A1[0002]