DE102010043523A1

DE102010043523A1 - Battery e.g. lithium ion battery for telecommunication device e.g. mobile telephone, has direct current static converter and current limiting element that are connected with lithium ion battery cells

Info

Publication number: DE102010043523A1
Application number: DE102010043523A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Böden
Original assignee: POWER INNOVATION STROMVERSORGUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: POWER INNOVATION STROMVERSORGUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2012-05-10

Abstract

The battery (1) has direct current static converter (10) that is connected with lithium ion battery cells (4). The current limiting element (12) is connected with the battery cells so as to limit the current flowing from the battery cells. A detection portion is set to detect the temperature of the battery cells. An independent claim is included for telecommunication device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie.The present invention relates to a battery.

Der Begriff „Batterie” bezeichnet ursprünglich eine Zusammenschaltung (zumeist die Reihenschaltung) mehrerer als Energiequelle genutzter galvanischer Zellen. Es ist in der Alltagssprache üblich geworden, auch eine einzelne Zelle als Batterie zu bezeichnen. Dabei ist eine galvanische Zelle ein elektrochemischer Energiespeicher und ein Energiewandler. Bei der Entladung wird gespeicherte chemische Energie durch die elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie umgewandelt.The term "battery" originally meant an interconnection (usually the series connection) of several used as an energy source galvanic cells. It has become commonplace in everyday language to refer to a single cell as a battery. In this case, a galvanic cell is an electrochemical energy store and an energy converter. During discharge, stored chemical energy is converted into electrical energy by the electrochemical redox reaction.

Primärzellen können nur einmal entladen und nicht wieder aufgeladen werden. Dagegen können wiederaufladbare Sekundärbatterien (Akkumulatoren) wieder weitgehend in den Ladezustand ähnlich dem Neuzustand gebracht werden, so dass eine mehrfache Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und zurück möglich ist.Primary cells can only be discharged once and not recharged. On the other hand, rechargeable secondary batteries (accumulators) can be largely restored to the state of charge similar to the new state, so that multiple conversion from chemical to electrical energy and back is possible.

Im Folgenden wird der Begriff „Batteriezelle” für eine einzelne galvanische Zelle verwendet. Mehrere Batteriezellen werden dabei in einer Batterie” zusammengefasst, wobei der Begriff „Batterie” im Sinne einer Sekundärbatterie, d. h. als wiederaufladbarer Akkumulator, verwendet wird.In the following, the term "battery cell" is used for a single galvanic cell. Several battery cells are combined in a battery, the term "battery" in the sense of a secondary battery, d. H. is used as a rechargeable battery.

Dabei können die einzelnen Batteriezellen seriell, d. h. in Reihe hintereinander, geschaltet in einer Batterie angeordnet werden, um die Ausgangsspannung der Batterie zu erhöhen. Werden mehrere Batteriezellen parallel, d. h. nebeneinander, geschaltet angeordnet, so wird hierdurch die Kapazität und der Ausgangsstrom der Batterie erhöht.In this case, the individual battery cells serially, d. H. arranged in series in series, connected in a battery to increase the output voltage of the battery. If several battery cells in parallel, d. H. arranged side by side, switched, so this increases the capacity and the output current of the battery.

Als galvanische Zellen für Batterien im Sinne von Akkumulatoren werden heutzutage beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Die Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte aus, sind thermisch stabil und unterliegen keinem Memory-Effekt, d. h. einer Verringerung der nutzbaren Kapazität des Akkumulators aufgrund der Energieentnahme vorheriger Entladevorgänge.As galvanic cells for batteries in the sense of accumulators nowadays, for example, lithium-ion batteries are used. The lithium-ion batteries are characterized by their high energy density, are thermally stable and are not subject to memory effect, d. H. a reduction in the usable capacity of the accumulator due to the energy extraction of previous discharges.

Nachteilig ist bei Batterien, dass ihre Kapazität, ihr Ausgangstrom und ihre Ausgangsspannung durch die Art ihrer Batteriezellen und deren Anordnung, d. h. Serien- oder Parallelschaltung, festgelegt sind. Ferner ist eine Batterie an eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle anzuschließen, um die Batteriezellen wieder aufzuladen.A disadvantage of batteries that their capacity, their output current and their output voltage by the nature of their battery cells and their arrangement, d. H. Series or parallel, are defined. Further, a battery is to be connected to a power source or a power source to recharge the battery cells.

Nachteilig ist ferner, dass bei der Parallelschaltung mehrerer Batteriezellen zu einer Batterie im Falle eines Kurzschlusses einer einzelnen Batteriezelle die gesamte Batterie kurzgeschlossen wird. Fällt somit eine einzelne Batteriezelle aus, wird die gesamte Batterie unbrauchbar. Ferner können sich die Ladungen der übrigen Batteriezellen über den Kurzschluss entladen, wodurch kurzzeitig ein hoher Strom in der Batterie fließen kann. Ein solcher Kurzschluss einer einzelnen Batteriezelle kann z. B. durch Alterungs- und Verschleißerscheinungen der Batteriezelle hervorgerufen werden. Auch können äußere Einflüsse wie z. B. Beschädigungen, Hitze, Kälte oder unzulässig hohe Ladeströme zu einem Kurzschluss einer einzelnen Batteriezelle führen.A further disadvantage is that in the case of a parallel connection of a plurality of battery cells to a battery in the event of a short circuit of a single battery cell, the entire battery is short-circuited. If a single battery cell fails, the entire battery becomes unusable. Furthermore, the charges of the remaining battery cells can discharge via the short circuit, which can temporarily cause a high current to flow in the battery. Such a short circuit of a single battery cell can, for. B. caused by aging and deterioration of the battery cell. Also, external influences such. As damage, heat, cold or unacceptably high charging currents lead to a short circuit of a single battery cell.

Nachteilig ist bei Batterien ferner, dass sie nicht parallel geschaltet werden können, falls ihre Ladezustände, d. h. die jeweils in der Batterie gespeicherte Ladung, nicht identisch ist, da sich im Falle unterschiedlicher Ladezustände bei der Parallelschaltung die Ladezustände aneinander angleichen würden, d. h. kurzzeitig ein hoher Strom zwischen den Batterien fließen würde, der die Verbindungsleitungen zwischen den Batterien und die Batteriezellen beschädigen könnte. Ferner besteht Gefahr für die Personen, die diese Verbindung ausführen. Auch würde sich bei einem Kurzschluss in einer Batterie dieser Kurzschluss auf alle parallel geschalteten Batterien auswirken und hierdurch seine Wirkung entsprechend verstärken.Another disadvantage of batteries is that they can not be connected in parallel, if their charge states, d. H. each stored in the battery charge, is not identical, since in the case of different states of charge in the parallel connection, the charge states would be equal to each other, d. H. momentarily a high current would flow between the batteries, which could damage the connecting lines between the batteries and the battery cells. Furthermore, there is a danger to the persons who perform this connection. Even with a short circuit in a battery, this short-circuit would affect all parallel-connected batteries and thereby increase its effect accordingly.

Aufgabe der vorliegenden. Erfindung ist es daher, die Einsatzmöglichkeiten von Batterien, nämlich Sekundärbatterien, d. h. Akkumulatoren, zu verbessern. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.Task of the present. The invention is therefore, the uses of batteries, namely secondary batteries, d. H. Accumulators, to improve. At least an alternative solution should be proposed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Batterie nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.According to the invention the object is achieved by a battery according to claim 1. Advantageous developments are described in the subclaims.

Somit wird eine Batterie vorgesehen, die wenigstens einen Speicher elektrischer Energie und einen Gleichspannungswandler aufweist, der mit dem Speicher elektrischer Energie verbunden ist.Thus, a battery is provided which has at least one storage of electrical energy and a DC-DC converter connected to the storage of electrical energy.

Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Batterie, dass das Ladegerät der Batteriezelle bzw. Batteriezellen in die Batterie in Form eines Gleichspannungswandlers bereits integriert ist. Dieser ist zwischen den Anschlussklemmen der Batterie und der Batteriezelle bzw. den Batteriezellen angeordnet. Der Gleichspannungswandler kann zum Aufladen der Batterie an eine Gleichspannungsversorgung angeschlossen werden, um aus dieser Leistung zu entnehmen und in der Batteriezelle bzw. den Batteriezellen zu speichern. Dabei kann die Laderegelung durch die erfindungsgemäße Batterie, z. B. durch ein Batterie-Management-System (BMS), erfolgen, wodurch auch Leistung aus einer Gleichspannungsquelle mit schwankender Gleichspannung z. B. im Bereich von 50 V bis 80 V wie z. B. von einem ungeregelten Transformator oder einer Windenergieanlage oder Photovoltaikanlage aufgenommen werden kann. Somit wird für das Laden der erfindungsgemäßen Batterie kein externes Ladegerät zum Laden benötigt, welches speziell auf die Ladespannung der Batterie abgestimmt sein muss. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Batterie flexibler eingesetzt werden, der Geräteaufwand zum Laden der Batterie wird verringert und die Kosten eines zusätzlichen Ladegerätes entfallen.It is advantageous in the battery according to the invention that the charger of the battery cell or battery cells is already integrated into the battery in the form of a DC-DC converter. This is arranged between the terminals of the battery and the battery cell or the battery cells. The DC-DC converter can be connected to a DC voltage supply for charging the battery in order to extract from this power and to store it in the battery cell (s). In this case, the charge control by the battery according to the invention, for. B. by a battery management system (BMS), done, which also power from a DC voltage source with fluctuating DC voltage z. B. in the range of 50 V to 80 V such. From one unregulated transformer or a wind turbine or photovoltaic system can be included. Thus, for charging the battery according to the invention no external charger is required for charging, which must be specially tailored to the charging voltage of the battery. As a result, the battery according to the invention can be used more flexibly, the expenditure on equipment for charging the battery is reduced and the cost of an additional charger is eliminated.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Gleichspannungswandler dazu vorbereitet, eine erste Gleichspannung oder eine zweite Gleichspannung an einem ersten Kontaktpaar der Batterie bereitzustellen. Auf diese Weise können mit der erfindungsgemäßen Batterie an denselben Kontakten verschiedene Ausgangsspannungen, z. B. 48 V und 60 V, bereitgestellt werden. Hierdurch ist die Batterie flexibler einsetzbar. So kann die Batterie z. B. in einem 48 V-Netz betrieben, von diesem entfernt, die Ausgangsspannung auf z. B. 60 V umgestellt und die Batterie in einem 60 V-Netz weiterbetrieben werden. So kann auf sich verändernde Anforderungen an die Batterie reagiert werden und die Batterie länger verwendet werden, wodurch Kosten reduziert werden. Auch kann auf Ausfälle von Batterien schneller reagiert werden, indem eine erfindungsgemäße Batterie vorgehalten und je nach Einsatz bzgl. ihrer Ausgangsspannung eingestellt wird. Auch werden die Herstellungskosten reduziert, da die erfindungsgemäße Batterie in größeren Stückzahlen und damit kostengünstiger hergestellt werden und je nach Einsatz auf die entsprechende Ausgangsspannung eingestellt werden kann.According to one aspect of the invention, the DC-DC converter is prepared to provide a first DC voltage or a second DC voltage at a first contact pair of the battery. In this way, different output voltages, for. B. 48 V and 60 V can be provided. As a result, the battery is more flexible. So the battery z. B. operated in a 48 V network, away from this, the output voltage to z. As converted 60 V and the battery in a 60 V network continue to operate. This allows you to respond to changing battery requirements and prolong battery life, reducing costs. It is also possible to react faster to failures of batteries by holding a battery according to the invention and, depending on the application, adjusting its output voltage. The production costs are also reduced because the battery according to the invention can be produced in larger quantities and therefore more cost-effectively and can be adjusted to the corresponding output voltage depending on the application.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Gleichspannungswandler dazu vorbereitet, eine Spannung mit einem Spannungswert, der nicht dem Spannungswert des Speichers elektrischer Energie entspricht, in einen Spannungswert zu wandeln, mit der der Speicher elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Batterie flexibel eingesetzt werden, da die Ladespannung, d. h. die äußere Spannung zum Laden der Batterie, nicht der Spannung entsprechen muss, die über die Batteriezellen anliegt. So kann auch auf einen externen Gleichspannungswandler verzichtet werden, der für die Wandlung der Spannungen erforderlich wäre, da diese Gleichspannungswandlung von dem internen Gleichspannungswandler der erfindungsgemäßen Batterie übernommen werden kann. Auch kann der Gleichspannungswandler der erfindungsgemäßen Batterie auf verschiedene Gleichspannungswerte eingestellt werden, so dass die Batteriezellen z. B. mit Spannungswerten zwischen z. B. 54 V und 80 V aufgeladen werden können.According to a further aspect of the invention, the DC-DC converter is prepared to convert a voltage having a voltage value which does not correspond to the voltage value of the storage of electrical energy into a voltage value with which the storage of electrical energy can be charged. As a result, the battery according to the invention can be used flexibly, since the charging voltage, d. H. the external voltage for charging the battery need not correspond to the voltage applied across the battery cells. So can be dispensed with an external DC-DC converter, which would be required for the conversion of the voltages, since this DC voltage conversion can be taken over by the internal DC-DC converter of the battery according to the invention. Also, the DC-DC converter of the battery according to the invention can be set to different DC voltage values, so that the battery cells z. B. with voltage values between z. B. 54 V and 80 V can be charged.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Gleichspannungswandler dazu vorbereitet, eine Spannung mit einem sich verändernden Spannungswert in einen Spannungswert zu wandeln, mit der der Speicher elektrischer Energie aufgeladen werden kann. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Batterie zum Aufladen direkt an Spannungsquellen mit sich verändernden Spannungswerten angeschlossen werden. Dies können z. B. Photovoltaikanlagen sein, die je nach Intensität der Sonneneinstrahlung schwankende Ausgangsspannungen liefern. Diese müssen herkömmlich durch einen externen Gleichspannungswandler auf die Ladespannung der Batteriezellen gewandelt werden, wobei sich die Spannungswandlung kontinuierlich der Spannungserzeugung der Photovoltaikanlage anpassen muss. Diese Wandlung und kontinuierliche Anpassung wird erfindungsgemäß durch den Gleichspannungswandler der Batterie selbst übernommen. Somit ist die erfindungsgemäße Batterie z. B. über Spannungen von 54 bis 80 V aufladbar. Auch ist ein MPP Tracking (Regelung des Verhältnisses von Strom und Spannung einer Photovoltaikanlage auf den Maximum Power Point, an dem die größte Leistung entnommen werden kann) integrierbar.According to one aspect of the invention, the DC-DC converter is prepared to convert a voltage having a varying voltage value into a voltage value with which the storage of electrical energy can be charged. As a result, the battery according to the invention for charging can be connected directly to voltage sources with changing voltage values. This can z. B. photovoltaic systems, which provide fluctuating output voltages depending on the intensity of solar radiation. These must conventionally be converted by an external DC-DC converter to the charging voltage of the battery cells, wherein the voltage conversion must continuously adapt to the voltage generation of the photovoltaic system. This conversion and continuous adaptation is inventively taken over by the DC-DC converter of the battery itself. Thus, the battery of the invention z. B. over voltages of 54 to 80 V rechargeable. Also, an MPP tracking (regulation of the ratio of current and voltage of a photovoltaic system to the maximum power point at which the largest power can be taken) can be integrated.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Batterie ferner einen Strommesser auf, der dazu vorbereitet ist, den von dem Speicher elektrischer Energie abfließenden oder zu dem Speicher elektrischer Energie hinfließenden Strom zu erfassen. Hierdurch kann der fließende Strom zur Steuerung des Gleichspannungswandlers sowie weiterer Steuerungsaufgaben verwendet werden.According to a further aspect of the invention, the battery further comprises an ammeter prepared to detect the current drained from the storage of electrical energy or flowing to the storage of electrical energy. As a result, the flowing current can be used to control the DC-DC converter and other control tasks.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Batterie ferner wenigstens ein Strombegrenzungsmittel auf, die mit dem Speicher elektrischer Energie verbunden und dazu vorbereitet ist, den Strom zu begrenzen, der von dem Speicher elektrischer Energie abfließt oder zu dem Speicher elektrischer Energie hinfließt. Hierdurch kann eine Überlastung der Batteriezellen vermieden werden, die zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung der Batteriezellen führen könnte. Hierbei können verschiedene Sicherheitsfunktionen eingesetzt werden, um eine Überlastung bzw. einen Kurzschluss der Batteriezellen zu vermeiden. Zum einen kann eine elektronische Kurzschlussstrombegrenzung über Halbleiter umgesetzt werden. Diese Strombegrenzung ist über die Elektronik des Batteriemanagementsystems (BMS) programmierbar und elektronisch rückstellbar. Zum anderen kann eine mechanische Kurzschlussstrombegrenzung über einen hydromagnetischen Sicherungsautomaten erfolgen. Über eine zusätzliche TRIP-Spule ist die mechanische Sicherung über das BMS elektronisch auslösbar. Somit kann das BMS bei undefinierten Störungen ebenfalls die Batteriesicherung auslösen. Dieser Sicherungsautomat ist nur mechanisch rückstellbar. Schließlich kann eine Schmelzsicherung dazu vorbereitet sein, die bei Versagen der beiden anderen Schutzarten auslöst. Bei Zerstörung dieser Sicherung ist die Batterie nicht mehr verwendbar.According to one aspect of the invention, the battery further comprises at least one current limiting means connected to the memory of electrical energy and adapted to limit the current flowing from the memory of electrical energy or flowing to the memory of electrical energy. As a result, an overload of the battery cells can be avoided, which could lead to damage or even destruction of the battery cells. Various safety functions can be used to avoid overloading or short-circuiting the battery cells. On the one hand, an electronic short-circuit current limitation can be implemented via semiconductors. This current limitation is programmable via the electronics of the battery management system (BMS) and can be reset electronically. On the other hand, a mechanical short-circuit current limitation can take place via a hydromagnetic circuit breaker. An additional TRIP coil can be used to trigger the mechanical fuse electronically via the BMS. Thus, the BMS can also trigger the battery backup in case of undefined interference. This circuit breaker is only mechanically resettable. Finally, a fuse can be prepared that triggers in case of failure of the other two types of protection. at Destruction of this fuse, the battery is no longer usable.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Batterie eine Steuerung auf, die mit dem Gleichspannungswandler und bzw. oder dem Strommesser und bzw. oder dem Strombegrenzungsmittel verbunden ist. Durch diese Steuerung, die i. Allg. als Batteriemanagementsystem (BMS) bezeichnet wird, können die Komponenten der erfindungsgemäßen Batterie miteinander vernetzt und angesteuert werden, so dass Informationen zwischen den Komponenten und dem BMS ausgetauscht werden können. Über das BMS kann das Entladen und Aufladen der Batteriezellen durch den Gleichspannungswandler mit verschiedenen Strom- und Spannungswerten gesteuert werden. Auch können die Maßnahmen der Strombegrenzung ausgelöst, eingestellt und rückgesetzt werden, soweit dies vorgesehen ist. Sind dabei mehrere Gleichspannungswandler, Strommesser und Strombegrenzungsmittel innerhalb einer Batterie für mehrere Batteriezellen vorgesehen, so kann jeweils ein eigenes BMS für jede Batteriezelle und ihren Gleichspannungswandler, ihren Strommesser und ihre Strombegrenzungsmittel vorhanden sein, die miteinander verbunden sind und kommunizieren können, oder es kann ein zentrales BMS für alle Gleichspannungswandler, Strommesser und Strombegrenzungsmittel innerhalb der Batterie vorhanden sein.According to a further aspect of the invention, the battery has a control which is connected to the DC-DC converter and / or the ammeter and / or the current-limiting means. Through this control, the i. Gen. As battery management system (BMS) is called, the components of the battery according to the invention can be networked together and controlled so that information between the components and the BMS can be replaced. Through the BMS, the discharge and charging of the battery cells can be controlled by the DC-DC converter with different current and voltage values. Also, the measures of current limiting can be triggered, set and reset, as far as intended. If a plurality of DC-DC converters, ammeters and current-limiting means are provided within a battery for a plurality of battery cells, each may have its own BMS for each battery cell and its DC-DC converter, ammeter and current-limiting means which are interconnected and capable of communicating, or centralized BMS be present for all DC-DC converters, ammeters and current limiting means within the battery.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Steuerung dazu vorbereitet, mit einer Steuerung außerhalb der Batterie verbunden zu werden. Hierdurch können Informationen von den jeweiligen BMS oder einem zentralen BMS nach außerhalb der Batterie ausgegeben werden oder von dort empfangen werden, um die Batterie in ein übergeordnetes BMS einzubinden. So können mehrere BMS einer Batterie oder das zentrale BMS der Batterie über z. B. einen CAN-Bus in übergeordnete Überwachungs- und Regelsysteme integriert und somit ferngesteuert werden.According to one aspect of the invention, the controller is prepared to be connected to a controller outside the battery. In this way, information can be output from the respective BMS or a central BMS to the outside of the battery or received from there to integrate the battery in a higher-level BMS. Thus, several BMS a battery or the central BMS of the battery over z. B. a CAN bus integrated into higher-level monitoring and control systems and thus remotely controlled.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Batterie Mittel zum Erfassen der Temperatur des Speichers elektrischer Energie auf, die mit der Steuerung verbunden sind und der Steuerung die erfasste Temperatur bereitstellen. Hierdurch kann die Temperatur der Batteriezelle bzw. Batteriezellen durch das BMS erfasst und überwacht werden, um eine Überhitzung der Batteriezelle bzw. Batteriezellen und eine hieraus resultierende Beschädigung dieser zu vermindern. Ferner kann ein Aufladen der Batteriezellen bei gewissen Temperaturen durch das BMS ausgeschlossen werden, welches ebenfalls zu einer Beschädigung führen könnte, falls der verwendete Typ von Batteriezellen oberhalb oder unterhalb von bestimmten Temperaturen nicht geladen werden darf. So dürfen beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen nicht bei Temperaturen unterhalb von 0°C aufgeladen werden. Dies kann durch das BMS verhindert werden.In accordance with another aspect of the invention, the battery includes means for sensing the temperature of the electrical energy store connected to the controller and providing the controller with the sensed temperature. As a result, the temperature of the battery cell or battery cells can be detected and monitored by the BMS in order to reduce overheating of the battery cell or battery cells and a resulting damage to them. Furthermore, charging of the battery cells at certain temperatures by the BMS may be precluded, which could also lead to damage if the type of battery cell used is not allowed to be charged above or below certain temperatures. For example, lithium-ion cells should not be charged at temperatures below 0 ° C. This can be prevented by the BMS.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Speicher elektrischer Energie eine Lithium-Ionen-Zelle. Diese galvanischen Zellen zeichnen sich durch ihre hohe Energiedichte aus, sind thermisch stabil und unterliegen keinem Memory-Effekt.According to one aspect of the invention, the storage of electrical energy is a lithium-ion cell. These galvanic cells are characterized by their high energy density, are thermally stable and are not subject to any memory effect.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Telekommunikationseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Batterie und einem Sender und bzw. oder Empfänger zum Senden und bzw. oder Empfangen von Telekommunikationsdaten. Dabei können die Telekommunikationsdaten sowohl analoge als auch digitale Daten sein. Die Telekommunikationsdaten können Sprache, stehende oder bewegte Bilder, Musik, Steuerungsdaten oder dergleichen repräsentieren, die zwischen Mobiltelefonen, Festnetztelefonen, PDAs (Personal Digital Assistent), SmartPhones (Kombination von Mobiltelefon und PDA), Laptops, PCs (Personal Computer), Fahrzeugen, Maschinen oder dergleichen ausgetauscht oder einseitig empfangen oder gesendet werden können. Das Senden bzw. Empfangen kann leitungsgebunden oder drahtlos erfolgen, über Kupfer- oder Glasfaserleitungen oder dergleichen sowie durch funk- oder optische Übertragung, z. B. mittels Mobilfunkstandards wie GRPS, UMTS und dergleichen.The present invention also relates to a telecommunication device with a battery according to the invention and a transmitter and / or receiver for transmitting and / or receiving telecommunication data. The telecommunications data can be both analog and digital data. The telecommunication data may represent voice, still or moving pictures, music, control data or the like between mobile phones, landline telephones, personal digital assistant (PDAs), smart phones (combination of mobile phone and PDA), laptops, personal computers, vehicles, machines or the like can be exchanged or unilaterally received or sent. The transmission or reception can be wired or wireless, via copper or glass fiber cables or the like, as well as by radio or optical transmission, z. B. by means of mobile radio standards such as GRPS, UMTS and the like.

Dabei ist es vorteilhaft, die erfindungsgemäße Batterie in derartigen Telekommunikationseinrichtungen einzusetzen, da herkömmlich diese Einrichtungen mit unterschiedlichen Gleichspannungen, nämlich 48 V oder 60 V, betrieben werden. Da die erfindungsgemäße Batterie auf jede dieser beiden Ausgangsspannungen eingestellt werden kann, können die erfindungsgemäße Batterie einheitlich hergestellt und durch Einstellen ihrer Ausgangsspannung auf den jeweiligen Anwendungsfall eingestellt werden. Hierdurch können die Herstellungskosten reduziert werden. Auch wird die Flexibilität erhöht und die Logistik vereinfacht. Ferner kann bei Ausfall einer erfindungsgemäßen Batterie eines Netzes, z. B. mit 48 V, diese schnell durch Umstellen der Ausgangsspannung von 48 V auf 60 V durch eine Batterie aus dem anderen Netz, z. B. mit 60 V, ersetzt werden.It is advantageous to use the battery according to the invention in such telecommunications equipment, since conventionally these devices with different DC voltages, namely 48 V or 60 V, are operated. Since the battery according to the invention can be adjusted to each of these two output voltages, the battery according to the invention can be made uniform and adjusted by adjusting their output voltage to the particular application. As a result, the manufacturing cost can be reduced. It also increases flexibility and simplifies logistics. Further, in case of failure of a battery according to the invention of a network, for. B. with 48 V, this quickly by switching the output voltage of 48 V to 60 V by a battery from the other network, eg. B. with 60 V, to be replaced.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Telekommunikationseinrichtung unabhängig von einem Energieversorgungsnetz betrieben. So sind Telekommunikationseinrichtungen weit über das Land verteilt, um z. B. als Sendemasten in Mobilfunknetzen eine flächendeckende Versorgung des betreffenden Netzes anbieten zu können. Da diese Sendemasten Energie benötigen, werden sie meist ausschließlich durch Batterien versorgt, da durch die Verlegung von Anschlussleitungen des Stromversorgungsnetzes die Investitionskosten der Mobilfunknetze deutlich steigen würden. Derartige Einrichtungen, die ihre eigene Energieversorgung aufweisen, werden auch als autark bezeichnet. Diese Einrichtungen sind dabei meist sogenannten erhöhten Umgebungsbedingungen ausgesetzt, d. h. sie werden als Outdoor-Einrichtungen betrieben und sind den Witterungsbedingungen stärker ausgesetzt als Einrichtungen in geschützten und klimatisierten Einrichtungen, z. B. Bauwerken.According to one aspect of the invention, the telecommunication device is operated independently of a power supply network. Thus, telecommunication facilities are widely distributed over the country to z. B. as transmission towers in mobile networks to provide a nationwide coverage of the relevant network. Since these transmission towers require energy, they are usually supplied exclusively by batteries, as the investment costs of mobile networks would increase significantly by the laying of connecting lines of the power grid. Such facilities, their own power supply, are also referred to as self-sufficient. These facilities are usually exposed to so-called increased environmental conditions, ie they are operated as outdoor facilities and are exposed to the weather conditions more than facilities in sheltered and air-conditioned facilities, eg. B. structures.

Hierdurch bietet sich die Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie für diese Einsatzzwecke an, da diese Telekommunikationseinrichtungen aufgrund der meist unmittelbaren Witterungseinflüsse z. B. Temperaturen zwischen –25°C und +60°C ausgesetzt sein können. Werden nun als Batteriezellentyp in der erfindungsgemäßen Batterie z. B. Lithium-Ionen-Zellen verwendet, so kann durch das BMS der erfindungsgemäßen Batterie verhindert werden, dass eine Aufladung der Lithium-Ionen-Zellen bei Temperaturen unterhalb von 0°C erfolgt. Derartige Vorkehrungen sind bei vielen Einsatzzwecken von Lithium-Ionen-Zellen nicht erforderlich, da derartige Temperaturen zumindest während des Aufladevorgangs durch den Einsatz ausgeschlossen sind. Bei dem Einsatz in autarken Telekommunikationseinrichtungen hingegen, die im Winter auch über längere Zeiträume Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes ausgesetzt sein können, kann es für den verwendeten Batteriezellentyp jedoch relevant sein, dass sein Aufladen bei bestimmten Temperaturen verhindert wird, um Beschädigungen der Batteriezellen zu verhindern.This offers the use of the battery according to the invention for these purposes, since these telecommunications equipment due to the most immediate weather influences z. B. temperatures between -25 ° C and + 60 ° C may be exposed. Will now be used as a battery cell type in the battery of the invention z. B. lithium-ion cells used, it can be prevented by the BMS of the battery according to the invention that a charging of the lithium-ion cells takes place at temperatures below 0 ° C. Such precautions are not required in many lithium ion cell applications because such temperatures are precluded by use, at least during the charging process. When used in self-sufficient telecommunication devices, however, which may be exposed to temperatures below freezing for longer periods of time in winter, it may be relevant for the battery cell type used that its charging is prevented at certain temperatures to prevent damage to the battery cells.

Ausführungsbeispiele und Vorteile der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf folgende Figuren näher erläutert:Exemplary embodiments and advantages of the invention are explained in more detail below with reference to the following figures:

1a zeigt ein Ersatzschaltbild einer Batterie. 1a shows an equivalent circuit diagram of a battery.

1b zeigt ein Ersatzschaltbild einer Batterie mit mehreren Batteriezellen. 1b shows an equivalent circuit diagram of a battery with multiple battery cells.

2a zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie. 2a shows an equivalent circuit diagram of a battery according to the invention.

2b zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie mit mehreren Batteriezellen. 2 B shows an equivalent circuit diagram of a battery according to the invention with a plurality of battery cells.

3 zeigt ein weiteres detailliertes Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie. 3 shows a further detailed equivalent circuit diagram of a battery according to the invention.

1a zeigt ein Ersatzschaltbild einer Batterie 1. Die Batterie 1 weist erste und zweite Anschlussklemmen 2a, 2b, erste und zweite Leitungen 3a, 3b und eine Batteriezelle 4 auf. Die Batteriezelle 4 stellt einen Speicher elektrischer Energie 1 dar und besitzt eine Kapazität C. Die erste Leitung 3a verbindet die erste Seite der Batteriezelle 4 mit der ersten Anschlussklemme 2a. Die zweite Leitung 3b verbindet die zweite Seite der Batteriezelle 4 mit der zweiten Anschlussklemme 2b. Über die Anschlussklemmen 2a, 2b fällt eine Gleichspannung U ab, die durch die Ladung der Batteriezelle 4 hervorgerufen wird. Dabei weist die erste Anschlussklemme 2a gegenüber der zweiten Anschlussklemme 2b den positiven Ladungspol auf. 1a shows an equivalent circuit diagram of a battery 1 , The battery 1 has first and second terminals 2a . 2 B , first and second lines 3a . 3b and a battery cell 4 on. The battery cell 4 represents a store of electrical energy 1 and has a capacity C. The first line 3a connects the first side of the battery cell 4 with the first connection terminal 2a , The second line 3b connects the second side of the battery cell 4 with the second connection terminal 2 B , Via the connection terminals 2a . 2 B falls from a DC voltage U, by the charge of the battery cell 4 is caused. In this case, the first terminal 2a opposite the second terminal 2 B the positive charge pole.

Um die Ladung, die in der Batteriezelle 4 der Batterie 1 gespeichert ist, zu entnehmen, kann ein Verbraucher an die Anschlussklemmen 2a, 2b angeschlossen werden. Soll die Batterie 1 aufgeladen werden, ist an die Anschlussklemmen 2a, 2b eine Spannungsquelle oder eine Stromquelle anzuschließen.To get the charge in the battery cell 4 the battery 1 is stored, a consumer can connect to the terminals 2a . 2 B be connected. Should the battery 1 is charged to the terminals 2a . 2 B to connect a voltage source or a power source.

Der Verbraucher bzw. die Ladungsquelle ist hinsichtlich der Spannungshöhe und der Stromstärke auf die Batteriezelle 4 der Batterie 1 abzustimmen, d. h. die Batteriezelle 4 legt unveränderlich die Spannungshöhe fest, die an den Anschlussklemmen 2a, 2b anliegt bzw. angelegt werden kann und die Stromstärke, die höchstens über die Anschlussklemmen 2a, 2b fließen darf.The consumer or the charge source is with respect to the voltage level and the current on the battery cell 4 the battery 1 to vote, ie the battery cell 4 invariably sets the voltage level at the terminals 2a . 2 B is applied and can be applied and the current, the maximum on the terminals 2a . 2 B allowed to flow.

Tritt in der Batteriezelle 4 ein Kurzschluss auf, so werden hierdurch die Anschlussklemmen 2a, 2b direkt miteinander verbunden. Dieser Kurzschluss wirkt sich auf alle mit der kurzgeschlossenen Batterie 1 verbundenen Vorrichtungen, d. h. Verbraucher und Ladungsquellen eines Netzes oder Stromkreises, aus, da die Spannung an den Anschlussklemmen 2a, 2b zusammenbricht.Kicks in the battery cell 4 a short circuit, so this is the terminals 2a . 2 B directly connected. This short circuit affects all with the shorted battery 1 connected devices, ie consumers and charge sources of a network or circuit, because the voltage at the terminals 2a . 2 B collapses.

1b zeigt ein Ersatzschaltbild einer Batterie 1 mit mehreren Batteriezellen 4a, 4b, 4c. Die Elemente der 1b entsprechen den Elementen der 1a und weisen die entsprechenden Bezugszeichen auf. Anstelle der einzelnen Batteriezelle 4 der 1a weist die Batterie 1 der 1b drei Batteriezellen 4a, 4b, 4c auf, die parallel zueinander geschaltet angeordnet sind und jeweils die gleiche Kapazität C aufweisen. Hierdurch weist die Batterie 1 nach außen die Summe der Kapazitäten der drei Batteriezellen 4a, 4b, 4c auf. Im Fall einer Ladungsentnahme an den Anschlussklemmen 2a, 2b bzw. Ladungsaufnahme über die Anschlussklemmen 2a, 2b fließt die Summe der Ströme der drei Batteriezellen 4a, 4b, 4c über die Anschlussklemmen 2a, 2b. Über die Anschlussklemmen 2a, 2b fällt die Gleichspannung U ab, die auch über jede der drei Batteriezellen 4a, 4b, 4c abfällt. 1b shows an equivalent circuit diagram of a battery 1 with several battery cells 4a . 4b . 4c , The elements of 1b correspond to the elements of 1a and have the corresponding reference numerals. Instead of the single battery cell 4 of the 1a points the battery 1 of the 1b three battery cells 4a . 4b . 4c on, which are arranged in parallel with each other and each having the same capacity C. This indicates the battery 1 to the outside, the sum of the capacities of the three battery cells 4a . 4b . 4c on. In the case of a charge removal at the terminals 2a . 2 B or charge absorption via the terminals 2a . 2 B the sum of the currents of the three battery cells flows 4a . 4b . 4c via the terminals 2a . 2 B , Via the connection terminals 2a . 2 B The DC voltage U drops, which also occurs across each of the three battery cells 4a . 4b . 4c drops.

Tritt in einer der drei Batteriezellen 4a, 4b, 4c ein Kurzschluss auf, so wird nicht nur ein Kurzschluss zwischen den Anschlussklemmen 2a, 2b, wie bzgl. der 1a beschrieben, hervorgerufen, der die an die Anschlussklemmen 2a, 2b angeschlossenen Verbraucher, Ladungsquellen und Netze betrifft, sondern es werden ferner die beiden anderen Batteriezellen 4a, 4b, 4c kurzgeschlossen, die sich damit über die kurzgeschlossene Batteriezelle 4a, 4b, 4c entladen, wodurch die Spannung an den Anschlussklemmen 2a, 2b zusammenbricht.Enter one of the three battery cells 4a . 4b . 4c a short circuit, it will not just be a short circuit between the terminals 2a . 2 B , as regards the 1a described, which is connected to the terminals 2a . 2 B connected consumers, charge sources and networks, but it will also be the other two battery cells 4a . 4b . 4c shorted, so that about the shorted battery cell 4a . 4b . 4c discharge, reducing the voltage at the terminals 2a . 2 B collapses.

2a zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie 1. Die Elemente der 2a entsprechen den Elementen der 1a und weisen die entsprechenden Bezugszeichen auf. 2a weist ferner eine Batterieüberwachung 5 auf, die zwischen der ersten Leitung 3a und der Batteriezelle 4 angeordnet ist. Die Batterie 1 weist ferner eine dritte Leitung 3c auf, die parallel zur Batteriezelle 4 angeordnet ist und die zweite Leitung 3b mit der Batterieüberwachung 5 verbindet. Die Batterieüberwachung 5 weist einen Gleichspannungswandler 10 (auch DC/DC-Wandler genannt), einen Strommesser 11, ein Strombegrenzungsmittel 12 sowie ein Batteriemanagementsystem (BMS) 20 auf. Das BMS 20 stellt eine beispielhafte Ausführung einer Steuerung 20 dar. 2a shows an equivalent circuit diagram of a battery according to the invention 1 , The elements of 2a correspond to the elements of 1a and have the corresponding reference numerals. 2a also has a battery monitor 5 on that between the first line 3a and the battery cell 4 is arranged. The battery 1 also has a third line 3c on, which is parallel to the battery cell 4 is arranged and the second line 3b with battery monitoring 5 combines. The battery monitoring 5 has a DC-DC converter 10 (also called DC / DC converter), an ammeter 11 , a current limiting device 12 as well as a battery management system (BMS) 20 on. The BMS 20 Fig. 3 illustrates an exemplary embodiment of a controller 20 represents.

Der Gleichspannungswandler 10 ist über die erste Leitung 3a mit der ersten Anschlussklemme 2a verbunden. Er ist über die dritte Leitung 3c mit der zweiten Leitung 3b und über diese sowohl mit der zweiten Anschlussklemme 2b als auch mit der zweiten Seite der Batteriezelle 4 verbunden. Der Gleichspannungswandler 10 ist ferner mit dem Strommesser 11 verbunden. Dieser ist mit dem Strombegrenzungsmittel 12 verbunden, die mit der ersten Seite der Batteriezelle 4 verbunden ist. Der Gleichspannungswandler 10, der Strommesser 11 und das Strombegrenzungsmittel 12 sind über interne Signalleitungen 21 mit dem BMS 20 verbunden. Das BMS 20 ist ferner über eine externe Signalleitung 22 mit z. B. einer übergeordneten Überwachung verbunden, die außerhalb der Batterieüberwachung 5 oder außerhalb der Batterie 1 vorgesehen sein kann, um Informationen und Befehle nach dort auszugeben oder von dort zu erhalten.The DC-DC converter 10 is about the first lead 3a with the first connection terminal 2a connected. He is over the third lead 3c with the second line 3b and about this with both the second terminal 2 B as well as with the second side of the battery cell 4 connected. The DC-DC converter 10 is also with the ammeter 11 connected. This one is with the current limiting means 12 connected to the first side of the battery cell 4 connected is. The DC-DC converter 10 , the electricity meter 11 and the current limiting means 12 are via internal signal lines 21 with the BMS 20 connected. The BMS 20 is also via an external signal line 22 with z. B. a higher-level monitoring connected outside the battery monitoring 5 or outside the battery 1 may be provided to output information and commands to there or to obtain from there.

Mittels der Batterieüberwachung 5 ist es möglich, die Batteriezelle 4 zu überwachen und zu steuern. So ist die Batterieüberwachung 5 in der Lage, das Entladen oder Aufladen der Batteriezelle 4 zu steuern. Dies erfolgt über den Gleichspannungswandler 10, der bidirektional funktioniert, d. h. sowohl zum Entladen als auch Aufladen der Batteriezelle 4 eingesetzt werden kann. Hierzu wird von dem Strommesser 11 der Strom gemessen und an das BMS 20 übermittelt. Der gewünschte Entlade- oder Ladestrom wird durch das BMS 20 vorgegeben. Dabei kann der gewünschte, d. h. der von außen vorgegebene Entlade- oder Ladestrom, z. B. durch eine Ansteuerung über die externe Signalleitung 22 oder eine Eingabe oder Einstellung des BMS 20, selbst vorgegeben werden. Das BMS 20 steuert den Gleichspannungswandler 10 an, den gewünschten Strom aufzunehmen oder abzugeben.By means of battery monitoring 5 is it possible the battery cell 4 to monitor and control. Such is the battery monitoring 5 capable of discharging or charging the battery cell 4 to control. This is done via the DC-DC converter 10 which works bidirectionally, ie both for discharging and charging the battery cell 4 can be used. This is done by the ammeter 11 the current is measured and sent to the BMS 20 transmitted. The desired discharge or charging current is provided by the BMS 20 specified. In this case, the desired, ie the externally predetermined discharge or charging current, z. B. by a control via the external signal line 22 or an input or setting of the BMS 20 , be predetermined by yourself. The BMS 20 controls the DC-DC converter 10 to pick up or deliver the desired current.

Ferner kann die Batterie 1 auch ohne ein externes Ladegerät aufgeladen werden. Eine entsprechende Ansteuerung erfolgt ebenfalls durch das BMS 20 an den Gleichspannungswandler 10. Hierdurch ist die Batterie 1 flexibler und ohne weiteren Geräteaufwand einsetzbar, d. h. sie kann z. B. direkt an eine Photovoltaikanlage angeschlossen werden, ohne dass hierfür ein Ladegerät erforderlich wäre. Auch kann sich die Batterie 1 durch den Gleichspannungswandler 10 auf die schwankende Leistungsabgabe der Photovoltaikanlage selbst einstellen.Furthermore, the battery 1 can also be charged without an external charger. A corresponding control is also carried out by the BMS 20 to the DC-DC converter 10 , This is the battery 1 flexible and can be used without further equipment costs, ie they can, for. B. can be connected directly to a photovoltaic system, without the need for a charger would be required. Also, the battery can 1 through the DC-DC converter 10 adjust to the fluctuating power output of the photovoltaic system itself.

Weiterhin kann in dem BMS 20 eine Entladespannung vorgegeben werden, die mittels des Gleichspannungswandlers 10 an den Anschlussklemmen 2a, 2b bereitgestellt wird. So kann eine Batterie 1 z. B. wahlweise auf eine Ausgangsspannung U von 48 V oder auf 60 V programmiert werden, um universell in zwei verschiedenen Stromkreisen als Gleichspannungsquelle einsetzbar zu sein. Diese Möglichkeit der Batterieüberwachung 5 zur Vorgabe des Entlade- oder Aufladestroms und der Entladespannung bieten eine hohe Flexibilität beim Einsatz der Batterie 1.Furthermore, in the BMS 20 a discharge voltage can be specified, by means of the DC-DC converter 10 at the terminals 2a . 2 B provided. This is how a battery works 1 z. B. optionally be programmed to an output voltage U of 48 V or 60 V to be used universally in two different circuits as a DC voltage source. This possibility of battery monitoring 5 to specify the discharge or charging current and the discharge voltage provide high flexibility in the use of the battery 1 ,

Das BMS 20 erfasst ferner den Strom, die Spannung und die Temperatur der Batteriezelle 4, um Unregelmäßigkeiten und Fehlfunktionen wie eine Überhitzung, einen Kurzschluss oder unzulässigen Spannungsabfall zu erkennen und z. B. durch Trennen der Batteriezelle 4 von den Anschlussklemmen 2a, 2b hierauf zu reagieren, um die angeschlossenen Verbraucher vor unzulässig hohen Strömen oder einem Zusammenbrechen der Spannung U an den Anschlussklemmen 2a, 2b zu bewahren. Insbesondere verhindert das BMS 20 das Aufladen der Batteriezelle 4 oberhalb oder unterhalb von bestimmten Temperaturen, bei denen der verwendete Typ von Batteriezelle 4 nicht geladen werden darf, z. B. unterhalb von 0°C bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Zellen 4.The BMS 20 further detects the current, voltage and temperature of the battery cell 4 to detect irregularities and malfunctions such as overheating, short-circuiting or unacceptable voltage drops, such as: B. by disconnecting the battery cell 4 from the terminals 2a . 2 B To react to the connected loads from excessive currents or a breakdown of the voltage U at the terminals 2a . 2 B to preserve. In particular, the BMS prevents 20 charging the battery cell 4 above or below certain temperatures at which the type of battery cell used 4 can not be loaded, z. B. below 0 ° C when using lithium-ion cells 4 ,

Hierzu überwacht das BMS 20 die Batteriezelle 4 durch die Messung des Stroms z. B. mittels des Strommessers 11, dessen gemessener Strom an das BMS 20 übermittelt wird. Das BMS 20 vergleicht den gemessenen Strom mit einem vorbestimmten Grenzwert. Überschreitet der gemessene Strom den vorbestimmten Grenzwert, z. B. aufgrund eines Kurzschlusses, so steuert das BMS 20 das Strombegrenzungsmittel 12 an, die Verbindung der Batteriezelle 4 zu der ersten Leitung 3a zu unterbrechen. Alternativ oder zusätzlich kann durch das BMS 20 auch ein Stromgrenzwert in dem Strombegrenzungsmittel 12 eingestellt werden, so dass das Strombegrenzungsmittel 12 unabhängig von der anliegenden Spannung stets höchstens diesen vorgegebenen Stromwert an die Batteriezelle 4 ausgibt oder von dieser aufnimmt. Ein derartiges Strombegrenzungsmittel 12 kann über Halbleiter umgesetzt werden.The BMS monitors this 20 the battery cell 4 by measuring the current z. B. by means of the current knife 11 , whose measured current to the BMS 20 is transmitted. The BMS 20 compares the measured current with a predetermined limit. If the measured current exceeds the predetermined limit, z. B. due to a short circuit, so controls the BMS 20 the current limiting means 12 on, the connection of the battery cell 4 to the first line 3a to interrupt. Alternatively or additionally, by the BMS 20 also a current limit in the current limiting means 12 be adjusted so that the current limiting means 12 regardless of the applied voltage always at most this predetermined current value to the battery cell 4 spends or receives from this. Such a current limiting means 12 can be implemented via semiconductors.

Auf diese Weise kann ein Kurzschluss an den Anschlussklemmen 2a, 2b vermieden und an diese angeschlossene Verbraucher sowie das angeschlossene Netz vor aus dem Kurzschluss resultierenden unzulässig hohen Strömen geschützt werden. Auch wird hierdurch im Falle eines Kurzschlusses der Batteriezelle 4 das Zusammenbrechen der Spannung U an den Anschlussklemmen 2a, 2b verhindert. In this way, a short circuit at the terminals 2a . 2 B avoided and protected against these connected consumers and the connected network from resulting from the short circuit impermissibly high currents. Also, this will in the case of a short circuit of the battery cell 4 the breakdown of the voltage U at the terminals 2a . 2 B prevented.

2b zeigt ein Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie 1 mit mehreren Batteriezellen 4a, 4b, 4c. Die Elemente der 2b entsprechen den Elementen der 1b und weisen die entsprechenden Bezugszeichen auf. Anstelle der einzelnen Batterieüberwachung 5 der 2a weist die Batterie 1 der 2b jeweils eine Batterieüberwachung auf, die jeweils einen Gleichspannungswandler 10, einen Strommesser 11 und ein Strombegrenzungsmittel 12 aufweist. Der jeweilige Gleichspannungswandler 10 ist jeweils über die dritte Leitung 3c mit der zweiten Leitung 3b verbunden. Die drei Gleichspannungswandler 10, Strommesser 11 und Strombegrenzungsmittel 12 sind jeweils über interne Signalleitungen 21 mit einem gemeinsamen, d. h. zentralen BMS 20 verbunden. Das zentrale BMS 20 kann über eine externe Signalleitung 22 mit weiteren übergeordneten Überwachungs- und Steuerungseinrichtungen verbunden sein, um Informationen und Befehle an diese auszugeben oder von dort zu erhalten. 2 B shows an equivalent circuit diagram of a battery according to the invention 1 with several battery cells 4a . 4b . 4c , The elements of 2 B correspond to the elements of 1b and have the corresponding reference numerals. Instead of the individual battery monitoring 5 of the 2a points the battery 1 of the 2 B each a battery monitoring, each having a DC-DC converter 10 , a power knife 11 and a current limiting means 12 having. The respective DC-DC converter 10 is each about the third line 3c with the second line 3b connected. The three DC-DC converters 10 , Electricity meter 11 and current limiting means 12 are each via internal signal lines 21 with a common, ie central BMS 20 connected. The central BMS 20 can via an external signal line 22 be connected to other higher-level monitoring and control devices to output information and commands to them or to obtain from there.

Die Batterie 1 der 2b weist die gleichen Funktionalitäten wie die Batterie 1 der 2a auf. Ferner kann das zentrale BMS 20 zwischen den einzelnen Batteriezellen 4a, 4b, 4c einen Ladungsausgleich durchführen.The battery 1 of the 2 B has the same functionality as the battery 1 of the 2a on. Furthermore, the central BMS 20 between the individual battery cells 4a . 4b . 4c perform a charge equalization.

Im Falle eines Kurzschlusses einer einzelnen Batteriezelle 4a, 4b, 4c kann die Batterie 1 der 2b weiterhin verwendet werden, da die kurzgeschlossene Batteriezelle 4a, 4b, 4c von den Leitungen 3a, 3b durch die jeweilige Batterieüberwachung 5a, 5b, 5c getrennt wird und die beiden verbleidenden Batteriezellen 4a, 4b, 4c weiterhin über die Leitungen 3a, 3b Ladungen aufnehmen oder abgeben können. Somit wird durch den Kurzschluss einer Batteriezelle 4a, 4b, 4c die Gesamtkapazität und die Stromstärke der Batterie 1 zwar um ein Drittel (im Falle identischer Batteriezellen 4a, 4b, 4c) verringert, doch kann die Batterie 1 mit gleicher Spannung im Netz angeschlossen bleiben.In case of a short circuit of a single battery cell 4a . 4b . 4c can the battery 1 of the 2 B continue to be used as the shorted battery cell 4a . 4b . 4c from the wires 3a . 3b through the respective battery monitoring 5a . 5b . 5c is disconnected and the two remaining battery cells 4a . 4b . 4c continue over the lines 3a . 3b Can pick up or deliver cargoes. Thus, by the short circuit of a battery cell 4a . 4b . 4c the total capacity and the current of the battery 1 although by a third (in the case of identical battery cells 4a . 4b . 4c ), but the battery can 1 remain connected to the grid with the same voltage.

Ferner kann die kurzgeschlossene Batteriezelle 4a, 4b, 4c in der Batterie der 2b ausgetauscht werden. Dies ist bisher bei Batterien 1 z. B. der 1b nicht möglich, da aufgrund der unterschiedlichen Ladezustände sofort nach dem Verbinden der Batteriezellen 4a, 4b, 4c Ausgleichsströme zwischen diesen fließen würden, die unzulässige Stromstärken erreichen und damit die Batteriezellen 4a, 4b, 4c beschädigen könnten. In der Batterie 1 der 2b jedoch ist ein solcher Austausch einer kurzgeschlossenen Batteriezelle 4a, 4b, 4c möglich, da nach dem Einbau und. Verbinden mit den anderen Batteriezellen 4a, 4b, 4c ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen 4a, 4b, 4c über die Gleichspannungswandler 10, gesteuert über das zentrale BMS 20, erfolgen kann.Furthermore, the shorted battery cell 4a . 4b . 4c in the battery the 2 B be replaced. This is so far with batteries 1 z. B. the 1b not possible because due to the different states of charge immediately after connecting the battery cells 4a . 4b . 4c Compensation currents would flow between them, which reach inadmissible currents and thus the battery cells 4a . 4b . 4c could damage. In the battery 1 of the 2 B however, such replacement is a shorted battery cell 4a . 4b . 4c possible, because after installation and. Connect with the other battery cells 4a . 4b . 4c a charge balance between the battery cells 4a . 4b . 4c via the DC-DC converter 10 controlled by the central BMS 20 , can be done.

Diese Möglichkeit zum Austausch einer kurzgeschlossenen Batteriezelle 4a, 4b, 4c kann auch bei einem Zusammenschluss mehrerer Batterien 1 mit jeweils einer Batteriezelle 4 der 2a erreicht werden, indem die jeweiligen BMS 20 über die externen Signalleitungen 22 den Ladungsausgleich zwischen ihren Batteriezellen 4 über ihre jeweiligen Gleichspannungswandler 10 steuern und koordinieren. Hierdurch kann eine Batterie 1 der 2a an weitere Batterien 1 der 2a oder 2b angeschlossen werden, ohne dass ein Ausgleich der Ladungszustände mit unzulässig hohen Strömen erfolgt.This option for replacing a shorted battery cell 4a . 4b . 4c can also be at a merger of multiple batteries 1 each with a battery cell 4 of the 2a be achieved by the respective BMS 20 via the external signal lines 22 the charge balance between their battery cells 4 about their respective DC-DC converter 10 control and coordinate. This can be a battery 1 of the 2a to other batteries 1 of the 2a or 2 B be connected without a compensation of the charge states takes place with impermissibly high currents.

3 zeigt ein weiteres detailliertes Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Batterie 1. Die Elemente der 3 entsprechen den Elementen der 2a und weisen die entsprechenden Bezugszeichen auf. Dabei weist die 3 als Strombegrenzungsmittel 12 eine elektronische Strombegrenzung 12a und eine mechanische Strombegrenzung 12b auf. 3 weist ferner einen CAN-Bus 23 auf, der über die externe Signalleitung 22 mit dem BMS 20 verbunden ist. Der Gleichspannungswandler 10 ist in dieser Ausführungsform als Halbbrücken Stepup- oder Stepdown-Wandler aufgebaut und arbeitet bidirektional. Er wird durch das BMS 20 gesteuert. 3 shows a further detailed equivalent circuit diagram of a battery according to the invention 1 , The elements of 3 correspond to the elements of 2a and have the corresponding reference numerals. In this case, the 3 as a current limiting device 12 an electronic current limit 12a and a mechanical current limit 12b on. 3 also has a CAN bus 23 on, over the external signal line 22 with the BMS 20 connected is. The DC-DC converter 10 is constructed in this embodiment as a half-bridge step-up or step-down converter and works bidirectionally. He gets through the BMS 20 controlled.

Die elektronische Strombegrenzung 12a ist in Reihe zwischen der Batteriezelle 4 und dem Gleichspannungswandler 10 angeordnet und als Halbleiter-Bauelement umgesetzt. Die elektronische Strombegrenzung 12a ist über das BMS 20 programmierbar und elektronisch rückstellbar.The electronic current limit 12a is in series between the battery cell 4 and the DC-DC converter 10 arranged and implemented as a semiconductor device. The electronic current limit 12a is about the BMS 20 programmable and electronically resettable.

Die mechanische Strombegrenzung 12b ist parallel zu den Batteriezellen 4 angeordnet, d. h. zwischen der ersten Seite der Batteriezellen 4 und dem Gleichspannungswandler 10 sowie zwischen der zweiten Seite der Batteriezellen 4 und der zweiten Leitung 3b. Diese mechanische Strombegrenzung 12b ist über eine interne Signalleitung 21 mit dem BMS 20 verbunden. Sie kann z. B. durch einen hydromagnetischen Sicherungsautomaten umgesetzt werden, der über eine zusätzliche Auslösespule (TRIP-Spule) durch das BMS 20 elektronisch auslösbar ist. Somit kann das BMS 20 bei undefinierten Störungen die mechanische Strombegrenzung 12b auslösen und die Verbindung zwischen Batteriezellen 4 und Anschlussklemmen 2a, 2b unterbrechen. Die mechanische Strombegrenzung 12b ist nur mechanisch rückstellbar.The mechanical current limit 12b is parallel to the battery cells 4 arranged, ie between the first side of the battery cells 4 and the DC-DC converter 10 and between the second side of the battery cells 4 and the second line 3b , This mechanical current limit 12b is via an internal signal line 21 with the BMS 20 connected. You can z. B. implemented by a hydromagnetic circuit breaker, via an additional trip coil (TRIP coil) through the BMS 20 electronically triggered. Thus, the BMS 20 in the case of undefined faults, the mechanical current limitation 12b trigger and the connection between battery cells 4 and terminals 2a . 2 B interrupt. The mechanical current limit 12b is only mechanically recoverable.

Ferner kann noch eine Schmelzsicherung (nicht dargestellt) verwendet werden, die bei Versagen der elektronischen Strombegrenzung 12a und der mechanischen Strombegrenzung 12b eingreift. Bei Zerstörung dieser Schmelzsicherung ist die Batterie 1 nicht mehr verwendbar.Furthermore, a fuse (not shown) can be used in case of failure of the electronic current limit 12a and the mechanical current limit 12b intervenes. Destruction of this fuse is the battery 1 no longer usable.

Der Gedanke der Erfindung betrifft eine Batterie mit den Baugruppen Lithium-Ionen-Zellen, einem Batterie-Management-System (BMS), einer mechanischen Überstromsicherung mit zusätzlicher elektronischer Auslösung über das BMS, einer elektronischen Überstromsicherung, einem bidirektionalen DC/DC-Wandler zur kontrollierten Ladung/Entladung und einer CAN-Schnittstelle zur übergeordneten Steuerung.The idea of the invention relates to a battery with the assemblies lithium-ion cells, a battery management system (BMS), a mechanical overcurrent protection with additional electronic triggering via the BMS, an electronic overcurrent protection, a bidirectional DC / DC converter for controlled Charge / discharge and a CAN interface to the higher-level control.

Die Verwendung von hochenergetischen Lithium-Zellen erfordert im Batteriebau einen besonderen Aufwand, um einen ausreichend hohen Sicherheitsstandard zu gewährleisten. Neben den Anforderungen am mechanischen Aufbau der Batterie (Schock/Vibration) ist ein umfassender elektronischer Schutz der Zellen erforderlich.The use of high-energy lithium cells requires a special effort in battery construction in order to ensure a sufficiently high safety standard. In addition to the requirements of the mechanical structure of the battery (shock / vibration), a comprehensive electronic protection of the cells is required.

Das Batterie-Management-System (BMS) arbeitet auf Zellebene, d. h. Spannung, Strom und Temperatur werden für jede Zelle einzeln erfasst. Um bei dynamischen Belastungen der Batterie eine genaue Aussage über die Zellspannung zu erhalten, arbeitet die Messwerterfassung zeitsynchron, d. h. die Spannungswerte werden von allen Zellen zeitgleich erfasst und dem entsprechenden Strom zugeordnet. Über die synchrone Messung kann auch der Innenwiderstand der Batterie berechnet werden.The Battery Management System (BMS) operates at the cellular level, i. H. Voltage, current and temperature are recorded separately for each cell. In order to obtain an accurate statement about the cell voltage during dynamic loads of the battery, the measured value acquisition works synchronously, d. H. the voltage values are simultaneously detected by all cells and assigned to the corresponding current. The synchronous measurement can also be used to calculate the internal resistance of the battery.

Zum Ladungsausgleich bei unterschiedlichen Ladezuständen der Einzelzellen wird ein aktives Balancing eingesetzt, d. h. die Ladung aus einzelnen Zellen kann in andere Zellen transformiert werden. Vorteil der aktiven Schaltung ist ein hoher Wirkungsgrad (Ladungen werden transformiert und nicht in Lastwiderständen vernichtet).For charge equalization at different states of charge of the individual cells active balancing is used, d. H. the charge from single cells can be transformed into other cells. Advantage of the active circuit is a high efficiency (charges are transformed and not destroyed in load resistors).

Der integrierte DC/DC-Wandler sorgt für den optimalen Schutz der Zellen. Der Ladestrom und auch der Entladestrom ist über das BMS programmierbar. Durch den gesteuerten Wandler ist die Batterie unabhängig von externen Ladegeräten einsetzbar. Zum Laden wird lediglich eine Betriebsspannung zwischen 54 bis 80 V benötigt. Die Ladekennline kann den verfügbaren Ladespannungen angepasst werden. Z. B. kann auch direkt aus Photovoltaik geladen werden.The integrated DC / DC converter ensures optimal cell protection. The charging current and also the discharge current can be programmed via the BMS. Thanks to the controlled converter, the battery can be used independently of external chargers. For charging only an operating voltage between 54 to 80 V is needed. The charging line can be adapted to the available charging voltages. For example, it can also be charged directly from photovoltaic.

Die Entladespannung ist ebenfalls programmierbar, daher lässt sich diese Batterie sowohl in 48 V-Systemen als auch in 60 V-Systemen einsetzen (bisher werden dafür zwei verschiedene Systeme benötigt).The discharge voltage is also programmable, so this battery can be used in both 48V and 60V systems (so far, two different systems are needed).

Claims

Battery ( 1 ), with at least one storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ), and a DC-DC converter ( 10 ) connected to the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) connected is.

Battery ( 1 ) according to claim 1, wherein the DC-DC converter ( 10 ) is prepared to apply a first DC voltage or a second DC voltage to a first contact pair ( 2a . 2 B ) of the battery ( 1 ).

Battery ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the DC-DC converter ( 10 ) is prepared to provide a voltage having a voltage value that is not equal to the voltage value of the electrical energy store ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) corresponds to a voltage value with which the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) can be charged.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the DC-DC converter ( 10 ) is prepared to convert a voltage having a changing voltage value into a voltage value with which the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) can be charged.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, further comprising an ammeter ( 11 ), which is prepared to withstand that of the store of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) or to the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) to capture flowing stream.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, with at least one current-limiting means ( 12 ; 12a . 12b ) connected to the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) and is prepared to limit the current generated by the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) or to the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) flows.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, further comprising a controller ( 20 ) connected to the DC-DC converter ( 10 ) and / or the ammeter ( 11 ) and / or the current limiting means ( 12 ; 12a . 12b ) connected is.

Battery ( 1 ) according to claim 7, wherein the controller ( 20 ) is prepared with a control outside the battery ( 1 ) to be connected.

Battery ( 1 ) according to claim 7 or 8, comprising means for detecting the temperature of the storage of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) with the controller ( 20 ) and the controller ( 20 ) provide the sensed temperature.

Battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the memory of electrical energy ( 4 ; 4a . 4b . 4c ) is a lithium-ion cell.

Telecommunication device, with a battery ( 1 ) according to one of the preceding claims, and a transmitter and / or receiver for transmitting and / or receiving telecommunications data.

Telecommunication device according to claim 10, wherein the telecommunication device is operated independently of a power supply network.