DE102011053728A1

DE102011053728A1 - Batteriesystem und Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen einer Batterie eines Batteriesystems

Info

Publication number: DE102011053728A1
Application number: DE102011053728A
Authority: DE
Inventors: Norman Winkler; Andreas Fuchs; Gerhard Lehmann
Original assignee: Hoppecke Advanced Battery Technology GmbH
Current assignee: Intilion AG
Priority date: 2011-09-16
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2031-09-17
Also published as: DE102011053728A9; DE102011053728B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1) mit mindestens einer Batterie (10), die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule (11) aufweist, mit Kontrolleinheiten (12), wobei jedes Energiespeichermodul (11) eine Kontrolleinheit (12) aufweist, mit einem Netzwerk (20), mit dem die Kontrolleinheiten (12) miteinander derart verbunden sind, dass die Kontrolleinheiten (12) eine Master-Master-Systemarchitektur innerhalb des Netzwerkes (20) bilden, mit Schaltelementen (30), wobei jedes Energiespeichermodul (11) ein Schaltelement (30) aufweist, wobei die Schaltelemente (30) über das Netzwerk (20) von jeder Kontrolleinheit (12) ansteuerbar sind und zum Abschalten eines jeden Energiespeichermodules (11) ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (11) mindestens einer Batterie (10) eines derartigen Batteriesystems (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mindestens einer Batterie, die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen einer Batterie eines Batteriesystems.
Aus der DE 10 2010 060 305 A1 sind ein Batteriesystem sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Ladezustandes mindestens einer wiederaufladbaren Batterie bekannt. Das dortige Batteriesystem sowie das dortige Verfahren ermöglichen ein sicheres und einfaches Überwachen von wiederaufladbaren Batterien.
In der DE 698 231 204 D2 ist ein fehlertolerantes Batteriesystem offenbart, welches eine Netzwerkarchitektur zwischen Batterien verwendet. Hierbei weist das Batteriesystem mehrere in Reihe geschaltete Energiespeichermodule auf, wobei jedes der Energiespeichermodule jeweils mehrere Energiespeichereinheiten aufweist. Zudem weist das Netzwerk mehrere Kontrolleinheiten auf, wobei die Kontrolleinheiten in den Energiespeichermodulen integriert sind. Ferner ist ein Hauptcomputer vorgesehen, der die Kontrolleinheiten miteinander verbindet, wobei der Hauptcomputer die Energiespeichermodule überwacht und steuert. Dieses Hardwarekonzept der Energiespeichermodule stellt eine sogenannte Master-Slave-Systemarchitektur dar, die je nach Anwendung, beispielsweise bei der Überwachung des Betriebszustandes der Energiespeichermodule, nachteilig sein kann. Insbesondere ist hier nachteilig, dass immer der übergeordnete der Hauptcomputer, insbesondere ein Batteriecontroller, zum Betreiben des Batteriesystems erforderlich ist. Das bedeutet, dass auch ein einziges Energiespeichermodul jeder Batterie mit einem Mastercontroller ausgeliefert werden muss, da es ansonsten nicht ausreichend kompatibel zum vorliegenden Batteriesystem ist.
Um Systemspannungen eines Batteriesystems von > 100V sicher zu schalten, wird üblicherweise ein Hochstromrelais, insbesondere ein großer Schütz, verwendet, das strangweise oder einmal in das Gesamtbatteriesystem integriert wird. Ein derartiges bekanntes Batteriesystem ist in der 1 dargestellt. Dort ist ein Batteriesystem 1 mit zwei Batterien 10 dargestellt, wobei jede der zwei Batterien 10 drei in Serie geschaltete Energiespeichermodule 11, auch als Batteriemodul bezeichnet, aufweist. Bei Auftreten eines kritischen Betriebszustandes eines Energiespeichermodules 11, beispielsweise eines Spannungsabfalls einer Zelle, schaltet das Hochstromrelais 40 das gesamte Batteriesystem 1 ab.
Unter Berücksichtigung der zentralen Anforderungen "Modularität“ und „Eigensicherheit" bei diesem Batteriesystem folgt, dass in jedes Energiespeichermodul ein eigenes Schaltelement zu integrieren ist. So können die jeweiligen Energiespeichermodule bei kritischen Betriebszuständen effektiv geschützt werden. Das Problem bei in Serie geschalteten Energiespeichermodulen einer Batterie eines Batteriesystems ist gemäß der Regel der 2. Kirchhoffschen Gleichung, dass Systemspannung über dem Energiespeichermodul anliegt, welches den Strompfad durch Abschaltung unterbricht. Die zulässige Sperrspannung eines jeden Schaltelementes muss also über der möglichen Batteriesystemspannung liegen. Das heißt, bei Batteriesystemspannungen von über 100V, teilweise bis zu 1000V, müsste jedes Schaltelement entsprechend ausgelegt sein. Schaltelemente, die eine Sperrspannung von > 100V, teilweise bis zu 1000V, aushalten, sind derzeit nur unter hohem Aufwand realisierbar. In der 2 ist eine Serienschaltung von abschaltbaren Energiespeichermodulen 11 schematisch dargestellt. Charakteristisch für die bei einer derartigen Serienschaltung verwendeten Halbleiterelemente, insbesondere MOSFETs, ist jedoch der Verlust der Stromtragfähigkeit bei Erhöhung der erforderlichen Sperrspannung. Um für die Energiespeichermodule eine ausreichende Stromtragfähigkeit zu garantieren, ist die Systemspannung bei einer derartigen Variante zurzeit auf eine zu niedrige Systemspannung begrenzt. Dies ist jedoch ein Problem, da die Systemspannung von Batteriesystemen häufig deutlich über 60V liegt beziehungsweise liegen soll.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, ein Batteriesystem mit mindestens einer Batterie, die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule aufweist, bzw. ein Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen einer Batterie eines Batteriesystems zu schaffen, die ermöglichen, dass bei kritischen Betriebszuständen oder Fehlern eines Energiespeichermodules sämtliche Energiespeichermodule der Batterien des Batteriesystems schnell und sicher abgeschaltet werden, ohne Schaden zu nehmen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriesystem mit mindestens einer Batterie, die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule aufweist, mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen mindestens einer Batterie eines Batteriesystems mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem beschrieben sind, selbstverständlich auch in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Batteriesystem mit mindestens einer Batterie, die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule aufweist, gelöst. Ferner ist das Batteriesystem dadurch gekennzeichnet, dass dieses Kontrolleinheiten aufweist, wobei jedes Energiespeichermodul eine Kontrolleinheit aufweist. Jede Kontrolleinheit dient zu Überwachung eines Energiespeichermodules. Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem ein Netzwerk vorgesehen, mit dem die Kontrolleinheiten miteinander derart verbunden sind, dass die Kontrolleinheiten eine MasterMaster-Systemarchitektur innerhalb des Netzwerkes bilden. Ebenso sind Schaltelemente vorgesehen, wobei jedes Energiespeichermodul ein Schaltelement aufweist, wobei die Schaltelemente über das Netzwerk von jeder Kontrolleinheit ansteuerbar sind und zum Abschalten eines jeden Energiespeichermodules ausgebildet sind.
Ein derartig ausgebildetes Batteriesystem stellt ein Batteriesystem dar, das modular ausgebildet ist und eine hohe Sicherheit der Energiespeichermodule gewährleistet, da in jedes Energiespeichermodul ein Schaltelement integriert beziehungsweise jedem Energiespeichermodul ein Schaltelement zugeordnet ist. So ist es möglich, jedes Energiespeichermodul bei kritischen Betriebszuständen effektiv zu schützen. Durch ein derartiges Batteriesystem kann der sogenannte Trade-Off zwischen Sperrspannung und Stromtragfähigkeit umgangen werden. Das heißt, ein derartiges Batteriesystem ermöglicht, dass sowohl die Sperrspannung als auch die Stromtragfähigkeit der jeweiligen Schaltelemente hoch sein kann. Durch die gleichmäßige und gleichzeitige Verteilung der Systemspannung auf die in Reihe verschalteten Energiespeichermodule, kann die Spannungsfestigkeit des Batteriesystems erhöht werden, ohne dass der zulässige Strom reduziert wird. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass sämtliche Energiespeichermodule des Batteriesystems über ihre jeweilige Kontrolleinheit über eine Master-Master-Systemarchitektur des Netzwerkes verbunden sind und keinen übergeordneten Hauptcomputer benötigen. Durch diese Systemarchitektur lässt sich ein gleichzeitiges Abschalten aller in Reihe verschalteter Energiespeichermodule gewährleisten. Das heißt, um die Gleichzeitigkeit des Abschaltvorgangs aller in Reihe verschalteter Energiespeichermodule zu gewährleisten, wird die Steuerung der Schaltelemente von der Systemebene, das heißt, dem Netzwerk, heraus realisiert. Ein derartiges Batteriesystem zeichnet sich durch eine Austauschbarkeit der jeweiligen Energiespeichermodule aus. Das heißt, jedes Energiespeichermodul kann einfach zu einem nahezu beliebigen Batteriesystem verbunden werden. Bei der Master-Master-Systemarchitektur der Kontrolleinheiten wird sozusagen eine Überwachung der jeweiligen Betriebszustände der einzelnen Energiespeichermodule durch die Energiespeichermodule selbst realisiert. Hierbei erfolgt eine direkte Kommunikation der einzelnen Kontrolleinheiten über das Netzwerk miteinander. So kann jede Kontrolleinheit eines jeden Energiespeichermodules, insbesondere zyklisch, entsprechende Daten, wie beispielsweise den Ladezustand oder den Spannungswert seines Energiespeichermodules, an das Netzwerk senden, so dass diese Daten von jeder Kontrolleinheit aller vorhandenen Energiespeichermodule erfasst werden können.
Bei einem derartigen Batteriesystem kann bei kritischen Betriebszuständen eines Energiespeichermodules, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Zelle des Energiespeichermodules, oder bei intern detektierten Fehlern, die keinen sicheren Betrieb des Batteriesystems mehr zulassen, über das Netzwerk ein Signal gesendet werden und auf alle im Netzwerk befindlichen Energiespeichermodule übertragen werden. Dieses über das Netzwerk übertragene Signal, was insbesondere als Fehlersignal bezeichnet wird, kann von den jeweiligen Schaltelementen empfangen werden, woraufhin diese die ihnen zugeordnete Energiespeichermodule abschalten. Das heißt, durch die direkte Ansteuerung der Schaltelemente über das Netzwerk können die jeweiligen Energiespeichermodule mit nur minimaler Latenzzeit gleichzeitig abgeschaltet werden. Dadurch, dass die einzelnen Schaltelemente eines jeden Energiespeichermodules über das Netzwerk direkt von jeder Kontrolleinheit ansteuerbar sind und zum Abschalten eines jeden Energiespeichermodules ausgebildet sind, ist gewährleistet, dass bei Auftreten eines kritischen Betriebszustandes bzw. eines Fehlers eines Energiespeichermodules, die anderen Energiespeichermodule direkt von der Kontrolleinheit des fehlerbehafteten Energiespeichermodules zum Abschalten angesteuert werden können.
Erfindungsgemäß kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass das Netzwerk eine elektrisch isolierte Kabelverbindung oder ein elektrisch isoliertes Bussystem aufweist, das von jedem Energiespeichermodul mit Energie versorgbar ist. Im Gegensatz zu einer Master-Slave-Architektur, in der nur der Mastercontroller die Spannung allein erzeugt, kann im Master-Master-Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung jedes einzelne Energiespeichermodul das Bussystem mit einer entsprechenden Spannung versorgen. So liegt vorzugsweise in dem Netzwerk, das heißt, in der elektrischen Kabelverbindung oder dem elektrischen Bussystem, vorteilhafterweise ein gleichmäßiger Signalpegel, das heißt eine gleichmäßige Spannung, an. Bei kritischen Betriebszuständen eines Energiespeichermodules kann über die Kontrolleinheit des fehlerhaften Energiespeichermoduls ein Signal über die elektrisch isolierte Kabelverbindung bzw. das elektrisch isolierte Bussystem gesendet werden und auf alle im Strang befindlichen Energiespeichermodule übertragen werden. Hierdurch können alle Energiespeichermodule schnell gleichzeitig abgeschaltet werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass die Schaltelemente und/oder die Kontrolleinheiten galvanisch getrennt von dem Netzwerk sind. Dies dient zur Sicherheit der Kontrolleinheiten und/oder der Schaltelemente sowie der Energiespeichermodule. Die Spannung des Netzwerkes ist von der Systemspannung getrennt. Die Schaltelemente und/oder die Kontrolleinheiten sind durch eine elektrisch nicht leitfähige Verbindung/Schnittstelle von dem Netzwerk getrennt, so dass keine Ladungsträger von dem Netzwerk in die Schaltelemente und/oder die Kontrolleinheiten fließen können. So kann lediglich das von einer Kontrolleinheit über das Netzwerk übertragene Fehlersignal zu den jeweiligen Schaltelementen der einzelnen Energiespeichermodule übertragen werden.
Besonders bevorzugt kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass zwischen dem Netzwerk und jedem Schaltelement jeweils eine Leistungselektronik, insbesondere ein sogenannter Gate-Treiber, zur Ansteuerung der Schaltelemente über das Netzwerk angeordnet ist. Das über das elektrisch isolierte Netzwerk, insbesondere Bussystem, übertragene Signal wird über die galvanisch getrennten Schnittstellen der jeweiligen Leistungselektroniken, insbesondere der Gate-Treiber, übertragen und von diesen die jeweiligen Schaltelemente angesteuert. Die Leistungselektroniken sind elektronische Schaltungen, die gewährleisten können, dass die Energiespeichermodule mit nur minimaler Latenzzeit gleichzeitig durch die Schaltelemente abgeschaltet werden können. Die Leistungselektronik bzw. der Gate-Treiber ist eine elektronische Schaltung, die ein Schaltelement, wie beispielsweise ein MOSFET, ansteuern kann. Dabei kann die Leistungselektronik bzw. der Gate-Treiber als eine Kombination aus Pegelumsetzer und Verstärker ausgebildet sein. Das heißt, die Leistungselektronik bzw. der Gate-Treiber setzt das über das Netzwerk übertragene Fehlersignal um und leitet dadurch ein Signal an das jeweilige Schaltelement weiter, damit dieses das jeweilige Energiespeichermodul abschalten kann. Die Leistungselektronik ist vorzugsweise getrennt von einem jeden Schaltelement zwischen dem Schaltelement und dem Netzwerk angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass die Leistungselektronik, insbesondere der Gate-Treiber, in das jeweilige Schaltelement integriert ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass die Schaltelemente als MOSFETs ausgebildet sind. Die Schaltelemente, insbesondere die MOSFETs, ermöglichen ein Abschaltverfahren und ein entsprechendes Einschaltverfahren nach folgendem Schema:

– Ausgangssituation: Der Drainstrom I_D ist größer 0A; Die Gatespannung V_GS ist größer 0V, so dass das Schaltelement, insbesondere der MOSFET, sich im leitenden Zustand befindet;
– Die Gateladung/Gatespannung wird entzogen, das heißt V_GS geht gegen 0V; Das Schaltelement/der MOSFET geht über in den Sperrbetrieb;
– Der so entstehende und gewünschte Widerstand zwischen Drain und Source bedingt in einer Reihenschaltung unter Last einen rapiden Anstieg der Drain-Source-Spannung V_DS;
– Noch bevor die Drain-Source-Spannung V_DS einen für das Schaltelement/den MOSFET kritischen Wert erreicht, öffnet die Z-Diode V_Z und lädt die Gatekapazität Q_GS wieder auf, worauf der Bahnwiderstand wie die Drain-Source-Spannung V_DS sinken;
– Eine korrekte Parametrierung aller zur Schaltung gehörigen Bauelemente vorausgesetzt, verhindert diese ein Überschreiten der maximal zulässigen Sperrspannung eines Schaltelementes/MOSFETs.

Das heißt, die zuvor beschriebene Schaltung verhindert das Auftreten einer zu hohen Sperrspannung in den Schaltelementen, insbesondere den MOSFETs, indem die Schaltelemente/MOSFETs im linearen Bereich betrieben werden. Dieser Bereich ist vorzugsweise in weniger als einer Millisekunde zu durchlaufen, da die auftretende Verlustleistung zur Zerstörung der Schaltelemente, insbesondere des MOSFETs, führen kann. Durch derartige Schaltelemente bzw. MOSFETs kann die Systemspannung gleichmäßig auf die in Reihe verschalteten Energiespeichermodule verteilt werden.
Hierdurch kann die Spannungsfestigkeit des Batteriesystems erhöht werden, ohne dass der zulässige Strom reduziert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass zwischen dem Netzwerk und jedem Schaltelement, insbesondere zwischen dem Netzwerk und jeder Leistungselektronik, jeweils eine Komparatorschaltung angeordnet ist, wobei jede Komparatorschaltung zur Überprüfung des Signalpegels, das heißt der Spannung, des Netzwerkes und zur Ansteuerung eines Schaltelementes, insbesondere einer Leistungselektronik, ausgebildet ist. Derartige Komparatorschaltungen ermöglichen bei Auftreten eines Kabelbruchs im Netzwerk, dass das Batteriesystem sicher und schnell abgeschaltet werden kann. Das Schaltprinzip der Schaltelemente des Batteriesystems funktioniert nur, wenn die Systemspannung auf alle Schaltelemente gleichmäßig verteilt ist. Daher ist der Kabelbruch im Netzwerk, beispielsweise in der elektrisch isolierten Kabelverbindung oder in dem elektrisch isolierten Bussystem, ein zwingendes Auslösekriterium zum gleichzeitigen Abschalten eines jeden einzelnen Energiespeichermodules. So kann durch jede Komparatorschaltung der Signalpegel des Netzwerkes überprüft werden und bei einer außerplanmäßigen Abweichung des Signalpegels über die Komparatorschaltung ein Abschalten aller Energiespeichermodule gleichzeitig ausgelöst werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass jede Komparatorschaltung derart ausgebildet ist, dass sie bei Feststellung der Überschreitung eines bestimmten Maximalwertes des Signalpegels des Netzwerkes oder der Unterschreitung eines bestimmten Minimalwertes des Signalpegels des Netzwerkes das jeweils zugeordnete Schaltelement zur Abschaltung des entsprechenden Energiespeichermodules ansteuern kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Kabelbruch in dem Netzwerk zu einer Abschaltung der einzelnen Energiespeichermodule führt. So steuern die Komparatorschaltungen das jeweils ihnen zugeordnete Schaltelement unmittelbar an, wenn diese feststellen, dass ein Maximalwert des Signalpegels oder ein Minimalwert des Signalpegels des Netzwerkes über- bzw. unterschritten wird. Der Signalpegel, das heißt, die Spannung, die im Netzwerk anliegt, ist somit ein Abschaltkriterium für das erfindungsgemäße Batteriesystem. Im Falle eines Kabelbruchs in dem Netzwerk detektieren die Komparatorschaltungen der Energiespeichermodule, die vor dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind, das Überschreiten des Maximalwertes, das heißt, das Überschreiten einer maximal zulässigen Spannung, und lösen dadurch die Abschaltung der Energiespeichermodule durch die einzelnen Schaltelemente der Energiespeichermodule aus, die vor dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind. Die Komparatorschaltungen der Energiespeichermodule, die nach dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind, detektieren ein Abfallen des Signalpegels unter die zulässige Minimalspannung und lösen ebenso die Abschaltung der restlichen Energiespeichermodule aus. Eine korrekt ausgelegte Schaltung bzw. korrekt ausgelegte Schaltelemente, kann/können die Latenzzeit zwischen der Abschaltung der Energiespeichermodule vor und nach dem Kabelbruch minimieren.
Erfindungsgemäß kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass die Energiespeichermodule auswechselbar in der Batterie des Batteriesystems angeordnet sind. Durch die Modularität und Eigensicherheit eines jeden Energiespeichermodules ist sichergestellt, dass ein fehlerhaftes Energiespeichermodul einfach und kostengünstig ausgetauscht werden kann.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen mindestens einer Batterie eines Batteriesystems, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist, gelöst. Dabei ist das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

– Durch jede Kontrolleinheit wird der Betriebszustand des jeder Kontrolleinheit zugeordneten Energiespeichermodules überwacht,
– Bei Feststellung eines detektierten kritischen Betriebszustandes oder eines Fehlers eines Energiespeichermodules durch die diesem Energiespeichermodul zugeordnete Kontrolleinheit, wird durch diese Kontrolleinheit ein Fehlersignal auf das Netzwerk gesendet,
– durch das dem fehlerhaften Energiespeichermodul zugeordnete Schaltelement wird nach dem Empfang des Fehlersignales über das Netzwerk das fehlerhafte Energiespeichermodul abgeschaltet,
– durch die Schaltelemente der anderen Energiespeichermodule werden nach dem Empfang des Fehlersignales über das Netzwerk parallel zu dem Abschalten des fehlerhaften Energiespeichermodules die ihnen zugeordneten Energiespeichermodule abgeschaltet.

Dementsprechend bringt ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen mindestens einer Batterie eines Batteriesystems die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Batteriesystem erläutert worden sind.
Durch ein derartiges Verfahren ist sichergestellt, dass die Energiespeichermodule der mindestens einen Batterie des Batteriesystems bei kritischen Betriebszuständen zumindest eines Energiespeichermodules effektiv geschützt werden können. Jede Kontrolleinheit überwacht das ihr zugeordnete Energiespeichermodul. Sobald eine Kontrolleinheit einen kritischen Betriebszustand, der vorher festgelegt werden kann, oder einen sonstigen Fehler des ihm zugeordneten Energiespeichermodules detektiert, sendet diese Kontrolleinheit unmittelbar ein Fehlersignal auf das Netzwerk, das heißt, auf die elektrisch isolierte Kabelverbindung oder das elektrisch isolierte Bussystem, welches von jedem Energiespeichermodul mit Energie versorgt wird. Das Netzwerk überträgt das Fehlersignal zu allen Energiespeichermodulen, das heißt zu allen Schaltelementen der Energiespeichermodule des Netzwerkes. Die galvanisch von dem Netzwerk getrennten Schaltelemente empfangen das Fehlersignal, welches über das Netzwerk übertragen wird, und schalten parallel die Energiespeichermodule ab. Durch das Netzwerk ist gewährleistet, dass alle Energiespeichermodule gleichzeitig und schnell abgeschaltet werden können.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass das Fehlersignal über das Netzwerk zu galvanisch vom Netzwerk getrennten Leistungselektroniken, insbesondere Gate-Treibern, eines jeden Energiespeichermodules gesendet wird und dass nach dem Empfang des Fehlersignales durch die Leistungselektroniken eines jeden Energiespeichermodules, durch jede Leistungselektronik das ihr zugeordnete Schaltelement zur Abschaltung des jeweiligen Energiespeichermodules angesteuert wird. Das heißt, die galvanisch von dem Netzwerk getrennten Leistungselektroniken empfangen das über das Netzwerk, insbesondere über das Bussystem, übertragene Fehlersignal einer Kontrolleinheit, verarbeiten dieses Fehlersignal derart, dass sie unmittelbar das ihnen zugeordnete Schaltelement zur Abschaltung des jeweiligen Energiespeichermodules ansteuern. Die Leistungselektronik bzw. der Gate-Treiber setzt das über das Netzwerk übertragene Fehlersignal um und leitet dadurch ein Signal an das jeweilige Schaltelement weiter, damit dieses das jeweilige Energiespeichermodul abschalten kann.
Bei einem Verfahren kann vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass bei Feststellung eines definierten kritischen Betriebszustandes oder eines Fehlers eines Energiespeichermodules durch die diesem Energiespeichermodul zugeordnete Kontrolleinheit, durch diese Kontrolleinheit unmittelbar das Fehlersignal auf das Netzwerk gesendet wird und das jedes Schaltelement innerhalb von weniger als einer Millisekunde nach Aussendung des Fehlersignales auf das Netzwerk das ihm zugeordnete Energiespeichermodul abschaltet. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine zu hohe Sperrspannung in den Schaltelementen, insbesondere den MOSFETs, auftritt. Dadurch, dass jedes Schaltelement innerhalb von weniger als einer Millisekunde nach Aussendung des Fehlersignales auf das Netzwerk das ihm zugehörige Energiespeichermodul abschaltet, ist gewährleistet, dass jedes einzelne Schaltelement für kurze Zeit in einem linearen Bereich betrieben wird. Es ist erforderlich, dass dieser lineare Bereich innerhalb von weniger als einer Millisekunde durchlaufen wird von jedem Schaltelement, da die auftretenden Verlustleistungen sonst zur Zerstörung des Schaltelementes führen können. Daher ist ein Verfahren vorteilhaft, bei dem die Schaltelemente, insbesondere die MOSFETs, eines jeden Energiespeichermodules bei Feststellung einer zu hohen Systemspannung der in Reihen geschaltete Energiespeichermodule in einem linearen Bereich betrieben werden, bis sie aufgrund des empfangen Fehlersignales bzw. des Abschaltsignals der jeweiligen Leistungselektronik abschalten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass durch die Schaltelemente der nicht fehlerhaften Energiespeichermodule, diese mit einer derartigen minimalen Latenzzeit gleichzeitig abgeschaltet werden, dass der lineare Bereich der jeweiligen Schaltelemente, insbesondere der jeweiligen MOSFETs, in weniger als einer Millisekunde durchlaufen wird. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Kontrolleinheiten eines jeden Energiespeichermodules direkt mit dem Netzwerk, insbesondere dem Bussystem, kommunizieren. Das von einer Kontrolleinheit auf das Netzwerk übertragene Fehlersignal kann unmittelbar von allen anderen Energiespeichermodulen beziehungsweise Leistungselektroniken ausgewertet werden. Das heißt, über die galvanisch getrennte Schnittstelle der Leistungselektroniken, insbesondere der Gate-Treiber, kann das Fehlersignal zu den jeweiligen Schaltelementen gelangen, so dass die einzelnen Energiespeichermodule mit nur minimaler Latenzzeit gleichzeitig abschalten, wodurch der lineare Bereich der Schaltelemente, insbesondere der MOSFETs, schnell durchschritten werden kann.
Erfindungsgemäß kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass während des Betriebs der Batterie das Netzwerk mit einem bestimmten Signalpegel, das heißt einer bestimmten Spannung, beaufschlagt wird, dass dieser Signalpegel durch die Komparatorschaltungen eines jeden Energiespeichermodules überprüft wird und dass durch jede Komparatorschaltung bei Feststellung der Überschreitung eines bestimmten Maximalwertes des Signalpegels oder der Unterschreitung eines bestimmten Minimalwertes des Signalpegels das ihr zugeordnete Schaltelement, insbesondere die ihr zugeordnete Leistungselektronik, zur Abschaltung des jeweiligen Energiespeichermodules angesteuert wird. Durch ein derartiges Verfahren kann die Funktionalität des Batteriesystems im Falle eines Kabelbruchs sichergestellt werden. Die je Energiespeichermodul verbaute Komparatorschaltung überprüft den Signalpegel des Netzwerkes, insbesondere des Bussystems, auf Überschreiten eines Maximalwertes und Unterschreiten eines Minimalwertes. Im Falle eines Kabelbruchs im Netzwerk detektieren alle Energiespeichermodule, die vor dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind, das Überschreiten eines Maximalwertes und lösen die Abschaltung der Energiespeichermodule, die vor dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind, aus. Die Komparatorschaltungen der Energiespeichermodule, die nach dem Kabelbruch mit dem Netzwerk verbunden sind, detektieren entsprechend ein Abfallen des Signalpegels unter die Minimalspannung und lösen ebenso die Abschaltung dieser Energiespeichermodule aus.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:
1: die Standardabschaltung eines Batteriesystems mit einem Hochstromrelais gemäß dem Stand der Technik,
2: eine allgemein bekannte Serienschaltung von zwei abschaltbaren Energiespeichermodulen eines Batteriesystems,
3: ein Prinzipschaltbild eines einem Energiespeichermodul zugeordneten Schaltelementes inklusive Schutzschaltung für die Reihenschaltung der Energiespeichermodule eines Batteriesystems, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
4: ein Energiespeichermodul mit Schaltelement sowie Kontrolleinheit und Leistungselektronik, welches an ein Netzwerk eines Batteriesystems angeschlossen ist, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
5: drei in Serie geschaltete Energiespeichermodule, jeweils mit Schaltelement, Kontrolleinheit und Leistungselektronik, welche an ein Netzwerk eines Batteriesystems angeschlossen sind, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
6: Komparatorschaltungen zur Abschaltsicherheit im Fehlerfall, die zwischen dem Netzwerk und den jeweiligen Energiespeichermodulen eines Batteriesystems angeordnet sind, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, und
7: die Spannungsverläufe des Signalpegels des Netzwerkes nach einem Kabelbruch in einem Spannungs-Zeit-Diagramm.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 7 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine bekannte Standardschaltung eines Batteriesystems 1 mit einem Hochstromrelais 40, über welches die zwei parallel geschalteten Batterien 10, die jeweils drei in Serie geschaltete Energiespeichermodule 11 aufweisen, bei einem Fehler in einem Energiespeichermodul abgeschaltet werden können.
2 zeigt schematisch eine Serienschaltung zweier abschaltbarer Energiespeichermodule 11. Jedem Energiespeichermodul ist ein Schaltelement 30, insbesondere in Form eines MOSFETs, sowie eine Leistungselektronik 31, die das Schaltelement ansteuert, zugeordnet. Die Systemspannung ist mit U_LAST dargestellt. Eine derartige Serienschaltung von Energiespeichermodulen 11 ist bekannt. Charakteristisch für die verwendeten Schaltelemente 30 ist der Verlust der Stromtragfähigkeit bei Erhöhung der erforderlichen Sperrspannung. Um für die Energiespeichermodule 11 eine ausreichende Stromtragfähigkeit zu garantieren, ist die Systemspannung U_LAST in dieser Variante zurzeit auf 60V begrenzt. Dies ergibt sich aus folgender Gleichung
In 3 ist ein Prinzipschaltbild eines einem Energiespeichermodul 11 zugeordneten Schaltelementes 30 inklusive Schutzschaltung für die Reihenschaltung der Energiespeichermodule 11 eines Batteriesystems 1, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, dargestellt. Das Schaltelement 30 ermöglicht ein Abschaltverfahren und ein entsprechendes Einschaltverfahren nach folgendem Schema:

– Ausgangssituation: Der Drainstrom I_D ist größer 0A; Die Gatespannung V_GS ist größer 0V, so dass das Schaltelement 30, insbesondere der MOSFET, sich im leitenden Zustand befindet;
– Die Gateladung/Gatespannung wird entzogen, das heißt V_GS geht gegen 0V; Das Schaltelement/der MOSFET 30 geht über in den Sperrbetrieb;
– Der so entstehende und gewünschte Widerstand zwischen Drain D und Source S bedingt in einer Reihenschaltung unter Last einen rapiden Anstieg der Drain-Source-Spannung V_DS;
– Noch bevor die Drain-Source-Spannung V_DS einen für das Schaltelement/den MOSFET 30 kritischen Wert erreicht, öffnet die Z-Diode V_Z und lädt die Gatespannung V_GS wieder auf, worauf der Bahnwiderstand wie die Drain-Source-Spannung V_DS sinken;
– Eine korrekte Parametrierung aller zur Schaltung gehörigen Bauelemente vorausgesetzt, verhindert diese ein Überschreiten der maximal zulässigen Sperrspannung eines Schaltelementes/MOSFETs 30.

Das heißt, wenn die Gate-Spannung V_GS gegen 0 geht, baut sich die Drain-Source-Spannung V_DS auf. Bisher war das Problem, das diese Drain-Source-Spannung V_DS nicht mehr als 60V erreichen durfte, damit das Schaltelement 30 nicht zerstört wird. Damit diese Drain-Source-Spannung V_DS keine Spannung > 60V erreicht, öffnet bei dieser Schaltung die Z-Diode V_Z und lädt dadurch die Gate-Spannung V_DS wieder auf. Dies geht jedoch nur kurz, da sonst sich ein großer Widerstand an dem Gate G aufbaut, was zu einer Verlustleistung und zur Entstehung von Wärmeenergie und damit zur Zerstörung des Schaltelementes 30 führt.
In der 4 ist schematisch ein Energiespeichermodul 11 mit Schaltelement 30 sowie Kontrolleinheit 12 und Leistungselektronik 31, welches an ein Netzwerk 20 eines Batteriesystems 1 angeschlossen ist, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Batteriesystem 1 weist ein eine Kontrolleinheit 12 und eine Leistungselektronik 31 auf, die galvanisch getrennt mit dem Netzwerk 20, insbesondere einem Bussystem, verbunden sind. Diese galvanische Trennung beziehungsweise Isolierung ist durch Bezugszeichen 33 dargestellt. Durch die Kontrolleinheit 12 kann der Betriebszustand des Energiespeichermodules 11 überwacht werden. Bei Feststellung eines definierten kritischen Betriebszustandes oder Fehlers des Energiespeichermodules 11 durch die Kontrolleinheit 12, sendet die Kontrolleinheit 12 ein Fehlersignal über die galvanisch getrennte Schnittstelle auf das Netzwerk 20. Das Fehlersignal wird über das Netzwerk 20 an alle Schaltelemente 30 sämtlicher Energiespeichermodule 11 weitergeleitet. Dabei wird das Fehlersignal über eine galvanisch getrennte Schnittstelle an jede Leistungselektronik 31, die insbesondere als Gate-Treiber ausgebildet sind, geleitet. Das heißt, das Fehlersignal, das über das Netzwerk 20 übertragen wird, wird von jeder Leistungselektronik 31 empfangen. Die jeweiligen Leistungselektroniken 31 der einzelnen Energiespeichermodule 11 steuern daraufhin die ihnen zugeordneten Schaltelemente 30 an, damit diese umgehend die ihnen zugeordneten Energiespeichermodule 11 abschalten. Dies erfolgt bei dem Energiespeichermodul 11 gleichzeitig.
In der 5 sind schematisch drei in Serie geschaltete Energiespeichermodule 11, jeweils mit Schaltelement 30, Kontrolleinheit 12 und Leistungselektronik 31, welche an ein Netzwerk 20 eines Batteriesystems 1 angeschlossen sind, das gemäß dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist, dargestellt. Die drei in Serie geschaltete Energiespeichermodule 11 sind jeweils über eine Kontrolleinheit 12 sowie eine Leistungselektronik 31 galvanisch getrennt mit einem Netzwerk 20, insbesondere in Form eines Bussystems, verbunden sind. Ist beispielsweise das oberste Energiespeichermodul 11 in einen kritischen Betriebszustand übergegangen, so sendet die Kontrolleinheit 12 dieses Energiespeichermodules 11 ein Fehlersignal auf das Netzwerk 20. Dies ist durch den Pfeil zwischen der Kontrolleinheit 12 des obersten Energiespeichermodules 11 und dem Netzwerk 20 dargestellt. Das Fehlersignal wird unmittelbar über das Netzwerk 20 an jede Leistungselektronik 31 der drei Energiespeichermodule 11 weitergleitet. Diese wiederum verarbeiten das Fehlersignal und steuern die ihnen zugeordneten Schaltelemente 30 derart an, dass diese die ihnen zugeordneten Energiespeichermodule 11 abschalten. Vorteilhaft bei dieser Anordnung bzw. bei diesem Verfahren zum Abschalten der Energiespeichermodule 11 mindestens einer Batterie 10 eines Batteriesystems 1 ist, dass sämtliche Energiespeichermodule 11 bei Auftreten eines Fehlers bei einem Energiespeichermodul 11 gleichzeitig abschalten können. Das heißt, die jeweiligen Energiespeichermodule 11 schalten mit nur minimaler Latenzzeit gleichzeitig ab, wodurch der lineare Bereich der jeweiligen Schaltelemente 30, insbesondere der MOSFETs, schnell durchschritten wird, so dass diese nicht zerstört werden. Ein derartig ausgebildetes Batteriesystem 1 kann mit hohen Systemspannungen betrieben werden, insbesondere mit Systemspannungen von mehr als 100V, da die in Serie geschalteten Energiespeichermodule 11 bei Auftreten eines Fehlers gleichzeitig abgeschaltet werden. Hierdurch ist es möglich, jedes Energiespeichermodul 11 bei kritischen Betriebszuständen eines Energiespeichermodules 11 effektiv zu schützen.
6 zeigt schematisch drei Energiespeichermodule 11, die über ein Netzwerk 20 miteinander verbunden sind. Zwischen dem Netzwerk 20 und jedem Energiespeichermodul 11 ist jeweils eine Komparatorschaltung 32 angeordnet. Die je Energiespeichermodule 11 verbaute Komparatorschaltung 32 überprüft den Signalpegel U_SIGNAL auf dem Netzwerk 20 auf Überschreiten eines Maximalwertes U_MAX und Unterschreiten eines Minimalwertes U_MIN. Im Falle eines Kabelbruchs 21 im Netzwerk 20 detektieren die zwei ersten Komparatorschaltungen 32, die vor dem Kabelbruch 21 an das Netzwerk 20 angeschlossen sind, das Überschreiten des Maximalwertes U_MAX des Signalpegels U_SIGNAL und lösen die Abschaltung der ihnen zugeordneten Energiespeichermodule 11 aus. Die Komparatorschaltung 32 des Energiespeichermodules 11, welches nach dem Kabelbruch 21 mit dem Netzwerk 20 verbunden ist, detektiert ein Abfallen des Signalpegels U_SIGNAL unter die Minimalspannung U_MIN und löst ebenso die Abschaltung des dritten Energiespeichermodules 11 aus.
In 7 sind schematisch die Spannungsverläufe des Signalpegels U_SIGNAL des Netzwerkes 20 nach einem Kabelbruch 21 in einem Spannungs-Zeit-Diagramm dargestellt. Tritt ein Kabelbruch 21 auf, so steigt der Signalpegel U_SIGNAL1) im Netzwerk 20 vor der Stelle des Kabelbruchs 21 rapide an, bis ein Maximalwert U_MAX überschritten wird. Parallel dazu fällt der Signalpegel U_SIGNAL2) ab, bis dieser einen Minimalwert U_MIN unterschreitet. Eine korrekt ausgelegte Schaltung minimiert die Latenzzeit T_LATENZ zwischen der Abschaltung der Energiespeichermodule 11 vor und nach dem Kabelbruch 21.
Bezugszeichenliste

1: Batteriesystem
10: Batterie
11: Energiespeichermodul
12: Kontrolleinheit
20: Netzwerk / Bussystem / Kabelverbindung
21: Kabelbruch
30: Schaltelement / MOSFET
31: Leistungselektronik / Gate-Treiber
32: Komparatorschaltung
33: Isolierung / galvanische getrennte Verbindung
40: Hochstromrelais / Schütz
U_LAST: Systemspannung
I_D: Drainstrom
V_GS: Gatespannung
V_DS: Drain-Source-Spannung
V_Z: Z-Diode
D: Drain
G: Gate
S: Source
U_SIGNAL: Signalpegel
U_MAX: Maximal zulässiger Signalpegel
U_MIN: Minimal zulässiger Signalpegel
U_SIGNAL1): Signalpegel vor Kabelbruch
U_SIGNAL2): Signalpegel nach Kabelbruch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010060305 A1 [0002]
DE 698231204 D2 [0003]

Claims

Batteriesystem (1) mit mindestens einer Batterie (10), die mehrere in Serie geschaltete Energiespeichermodule (11) aufweist, Kontrolleinheiten (12), wobei jedes Energiespeichermodul (11) eine Kontrolleinheit (12) aufweist, einem Netzwerk (20), mit dem die Kontrolleinheiten (12) miteinander derart verbunden sind, dass die Kontrolleinheiten (12) eine Master-Master-Systemarchitektur innerhalb des Netzwerkes (20) bilden, Schaltelementen (30), wobei jedes Energiespeichermodul (11) ein Schaltelement (30) aufweist, wobei die Schaltelemente (30) über das Netzwerk (20) von jeder Kontrolleinheit (12) ansteuerbar sind und zum Abschalten eines jeden Energiespeichermodules (11) ausgebildet sind.
Batteriesystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk (20) eine elektrisch isolierte Kabelverbindung oder ein elektrisch isoliertes Bussystem aufweist, dass von jedem Energiespeichermodul (11) mit Energie versorgbar ist.
Batteriesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (30) und/oder die Kontrolleinheiten (12) galvanisch getrennt von dem Netzwerk (20) sind.
Batteriesystem (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Netzwerk (20) und jedem Schaltelement (30) jeweils eine Leistungselektronik (31), insbesondere eine Gate-Treiber, zur Ansteuerung der Schaltelemente (30) über das Netzwerk (20) angeordnet ist.
Batteriesystem (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (30) als MOSFETs ausgebildet sind.
Batteriesystem (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Netzwerk (20) und jedem Schaltelement (30), insbesondere zwischen dem Netzwerk (20) und jeder Leistungselektronik (31), jeweils eine Komparatorschaltung (32) angeordnet ist, wobei jede Komparatorschaltung (32) zur Überprüfung des Signalpegels des Netzwerkes (20) und zur Ansteuerung eines Schaltelementes (30), insbesondere einer Leistungselektronik (31), ausgebildet ist.
Batteriesystem (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Komparatorschaltung (32) derart ausgebildet ist, dass sie bei Feststellung der Überschreitung eines bestimmten Maximalwertes des Signalpegels des Netzwerkes (20) oder der Unterschreitung eines bestimmten Minimalwertes des Signalpegels des Netzwerkes (20) das jeweils zugeordnete Schaltelement (30) zur Abschaltung des entsprechenden Energiespeichermodules (11) ansteuern kann.
Batteriesystem (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichermodule (11) auswechselbar in der Batterie (10) angeordnet sind.
Verfahren zum Abschalten von in Serie geschalteten Energiespeichermodulen (11) mindestens einer Batterie (10) eines Batteriesystems (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist: – durch jede Kontrolleinheit (12) wird der Betriebszustand des jeder Kontrolleinheit (12) zugeordneten Energiespeichermodules (11) überwacht, – bei Feststellung eines definierten kritischen Betriebszustandes oder eines Fehlers eines Energiespeichermodules (11) durch die diesem Energiespeichermodul (11) zugeordnete Kontrolleinheit (12), wird durch diese Kontrolleinheit (12) ein Fehlersignal auf das Netzwerk (20) gesendet, – durch das dem fehlerhaften Energiespeichermodul (11) zugeordnete Schaltelement (30) wird nach dem Empfang des Fehlersignales über das Netzwerk (20) das fehlerhafte Energiespeichermodul (11) abgeschaltet, – durch die Schaltelemente (30) der anderen Energiespeichermodule (11) werden nach dem Empfang des Fehlersignales über das Netzwerk (20) parallel zu dem Abschalten des fehlerhaften Energiespeichermodules (11) die ihnen zugeordneten Energiespeichermodule (11) abgeschaltet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, – dass das Fehlersignal über das Netzwerk (20) zu galvanisch vom Netzwerk getrennten Leistungselektroniken (31) eines jeden Energiespeichermodules (11) gesendet wird und – dass nach dem Empfang des Fehlersignales durch die Leistungselektroniken (31) eines jeden Energiespeichermodules (11), durch jede Leistungselektronik (31) das ihr zugeordnete Schaltelement (30) zur Abschaltung des jeweiligen Energiespeichermodules (11) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung eines definierten kritischen Betriebszustandes oder eines Fehlers eines Energiespeichermodules (11) durch die diesem Energiespeichermodul (11) zugeordnete Kontrolleinheit (12), durch diese Kontrolleinheit (12) unmittelbar das Fehlersignal auf das Netzwerk (20) gesendet wird und dass jedes Schaltelement (30) innerhalb von weniger als 1ms nach Aussendung des Fehlersignales auf das Netzwerk (20) das ihm zugeordnete Energiespeichermodul (11) abschaltet.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (30), insbesondere die MOSFETs, eines jeden Energiespeichermodules (11) bei Feststellung einer zu hohen Systemspannung der in Reihen geschalteten Energiespeichermodule (11) in einem linearen Bereich betrieben werden, bis sie aufgrund des empfangenen Fehlersignales beziehungsweise des Abschaltsignals der jeweiligen Leistungselektronik (31) abschalten.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schaltelemente (30) der nicht fehlerhaften Energiespeichermodule (11) diese mit einer derartig minimalen Latenzzeit gleichzeitig abgeschaltet werden, dass der lineare Bereich der jeweiligen Schaltelemente (30), insbesondere der jeweiligen MOSFETs, in weniger als 1ms durchlaufen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Batterie (10) das Netzwerk (20) mit einem bestimmten Signalpegel, insbesondere einer bestimmten Spannung, beaufschlagt wird, dass dieser Signalpegel durch die Komparatorschaltungen (32) eines jeden Energiespeichermodules (11) überprüft wird und dass durch jede Komparatorschaltung (32) bei Feststellung der Überschreitung eines bestimmten Maximalwertes des Signalpegels oder der Unterschreitung eines bestimmten Minimalwertes des Signalpegels das ihr zugeordnete Schaltelement (30), insbesondere die ihr zugeordnete Leistungselektronik (31), zur Abschaltung des jeweiligen Schaltelementes (30) angesteuert wird.