DE102012213872A1 - Battery cell module of battery e.g. lithium-ion battery for e.g. motor car, has separating device to separate electrical interconnection element which is set for connecting electronic monitoring unit to battery cell - Google Patents

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Abstract

The battery cell module (1) has a battery cell (10) provided with a terminal portion. The terminal portion is coupled to an electrical interconnection element (11) which is provided for connecting an electronic monitoring unit (30) to the battery cell. The electrical interconnection element is automatically separated by a separating device. The separating device is provided with a heating unit (50) for heating a magnet (41) of a reed-relay (40) for reduction and recovery of magnetic effect. Independent claims are included for the following: (1) a battery; (2) a motor car; and (3) a method for operating battery.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, welches wenigstens eine Batteriezelle aufweist, sowie eine Batterie, die das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul umfasst. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie sowie ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Batterie. The present invention relates to a battery cell module having at least one battery cell, and a battery comprising the battery cell module according to the invention. Moreover, the present invention relates to a motor vehicle with a battery according to the invention and a method for operating a battery according to the invention.

Es besteht ein erheblicher Bedarf an Batterien für breite Anwendungsbereiche, beispielsweise für Fahrzeuge, stationäre Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, und mobile Elektronikgeräte, wie zum Beispiel Laptops und Kommunikationsgeräte. An diese Batterien werden sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit gestellt. There is a considerable demand for batteries for a wide range of applications, such as vehicles, stationary equipment such as wind turbines, and mobile electronic equipment such as laptops and communication equipment. These batteries are very high demands in terms of reliability, durability and performance.

Diese hohen Anforderungen sind dadurch bedingt, dass die Batterie eine sehr kostenintensive Komponente der jeweiligen Anlage ist und zudem oftmals eine systemrelevante Komponente ist, deren Betriebsbeeinträchtigung zum Ausfall des gesamten Systems führen kann. So kann zum Beispiel der Ausfall einer Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug zu einem unbeabsichtigten Stillstand des Fahrzeugs oder sogar zu sicherheitsrelevanten Problemen führen. Funktionsstörungen von Batterien in Windkraftanlagen können zu Havarien der gesamten Windkraftanlage führen, wenn die Batterien nicht bei zu starken Windverhältnissen eine Rotorblattverstellung bewirken können.These high requirements are due to the fact that the battery is a very expensive component of the respective system and also often is a systemically relevant component whose operational degradation can lead to the failure of the entire system. For example, the failure of a traction battery in an electric vehicle can lead to an inadvertent stoppage of the vehicle or even safety-related problems. Malfunction of batteries in wind turbines can lead to accidents of the entire wind turbine, if the batteries can not cause a rotor blade adjustment in too strong wind conditions.

Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist die Lithium-Ionen-Technologie. Sie zeichnet sich unter anderem durch hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.Predestined for a wide range of applications is lithium-ion technology. It is characterized among other things by high energy density and extremely low self-discharge.

Derartige Lithium-Ionen-Zellen umfassen üblicherweise eine Elektrode, die Lithium-Ionen im Zuge der sogenannten Interkalation reversibel einlagern kann oder im Zuge der sogenannten Deinterkalation wieder auslagern kann. Die Interkalation erfolgt beim Ladeprozess der Batteriezelle, und die Deinterkalation erfolgt bei der Entladung der Batteriezelle zur Stromversorgung von elektrischen Aggregaten.Such lithium-ion cells usually comprise an electrode, which can store reversibly lithium ions in the course of the so-called intercalation or can outsource again in the course of so-called deintercalation. The intercalation takes place during the charging process of the battery cell, and deintercalation takes place during the discharge of the battery cell for the power supply of electrical units.

Stand der TechnikState of the art

Insbesondere Lithium-Ionen-Batterien sind oftmals an eine elektronische Überwachungseinheit gekoppelt beziehungsweise umfassen diese, wobei die Überwachungseinheit zur Überwachung der Batteriefunktion und insbesondere des Ladungszustandes der einzelnen Batteriezellen dient. Üblicherweise ist diese Überwachungseinheit direkt an Terminals der Batteriezellen angeschlossen und von diesen Batteriezellen mit Strom versorgt.In particular, lithium-ion batteries are often coupled to or comprise an electronic monitoring unit, the monitoring unit serving to monitor the battery function and in particular the charge state of the individual battery cells. Usually, this monitoring unit is connected directly to terminals of the battery cells and powered by these battery cells with power.

Im Fall einer mechanischen Beschädigung der Batterie, wie zum Beispiel bei einem Unfall, kann die Überwachungseinrichtung beschädigt werden und unkontrolliert Strom aus den Batteriezellen ziehen. Dadurch kann es zu einer Überhitzung der Überwachungseinheit und/oder zu einer Tiefentladung der Batteriezellen kommen; gegebenenfalls deutlich verzögert nach der mechanischen Beschädigung.In the event of mechanical damage to the battery, such as in an accident, the monitoring device may be damaged and disconnect power from the battery cells in an uncontrolled manner. This can lead to overheating of the monitoring unit and / or to a total discharge of the battery cells; possibly significantly delayed after the mechanical damage.

Ob jedoch tatsächlich bei einer mechanischen Beschädigung der Batterie die Überwachungseinheit beschädigt wurde oder ihre elektrische Verbindung zu den Batteriezellen gestört wurde und sie demzufolge unzulässig Strom zieht, lässt sich nur mit einem unverhältnismäßig hohen Aufwand herausfinden. Wird dieser Aufwand nicht betrieben, bleibt unklar, ob die Überwachungseinheit sich überhitzen wird und/oder die Batterie tiefentladen werden wird. Es muss demzufolge die Batterie geöffnet und deaktiviert werden. Dies ist jedoch mit einem relativ hohen personellen und finanziellen Aufwand verbunden.However, whether mechanical damage to the battery actually damaged the monitoring unit or disturbed its electrical connection to the battery cells and consequently draws inadmissible power can only be discovered with disproportionate effort. If this effort is not operated, it remains unclear whether the monitoring unit will overheat and / or the battery will be deeply discharged. As a result, the battery must be opened and deactivated. However, this is associated with a relatively high personnel and financial outlay.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird erfindungsgemäß ein Batteriezellenmodul, insbesondere ein Lithium-Ionen-Batteriezellenmodul zur Verfügung gestellt, welches wenigstens eine Batteriezelle mit einem Terminal und eine mit dem Terminal gekoppelte elektrische Verbindung zum Anschluss einer elektronischen Überwachungseinheit an die Batteriezelle aufweist.According to the invention, a battery cell module, in particular a lithium-ion battery cell module, is provided which has at least one battery cell with a terminal and an electrical connection coupled to the terminal for connecting an electronic monitoring unit to the battery cell.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Batteriezellenmodul eine erste Trenneinrichtung aufweist, mit der die elektrische Verbindung automatisch trennbar ist. Dadurch lässt sich bei möglicher mechanischer Beschädigung der Batterie, wie zum Beispiel bei einem Unfall, die Verbindung zwischen einer Batteriezelle und der an dieser Batteriezelle angeordneten Überwachungseinheit trennen, so dass die Überwachungseinheit keinen Strom mehr von der Batteriezelle ziehen kann. Einer Überhitzung der Überwachungseinheit und/oder einer Tiefenladung einer Batteriezelle wird damit vorgebeugt.It is inventively provided that the battery cell module has a first separator, with which the electrical connection is automatically separable. As a result, in the event of possible mechanical damage to the battery, such as in the event of an accident, the connection between a battery cell and the monitoring unit arranged on this battery cell can be disconnected so that the monitoring unit can no longer draw any power from the battery cell. Overheating of the monitoring unit and / or a deep charge of a battery cell is thus prevented.

Das Terminal der Batteriezelle ist dabei ein körperlich ausgebildeter Batteriezellenpol, der zum Anschluss der Batteriezelle an eine Peripherie dient. Die automatische Trennbarkeit beinhaltet, dass bei einem Signal mit der Information einer bestehenden Gefahr selbsttätig die elektrische Verbindung getrennt wird, ohne dass weitere menschliche Handlungen vorzunehmen sind. The terminal of the battery cell is a physically trained battery cell pole, which serves to connect the battery cell to a periphery. The automatic separability implies that, in the case of a signal with the information of an existing danger, the electrical connection is automatically disconnected without further human actions being required.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls ist vorgesehen, dass dieses die elektronische Überwachungseinheit aufweist, die an die elektrische Verbindung angeschlossen ist. Dabei kann die elektrische Verbindung, die die Trenneinrichtung aufweist, in jeder der Verbindungsleitungen zur elektronischen Überwachungseinheit integriert sein. Vorzugsweise ist jedoch die elektrische Verbindung mit der Trenneinrichtung in der Leitung angeordnet, die die elektronische Überwachungseinheit mit Strom versorgt. In a preferred embodiment of the battery cell module according to the invention it is provided that this has the electronic monitoring unit which is connected to the electrical connection. The electrical Compound having the separator, be integrated in each of the connecting lines to the electronic monitoring unit. Preferably, however, the electrical connection to the separator is located in the line which powers the electronic monitoring unit.

Die Trenneinrichtung kann ein Heizelement umfassen, welches derart in der Nähe der elektrischen Verbindung angeordnet ist, dass die elektrische Verbindung mit vom Heizelement produzierter Wärme erwärmbar ist. Die elektrische Verbindung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie die Verbindung zum Terminal aufgrund der Erwärmung trennt. The separating device may comprise a heating element, which is arranged in the vicinity of the electrical connection, that the electrical connection with heat produced by the heating element can be heated. The electrical connection is designed such that it separates the connection to the terminal due to the heating.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung zumindest abschnittsweise bei Erwärmung durch das Heizelement verdampfbar und/oder verflüssigbar ist. Derart lässt sich eine Trennung der elektrischen Verbindung realisieren, vorzugsweise bereits ab einer Temperatur von 150 °C.In a preferred embodiment it is provided that the electrical connection is at least partially vaporizable and / or liquefiable when heated by the heating element. Such a separation of the electrical connection can be realized, preferably already from a temperature of 150 ° C.

Das heißt, dass die elektrische Verbindung einen relativ geringen Schmelzpunkt beziehungsweise Verdampfungspunkt aufweist. Das Heizelement ist sehr dicht an der elektrischen Verbindung angeordnet und mit einer entsprechenden Heizleistung versehen. Die elektrische Verbindung hat einen sehr geringen elektrischen Widerstand, nämlich vorzugsweise weniger als 1 Ω und idealerweise weniger als 0,1 Ω. Die elektrische Verbindung kann als Leitungselement zum Beispiel einen elektrisch leitfähigen Kunststoffdraht oder eine relativ dünne Aluminiumschicht aufweisen. Das Heizelement kann ein Wolframdraht sein, der in unmittelbarer Nähe des Leitungselementes angeordnet ist, so dass vom Heizelement abgegebene Wärme das Leitungselement bis zur Verflüssigung und/oder Verdampfung erwärmen kann und somit die elektrische Verbindung zum Terminal unterbrechen kann.That is, the electrical connection has a relatively low melting point or vaporization point. The heating element is arranged very close to the electrical connection and provided with a corresponding heating power. The electrical connection has a very low electrical resistance, preferably less than 1 Ω and ideally less than 0.1 Ω. The electrical connection can have, for example, an electrically conductive plastic wire or a relatively thin aluminum layer as the line element. The heating element may be a tungsten wire disposed in the immediate vicinity of the conduit member so that heat emitted by the heating element may heat the conduit member to liquefaction and / or vaporization and thus interrupt the electrical connection to the terminal.

Weiterhin kann die erste Trenneinrichtung einen Isolator zwischen dem Heizelement und der elektrischen Verbindung aufweisen, um zu verhindern, dass ein Stromfluss über das Heizelement erfolgt. Ein Isolator ist jedoch dann nicht notwendig, wenn das Heizelement kein Stromleiter ist beziehungsweise derart räumlich angeordnet ist, dass kein Stromfluss über das Heizelement erfolgen kann.Furthermore, the first separator may include an insulator between the heater and the electrical connection to prevent current from flowing through the heater. However, an insulator is not necessary if the heating element is not a current conductor or is arranged spatially such that no current flow can take place via the heating element.

In einer weiteren Ausgestaltungsalternative ist vorgesehen, dass das Material der elektrischen Verbindung zumindest abschnittsweise derart ausgestaltet ist, dass mit ihm bei Erwärmung mittels des Heizelementes eine chemische Reaktion erfolgt, so dass die Leitfähigkeit zumindest eines Abschnittes der elektrischen Verbindung gemindert ist. Vorzugsweise sollte die Leitfähigkeit vollständig beseitigt werden. Bei Minderung der Leitfähigkeit sollte dies bis auf einen insignifikanten Leitfähigkeitswert erfolgen. Der Abschnitt mit der verringerten Leitfähigkeit sollte insbesondere der erwärmte Abschnitt der elektrischen Verbindung sein.In a further design alternative it is provided that the material of the electrical connection is at least partially designed such that when heated by means of the heating element, a chemical reaction takes place, so that the conductivity of at least a portion of the electrical connection is reduced. Preferably, the conductivity should be completely eliminated. If the conductivity is reduced, this should be up to an insignificant conductivity value. In particular, the reduced conductivity portion should be the heated portion of the electrical connection.

Die chemische Reaktion der elektrischen Verbindung kann in Zusammenwirkung mit einem in der Nähe der elektrischen Verbindung angeordneten Isolator und/oder durch erwärmungsbedingte Oxidation der elektrischen Verbindung erfolgen. Die zur chemischen Reaktion genutzte Wärme kann durch eine externe Wärmequelle und/oder durch von wenigstens einer Batteriezelle abgestrahlte Wärme und/oder eigene Widerstandserwärmung aufgebracht werden. The chemical reaction of the electrical connection can take place in cooperation with an insulator arranged in the vicinity of the electrical connection and / or by heating-conditioned oxidation of the electrical connection. The heat used for the chemical reaction can be applied by an external heat source and / or by heat radiated by at least one battery cell and / or own resistance heating.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die elektrische Verbindung mittels eines Reed-Relais realisiert ist. Ein solches Reed-Relais ist ein Relais zum Schalten eines Stromkreises, welches mit einem sogenannten Reed-Schalter arbeitet. Derartige Reed-Schalter sind üblicherweise unter Vakuum oder Schutzgas in einem Gehäuse eingeschmolzene Kontakte. Die Kontaktbetätigung erfolgt durch ein Magnetfeld, welches von außen auf die Kontakte einwirkt. Dieser Magnet kann ein Dauermagnet oder eine Magnetspule sein. Durch das Magnetfeld ziehen sich die beiden Kontakte an und realisieren somit eine elektrische Kontaktierung. Ist das Magnetfeld nicht ausreichend stark, werden die Kontakte wieder voneinander getrennt. Die Funktion des Reed-Relais ist gleichzeitig die der ersten Trenneinrichtung. Das Reed-Relais ermöglicht eine Verbindung von zwei Kontakten mit sehr geringem Widerstand und benötigt nur eine relativ schwache Magnetkraft zur Schließung des Stromkreises. Das heißt, dass nur ein relativ kleiner Magnet nahe am Reed-Kontakt vorzusehen ist, um die Verbindung zum Terminal zu schließen.In a further embodiment it is provided that the electrical connection is realized by means of a reed relay. Such a reed relay is a relay for switching a circuit which operates with a so-called reed switch. Such reed switches are usually fused under vacuum or inert gas in a housing contacts. The contact is actuated by a magnetic field, which acts on the contacts from the outside. This magnet may be a permanent magnet or a solenoid. Due to the magnetic field, the two contacts attract and thus realize an electrical contact. If the magnetic field is not strong enough, the contacts are separated again. The function of the reed relay is also that of the first separator. The reed relay allows connection of two contacts with very little resistance and requires only a relatively weak magnetic force to close the circuit. That is, only a relatively small magnet is to be provided near the reed contact to close the connection to the terminal.

Damit lässt sich in einfacher Weise automatisiert die Verbindung zwischen der Batteriezelle und der elektronischen Überwachungseinheit trennen. This makes it easy to automatically disconnect the connection between the battery cell and the electronic monitoring unit in a simple manner.

In dieser Ausgestaltungsvariante ist vorzugsweise vorgesehen, dass die erste Trenneinrichtung eine erste Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des Magneten des Reed-Relais zwecks Minderung und/oder Wiederherstellung dessen Magnetwirkung aufweist. Somit ist bei Betrieb der Erwärmungseinrichtung die Wirkung des Magneten minderbar und vorzugsweise ausschaltbar, so dass das Reed-Relais, welches im magnetisierten Zustand für gewöhnlich die Kontakte schließt, eine Öffnung der Kontakte realisiert. Dabei kann die erste Erwärmungseinrichtung auch zur Wiederherstellung der Magnetwirkung dienen, wobei zunächst bei Betätigung der ersten Erwärmungseinrichtung die Magnetwirkung gemindert wird, so dass die elektrische Verbindung getrennt wird, und bei weiterer Erwärmung wieder hergestellt wird, so dass die elektrische Verbindung wieder geschlossen wird. Die erste Erwärmungseinrichtung kann eine einfache Heizdrahtwicklung sein, die um den Magnet gewickelt ist. Die erste Erwärmungseinrichtung sollte derart ausgestaltet sein, dass sich die Curie-Temperatur des Magneten erreichen lässt, die zum Beispiel ca. 90 °C betragen kann. Der Magnet kann dabei aus einem keramischen Material bestehen. In this embodiment variant, it is preferably provided that the first separating device has a first heating device for heating the magnet of the reed relay in order to reduce and / or restore its magnetic effect. Thus, during operation of the heating device, the effect of the magnet is reducible and preferably switchable, so that the reed relay, which normally closes the contacts in the magnetized state, realizes an opening of the contacts. In this case, the first heating device can also serve to restore the magnetic effect, wherein first upon actuation of the first heating means, the magnetic effect is reduced, so that the electrical connection is disconnected, and upon further heating again is made so that the electrical connection is closed again. The first heater may be a simple heater wire wound around the magnet. The first heating device should be designed in such a way that the Curie temperature of the magnet can be reached, which can be, for example, about 90 ° C. The magnet can consist of a ceramic material.

In ergänzender Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Trenneinrichtung die erste Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des Magneten des Reed-Relais zwecks Minderung dessen Magnetwirkung aufweist, und weiterhin eine zweite Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des Magneten des Reed-Relais zwecks Wiederherstellung dessen Magnetwirkung aufweist. Das heißt, dass für die Minderung und für die Wiederherstellung der Magnetwirkung jeweils eine extra Erwärmungseinrichtung vorgesehen ist, wobei die Erwärmung zwecks der Wiederherstellung der Magnetwirkung lediglich bis zu einer Temperatur erfolgen sollte, die kleiner ist als die Curie-Temperatur, die von einer Erwärmung zwecks Minderung der Magnetwirkung zu realisieren ist. Auch die zweite Erwärmungseinrichtung kann eine einfache Heizdrahtwicklung sein, die um den Magnet gewickelt ist. In a complementary embodiment, it is provided that the first separator has the first heating means for heating the magnet of the reed relay in order to reduce the magnetic effect, and further comprises a second heating means for heating the magnet of the reed relay in order to restore its magnetic effect. This means that for the reduction and for the restoration of the magnetic effect in each case an extra heating device is provided, wherein the heating for the purpose of the restoration of the magnetic effect should be made only up to a temperature which is less than the Curie temperature, of a warming purpose Reduction of the magnetic effect is to be realized. Also, the second heating means may be a simple heating wire coil wound around the magnet.

Alternativ ist vorgesehen, dass die erste Trenneinrichtung die erste Erwärmungseinrichtung zur Erwärmung des Magneten des Reed-Relais zwecks Minderung dessen Magnetwirkung aufweist, und weiterhin eine zweite Wicklung aufweist, die zwar keine Heizwirkung entfaltet, jedoch über den Stromfluss in der Wicklung eine Magnetisierungswirkung zur Wiederherstellung der Magnetwirkung hat.Alternatively, it is provided that the first separator has the first heating means for heating the magnet of the reed relay in order to reduce its magnetic effect, and further comprises a second winding which, although unfolding a heating effect, but on the current flow in the winding a magnetizing effect to restore the Magnetic effect has.

Dadurch ist die Trennung der elektrischen Verbindung reversibel, so dass bei Erkennung des Nicht-Vorliegens einer Gefahrensituation der Magnet wieder aktiviert werden kann und somit wieder der elektrische Kontakt zu dem Terminal hergestellt werden kann, so dass die elektronische Überwachungseinheit wieder elektrisch mit dem Terminal verbunden ist. Thereby, the separation of the electrical connection is reversible, so that upon detection of the non-existence of a dangerous situation, the magnet can be reactivated and thus the electrical contact to the terminal can be made again, so that the electronic monitoring unit is electrically connected to the terminal again ,

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls ist vorgesehen, dass dieses in der elektrischen Verbindung in Reihe mit der ersten Trenneinrichtung geschaltet eine zweite Trenneinrichtung aufweist, die gemäß der bereits beschriebenen ersten Trenneinrichtung ausgestaltet ist.In a further advantageous embodiment of the battery cell module according to the invention, it is provided that this has in the electrical connection in series with the first disconnecting device connected to a second separating device, which is designed according to the first separating device already described.

Die zweite Trenneinrichtung sollte dabei derart eingerichtet sein, dass sie später als die erste Trenneinrichtung auslöst. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass die zweite Trenneinrichtung eine größere zu erwärmende Masse und/oder eine Heizeinrichtung oder Erwärmungseinrichtung mit geringerer Heizleistung aufweist. Damit lässt sich auch eine Unterbrechung des Stroms, der zur Aktivierung der ersten Trenneinrichtung dient, realisieren. Somit lässt sich die Batterie schonen und verhindern, dass der Strom zur Realisierung der Trennung unkontrolliert über das Heizelement beziehungsweise die Erwärmungseinrichtung weiter fließt und demzufolge das Batteriezellenmodul oder die gesamte Batterie entlädt.The second separation device should be set up such that it triggers later than the first separation device. This can be achieved, for example, by the second separating device having a larger mass to be heated and / or a heating device or heating device with lower heating power. This can also be an interruption of the current, which serves to activate the first separator, realize. Thus, the battery can be conserved and prevent the current for the realization of the separation uncontrolled on the heating element or the heating device continues to flow and consequently discharges the battery cell module or the entire battery.

Das Batteriezellenmodul kann eine Mehrzahl von Batteriezellen umfassen, an deren Terminals die erfindungsgemäß trennbaren elektrischen Verbindungen angeordnet sind. Die Heizelemente und/oder die Erwärmungseinrichtungen, die den jeweiligen Batteriezellen zugeordnet sind, sind dabei vorzugsweise in Reihe geschaltet und niederohmig miteinander verbunden. Somit lassen sich die elektrischen Verbindungen alle gleichzeitig und mit geringem Steuerungsaufwand trennen.The battery cell module may comprise a plurality of battery cells, to whose terminals the disconnectable electrical connections according to the invention are arranged. The heating elements and / or the heating devices, which are associated with the respective battery cells, are preferably connected in series and connected to each other at low resistance. Thus, the electrical connections can all be separated simultaneously and with little control effort.

Es wird außerdem erfindungsgemäß eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul sowie eine Steuerungseinrichtung zur automatischen Trennung der elektrischen Verbindung umfasst. Die Steuerungseinrichtung kann Bestandteil eines Batterie-Management-Systems sein, beziehungsweise das Batterie-Management-System kann derart ausgestaltet sein, dass es die beschriebenen Funktionen der Steuerungseinrichtung mit übernehmen kann. There is also provided according to the invention a battery provided, which comprises at least one battery cell module according to the invention and a control device for automatically disconnecting the electrical connection. The control device may be part of a battery management system, or the battery management system may be configured such that it can take over the described functions of the control device with.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, welches insbesondere ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug sein kann, das wenigstens eine erfindungsgemäße Batterie aufweist, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Ergänzt wird die vorliegende Erfindung durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Batterie, bei dem bei Feststellung eines möglichen Defekts von der Steuerungseinrichtung die automatische Trennung der elektrischen Verbindung veranlasst wird.Another aspect of the present invention is a motor vehicle, which may be in particular a motor vehicle driven by electric motor, which has at least one battery according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle. The present invention is supplemented by a method for operating a battery according to the invention, in which the automatic separation of the electrical connection is initiated when a possible defect is detected by the control device.

Der elektrische Strom, der zur Betätigung der Heizelemente oder der Erwärmungseinrichtungen dient, wird von dem jeweiligen Batteriezellenmodul beziehungsweise der jeweiligen Batterie selbst zur Verfügung gestellt. Das heißt, dass die Heizelemente oder die Erwärmungseinrichtungen an das jeweilige Batteriezellenmodul beziehungsweise an die jeweilige Batterie angeschlossen sind. So kann zum Beispiel über einen Schalter oder Transistor die Spannung eines Batteriezellenmoduls oder einer ganzen Batterie an das Heizelement oder die Erwärmungseinrichtung oder auch an mehrere Heizelemente beziehungsweise mehrere Erwärmungseinrichtungen gelegt werden, um die Trennung der elektrischen Verbindung beziehungsweise Verbindungen zu veranlassen, wenn eine Gefahrensituation, wie zum Beispiel ein Unfall, detektiert wurde. The electric current which serves to actuate the heating elements or the heating devices is provided by the respective battery cell module or the respective battery itself. This means that the heating elements or the heating devices are connected to the respective battery cell module or to the respective battery. Thus, for example via a switch or transistor, the voltage of a battery cell module or a whole battery to the heating element or the heating device or to a plurality of heating elements or more heating devices are placed to cause the separation of the electrical connection or connections when a dangerous situation, such as For example, an accident was detected.

Alternativ kann der Strom zur Trennung der elektrischen Verbindung auch aus einem Bordnetz, zum Beispiel dem eines Kraftfahrzeuges, zur Verfügung gestellt werden. Alternatively, the power for disconnecting the electrical connection can also be made available from a vehicle electrical system, for example that of a motor vehicle.

Die Auslösung der Trennung der elektrischen Verbindung kann auch durch das Ziehen eines Unterbrechungssteckers (des sogenannten „Service-disconnect“) initiiert werden, der im Hochvolt-Netzbereich der Batterie angeordnet ist. Die Auslösung des Trennvorganges kann dabei automatisch initiiert werden, oder aber auch durch eine manuelle Betätigung eines Schalters, mit dem die Heizelemente beziehungsweise Erwärmungseinrichtungen eingeschaltet werden, wobei dieser Schalter erst nach Ziehen des Unterbrechungssteckers manuell zugängig wird. Dadurch lässt sich die Trennung der elektrischen Verbindung manuell erzwingen und somit rein nach menschlichem Ermessen die Trennung der elektrischen Verbindung herbeiführen. The triggering of the separation of the electrical connection can also be initiated by pulling an interrupt plug (the so-called "service disconnect"), which is arranged in the high-voltage network region of the battery. The triggering of the separation process can be initiated automatically, or even by a manual operation of a switch with which the heating elements or heating devices are turned on, said switch is manually accessible after pulling the break plug. As a result, the separation of the electrical connection can be enforced manually and thus bring about the discretion of the electrical connection in human terms.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings. Show it:

1 ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul mit Heizelementen, und 1 an inventive battery cell module with heating elements, and

2 ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul mit Reed-Relais. 2 an inventive battery cell module with reed relay.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Beiden dargestellten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls 1 ist eine Mehrzahl von in Reihe angeordneten Batteriezellen 10 gemeinsam. Diese Batteriezellen 10 sind über elektrische Verbindungen 11, die in bevorzugter Ausgestaltung abschnittsweise Bestandteil jeweils einer Sicherung 12 sind, an eine elektronische Überwachungseinheit 30 angeschlossen.Both illustrated embodiments of a battery cell module according to the invention 1 is a plurality of battery cells arranged in series 10 together. These battery cells 10 are via electrical connections 11 , The sections in a preferred embodiment each component of a fuse 12 are to an electronic surveillance unit 30 connected.

In 1 ist in unmittelbarer Nähe der elektrischen Verbindung 11 jeweils ein Heizelement 20 angeordnet. Sämtliche, den einzelnen Batteriezellen 10 zugeordnete Heizelemente 20 sind in Reihe mit den Batteriezellen 10 geschaltet. Das Batteriezellenmodul 1 umfasst einen Schalter 60, der mit einer Steuerungseinrichtung 70 gekoppelt ist. Bei Detektion einer Gefahrensituation veranlasst die Steuerungseinrichtung 70 die Schließung des Schalters 60. Dadurch werden die Heizelemente 20 bestromt und erwärmen sich derart, dass die elektrischen Verbindungen 11 so weit erwärmt werden, dass sie verflüssigt und/oder verdampft werden. Dadurch wird die elektrische Verbindung 11 zwischen den Batteriezellen 10 und der elektronischen Überwachungseinheit 30 getrennt. Nunmehr kann, bei einem Defekt der elektronischen Überwachungseinheit 30, diese keinen Strom mehr aus den Batteriezellen 10 ziehen und sich somit nicht unzulässig erwärmen beziehungsweise die Batteriezellen 10 tiefentladen. Es wird dadurch sichergestellt, dass zumindest die elektronische Überwachungseinheit 30 kein Gefahrenpotenzial mehr birgt.In 1 is in the immediate vicinity of the electrical connection 11 one heating element each 20 arranged. All, the individual battery cells 10 associated heating elements 20 are in series with the battery cells 10 connected. The battery cell module 1 includes a switch 60 that with a control device 70 is coupled. Upon detection of a dangerous situation causes the controller 70 the closure of the switch 60 , This will cause the heating elements 20 energized and heat up in such a way that the electrical connections 11 be heated so that they are liquefied and / or vaporized. This will cause the electrical connection 11 between the battery cells 10 and the electronic monitoring unit 30 separated. Now, in case of a defect of the electronic monitoring unit 30 , these no more power from the battery cells 10 pull and thus not heat inadmissible or the battery cells 10 discharged. It is thereby ensured that at least the electronic monitoring unit 30 no danger potential anymore.

Zur Einstellung der Heizleistung der Heizelemente 20 ist mit diesen in Reihe ein einstellbarer Vorwiderstand 80 geschaltet.For adjusting the heating power of the heating elements 20 is with these in series an adjustable resistor 80 connected.

Die alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls 1 ist in 2 dargestellt, bei der die elektrische Verbindung 11 zwischen den Batteriezellen 10 und der elektronischen Überwachungseinheit 30 mittels Reed-Relais 40 realisiert ist. Diese Reed-Relais 40 umfassen jeweils einen Magneten 41, der im Normalzustand die Kontakte des Reed-Relais 40 schließt. Die jeweiligen Magnete 41 sind jeweils mit einer Erwärmungseinrichtung 50 versehen, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Heizdrahtwicklung ausgestaltet ist. Bei Detektion einer möglichen mechanischen Beschädigung schließt auch in diesem Ausführungsbeispiel die Steuerungseinrichtung 70 den Schalter 60, so dass die Erwärmungseinrichtungen 50 betätigt werden. Diese erwärmen den Magneten 41 so weit, dass ihre Magnetwirkung aufgehoben wird. Dies führt zur Öffnung der Kontakte der Reed-Relais 40 wie in 2 dargestellt. Dadurch werden die elektrischen Verbindungen 11 zwischen den Batteriezellen 10 und der elektronischen Überwachungseinheit 30 getrennt, so dass, wie bereits in 1 beschrieben, auch hier einer Überhitzung der elektronischen Überwachungseinheit 30 und/oder Tiefentladung der Batteriezellen 10 vorgebeugt wird. The alternative embodiment of the battery cell module according to the invention 1 is in 2 shown in which the electrical connection 11 between the battery cells 10 and the electronic monitoring unit 30 by means of reed relay 40 is realized. This reed relay 40 each include a magnet 41 in the normal state the contacts of the reed relay 40 closes. The respective magnets 41 are each with a heating device 50 provided, which is configured in the illustrated embodiment as Heizdrahtwicklung. Upon detection of a possible mechanical damage closes in this embodiment, the control device 70 the switch 60 so the heating equipment 50 be operated. These heat the magnet 41 so far that their magnetic effect is lifted. This leads to the opening of the contacts of the reed relays 40 as in 2 shown. This will cause the electrical connections 11 between the battery cells 10 and the electronic monitoring unit 30 separated, so that, as already in 1 described, also here an overheating of the electronic monitoring unit 30 and / or deep discharge of the battery cells 10 is prevented.

Claims (12)

Batteriezellenmodul, umfassend wenigstens eine Batteriezelle (10) mit einem Terminal und eine mit dem Terminal gekoppelte elektrische Verbindung (11) zum Anschluss einer elektronischen Überwachungseinheit (30) an die Batteriezelle (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellenmodul (1) eine erste Trenneinrichtung aufweist, mit der die elektrische Verbindung (11) automatisch trennbar ist.Battery cell module comprising at least one battery cell ( 10 ) with a terminal and an electrical connection ( 11 ) for connecting an electronic monitoring unit ( 30 ) to the battery cell ( 10 ), characterized in that the battery cell module ( 1 ) has a first separating device, with which the electrical connection ( 11 ) is automatically separable. Batteriezellenmodul nach Anspruch 1, das eine elektronische Überwachungseinheit (30) aufweist, die an die elektrische Verbindung (11) angeschlossen ist.Battery cell module according to claim 1, comprising an electronic monitoring unit ( 30 ) connected to the electrical connection ( 11 ) connected. Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem die erste Trenneinrichtung wenigstens ein Heizelement (20) umfasst, welches derart in der Nähe der elektrischen Verbindung (11) angeordnet ist, dass die elektrische Verbindung (11) mit vom Heizelement (20) produzierter Wärme erwärmbar ist. Battery cell module according to one of Claims 1 and 2, in which the first disconnecting device comprises at least one heating element ( 20 ), which in such near the electrical connection ( 11 ) is arranged such that the electrical connection ( 11 ) with the heating element ( 20 ) Heat is heatable. Batteriezellenmodul nach Anspruch 3, bei dem die elektrische Verbindung (11) zumindest abschnittsweise bei Erwärmung durch das Heizelement (20) verdampfbar und/oder verflüssigbar ist.Battery cell module according to Claim 3, in which the electrical connection ( 11 ) at least in sections when heated by the heating element ( 20 ) is vaporizable and / or liquefiable. Batteriezellenmodul nach Anspruch 3, bei dem das Material der elektrischen Verbindung (11) zumindest abschnittsweise derart ausgestaltet ist, dass mit ihm bei Erwärmung mittels des Heizelementes (20) eine chemische Reaktion erfolgt, so dass die Leitfähigkeit zumindest eines Abschnittes der elektrischen Verbindung (11) gemindert ist.Battery cell module according to claim 3, in which the material of the electrical connection ( 11 ) is configured at least in sections such that when it is heated by means of the heating element ( 20 ) a chemical reaction takes place so that the conductivity of at least a portion of the electrical connection ( 11 ) is reduced. Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem die elektrische Verbindung (11) mittels eines Reed-Relais (40) realisiert ist. Battery cell module according to one of Claims 1 and 2, in which the electrical connection ( 11 ) by means of a reed relay ( 40 ) is realized. Batteriezellenmodul nach Anspruch 6, bei dem die erste Trenneinrichtung eine erste Erwärmungseinrichtung (50) zur Erwärmung eines Magneten (41) des Reed-Relais (40) zwecks Minderung und/oder Wiederherstellung dessen Magnetwirkung aufweist. A battery cell module according to claim 6, wherein the first separator means comprises first heating means (10). 50 ) for heating a magnet ( 41 ) of the reed relay ( 40 ) for the purpose of reducing and / or restoring its magnetic effect. Batteriezellenmodul nach Anspruch 7, bei dem die erste Trenneinrichtung die erste Erwärmungseinrichtung (50) zur Erwärmung des Magneten (41) des Reed-Relais (40) zwecks Minderung dessen Magnetwirkung aufweist, und eine zweite Erwärmungseinrichtung (50) zur Erwärmung des Magneten (41) des Reed-Relais (40) zwecks Wiederherstellung dessen Magnetwirkung aufweist. A battery cell module according to claim 7, wherein the first separator means comprises the first heating means (10). 50 ) for heating the magnet ( 41 ) of the reed relay ( 40 ) for the purpose of reducing its magnetic effect, and a second heating device ( 50 ) for heating the magnet ( 41 ) of the reed relay ( 40 ) for the purpose of restoring its magnetic effect. Batteriezellenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das in der elektrischen Verbindung (11) in Reihe mit der ersten Trenneinrichtung geschaltet eine zweite Trenneinrichtung aufweist, die gemäß wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8 ausgestaltet ist.Battery cell module according to one of the preceding claims, which is in the electrical connection ( 11 ) connected in series with the first separating means comprises a second separating device, which is designed according to at least one of claims 3 to 8. Batterie, umfassend wenigstens ein Batteriezellenmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 sowie eine Steuerungseinrichtung (70) zur automatischen Trennung der elektrischen Verbindung (11).Battery comprising at least one battery cell module ( 1 ) according to one of claims 1 to 9 and a control device ( 70 ) for automatically disconnecting the electrical connection ( 11 ). Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Batterie nach Anspruch 10, die mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.Motor vehicle, in particular an electric motor driven motor vehicle, comprising at least one battery according to claim 10, which is connected to a drive system of the motor vehicle. Verfahren zum Betreiben einer Batterie gemäß Anspruch 10, bei dem bei Feststellung eines möglichen Defekts von der Steuerungseinrichtung (70) die automatische Trennung der elektrischen Verbindung (11) veranlasst wird. Method for operating a battery according to Claim 10, in which upon detection of a possible defect by the control device ( 70 ) the automatic disconnection of the electrical connection ( 11 ).
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