DE102013204536A1 - Battery cell device with transport safety function and method for monitoring a battery cell - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Batteriezelleinrichtung (221) mit einer Batteriezelle (21) und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Batteriezelle (21) beschrieben. Die Überwachungsvorrichtung umfasst eine Sensorvorrichtung (240) zur Erfassung von mehreren die Batteriezelle (21) betreffenden physikalischen Größen, eine Zustandsermittlungsvorrichtung (250), die dazu ausgebildet ist, anhand einer Auswertung von durch die Sensorvorrichtung (240) bereitgestellten aktuellen Messwerten einen Batteriezellzustand zu erkennen und/oder vorherzusagen, und eine Aktorvorrichtung (260), die dazu ausgebildet ist, die Batteriezelle (21) in einen sicheren Betriebsmodus zu überführen und/oder in dem sicheren Betriebsmodus zu halten. Die Überwachungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Transportsicherheitsfunktion (270) auf, mittels der durch Empfangen eines extern erzeugten Aktivierungssignals (601) ein kritischer Batteriezellzustand, in dem die Batteriezelle (21) durch einen Transport der Batteriezelleinrichtung (221) beschädigt werden kann, ermittelt werden kann und die Batteriezelle (21) in einen sicheren Transportbetriebsmodus (602), in dem die Batteriezelle (21) keine Spannung an Ausgangsterminals (222, 223) der Batteriezelleinrichtung (221) abgibt, überführt und/oder gehalten werden kann.A battery cell device (221) with a battery cell (21) and a monitoring device for monitoring the battery cell (21) is described. The monitoring device comprises a sensor device (240) for detecting a plurality of physical quantities relating to the battery cell (21), a state determination device (250) which is designed to recognize a battery cell state on the basis of an evaluation of current measured values provided by the sensor device (240) and / or to predict, and an actuator device (260) which is designed to bring the battery cell (21) into a safe operating mode and / or to keep it in the safe operating mode. The monitoring device preferably has a transport safety function (270), by means of which, by receiving an externally generated activation signal (601), a critical battery cell state in which the battery cell (21) can be damaged by transporting the battery cell device (221) can be determined and which Battery cell (21) in a safe transport operating mode (602), in which the battery cell (21) does not supply, transfer and / or hold any voltage at output terminals (222, 223) of the battery cell device (221).

Description

Bereich der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Batteriezelle. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Überwachen der in einer Batteriezelleinrichtung angeordneten Batteriezelle mittels der in der Batteriezelleinrichtung angeordneten Überwachungsvorrichtung. Auch betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem mit mindestens einer Batteriezelleinrichtung.The present invention relates to a battery cell device having a battery cell and a monitoring device for monitoring the battery cell. The invention further relates to a corresponding method for monitoring the battery cell arranged in a battery cell device by means of the monitoring device arranged in the battery cell device. The invention also relates to a vehicle having a battery system with at least one battery cell device.

Stand der TechnikState of the art

Es ist üblich, Batterien für den Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen als Traktionsbatterien zu bezeichnen, da diese Batterien für die Speisung elektrischer Antriebe eingesetzt werden. Um die bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geforderten Leistungs- und Energiedaten zu erzielen, werden in den eingesetzten Traktionsbatterien einzelne Batteriezellen in Serie und teilweise zusätzlich parallel geschaltet. Bei Elektrofahrzeugen werden häufig 100 Batteriezellen oder mehr in Serie verschaltet, wobei die Traktionsbatterien Spannungen von bis zu 450 V aufweisen. Auch bei Hybridfahrzeugen wird üblicherweise die Spannungsgrenze von 60V überschritten, welche bei einer Berührung durch Menschen noch als unkritisch eingestuft wird.It is common to refer to batteries for use in hybrid and electric vehicles as traction batteries, as these batteries are used for the supply of electric drives. In order to achieve the performance and energy data required for hybrid and electric vehicles, individual battery cells are connected in series and sometimes additionally in parallel in the traction batteries used. In electric vehicles often 100 battery cells or more are connected in series, the traction batteries have voltages of up to 450 V. Even in hybrid vehicles, the voltage limit of 60V is usually exceeded, which is still classified as uncritical when touched by people.

In der 1 ist das Prinzipschaltbild eines Batteriesystems 10 mit einer derartigen Traktionsbatterie 20 dargestellt. Die Batterie 20 umfasst mehrere Batteriezellen 21. Zur Vereinfachung der Darstellung aus der 1 wurden nur zwei Batteriezellen mit dem Bezugszeichen 21 versehen.In the 1 is the schematic diagram of a battery system 10 with such a traction battery 20 shown. The battery 20 includes several battery cells 21 , To simplify the illustration from the 1 were only two battery cells by the reference numeral 21 Mistake.

Die Batterie 20 ist aus zwei Batteriezellreihenschaltungen 22, 23 ausgebildet, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen 21 umfassen. Die Batteriezellreihenschaltungen 22, 23 sind mit ihren Anschlüssen jeweils mit einem Batterieterminal 24, 25 sowie einem Anschluss eines Servicesteckers 30 verbunden. Das positive Batterieterminal 24 ist mit der Batterie 20 über eine Trenn- und Ladeeinrichtung 40 verbindbar, die einen Trennschalter 41 umfasst, der zu einer Reihenschaltung aus einem Ladeschalter 42 und einem Ladewiderstand 43 parallel geschaltet ist. Das negative Batterieterminal 25 ist mit der Batterie 20 über eine Trenneinrichtung 50 verbindbar, die einen weiteren Trennschalter 51 umfasst.The battery 20 is from two battery cell series circuits 22 . 23 formed, each having a plurality of battery cells connected in series 21 include. The battery cell series circuits 22 . 23 are with their connections each with a battery terminal 24 . 25 and a connection of a service connector 30 connected. The positive battery terminal 24 is with the battery 20 via a separating and charging device 40 connectable, which is a circuit breaker 41 comprising, connected to a series connection of a charging switch 42 and a charging resistor 43 is connected in parallel. The negative battery terminal 25 is with the battery 20 via a separating device 50 connectable, which is another disconnector 51 includes.

2 zeigt ein Diagramm 60, das die Fehlmechanismen von Lithium-Ionen-Batterien und deren Konsequenzen 62 stark schematisiert darstellt. Die dargestellten Fehlmechanismen können zu einem durch eine unzulässige Temperaturerhöhung 63 hervorgerufenen thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) 64 der Batteriezellen 21 führen. Bei Vorliegen eines thermischen Durchgehens 64 kann es zu einer Emittierung vom Gas 65, die beispielsweise beim Öffnen eines Berstventils als Folge eines erhöhten Batteriezellinnendruckes auftreten kann, zu einem Brennen 66 der Batteriezellen, oder im Extremfall sogar zu einem Bersten 67 der Batteriezellen 21 kommen. Daher muss das Auftreten eines thermischen Durchgehens 64 bei dem Einsatz von Batteriezellen 21 in Traktionsbatterien mit einer höchsten Wahrscheinlichkeit nahe 1 ausgeschlossen werden. 2 shows a diagram 60 that the fault mechanisms of lithium ion batteries and their consequences 62 is very schematic. The illustrated malfunction mechanisms can be caused by an inadmissible increase in temperature 63 induced thermal runaway (thermal runaway) 64 the battery cells 21 to lead. In the presence of a thermal runaway 64 There may be an issue from the gas 65 , which may occur, for example, when opening a burst valve as a result of increased battery cell internal pressure, to a burning 66 the battery cells, or even bursting in extreme cases 67 the battery cells 21 come. Therefore, the occurrence of thermal runaway must be 64 in the use of battery cells 21 be excluded in traction batteries with a high probability close to 1.

Ein thermisches Durchgehen 64 kann bei einem Überladen 70 einer Batteriezelle, als Folge einer Tiefenentladung 80 einer Batteriezelle 21 während des anschließenden Ladevorganges oder bei Vorliegen von unzulässig hohen Lade- und Entladeströmen der Batteriezelle 21, die beispielsweise bei Vorliegen eines externen Kurzschlusses 90 entstehen können, auftreten. Ferner kann ein thermisches Durchgehen 64 auch bei Vorliegen eines batteriezellinternen Kurzschlusses 100 auftreten, der beispielsweise als Folge einer starken mechanischen Krafteinwirkung während eines Unfalls 101 oder als Folge der Bildung von batteriezellinternen Dendriten 102 entstehen kann, die beispielsweise bei Vorliegen von zu hohen Ladeströmen bei tiefen Temperaturen entstehen können. Weiterhin kann ein thermisches Durchgehen 64 auch als Folge von batteriezellinternen Kurzschlüssen auftreten, die durch bei der Fertigung entstehende Verunreinigungen der Batteriezellen 21, insbesondere durch in den Batteriezellen 21 vorhandenen metallischen Fremdpartikeln 103, verursacht werden können. Auch kann ein thermisches Durchgehen 64 bei Vorliegen einer unzulässigen Erwärmung der Batteriezellen 21, die beispielsweise als Folge eines Fahrzeugbrandes entstehen kann, oder bei Vorliegen einer Überlastung 120 der Batteriezellen 21 auftreten.A thermal runaway 64 can be overcharged 70 a battery cell, as a result of a deep discharge 80 a battery cell 21 during the subsequent charging process or in the presence of impermissibly high charging and discharging currents of the battery cell 21 , for example, in the presence of an external short circuit 90 can arise, occur. Furthermore, a thermal runaway 64 even in the presence of a battery cell internal short circuit 100 occur, for example, as a result of a strong mechanical force during an accident 101 or as a result of the formation of battery cell internal dendrites 102 may arise, for example, in the presence of excessive charging currents at low temperatures. Furthermore, a thermal runaway 64 also occur as a result of battery cell internal short circuits caused by in the manufacturing impurities of the battery cells 21 , in particular by in the battery cells 21 existing metallic foreign particles 103 , can be caused. Also, a thermal runaway 64 in the presence of an impermissible heating of the battery cells 21 , which may arise, for example, as a result of a vehicle fire, or in the presence of an overload 120 the battery cells 21 occur.

Für Lithium-Ionen-Batteriezellen sind Sicherheitstests vorgeschrieben. Um die Batteriezellen 21 transportieren zu können, müssen beispielsweise UN Transport-Tests durchgeführt werden. Die Testergebnisse müssen gemäß den EUCAR Gefahrenstufen beziehungsweise Gefahrenlevel (EUCAR Hazard Levels) bewertet werden. Die Batteriezellen 21 müssen dabei vorgegebene Mindestsicherheitslevels einhalten. Um dies zu erreichen, werden in den Batteriezellen 21, die für den Einsatz in Traktionsbatterien ausgebildet sind, umfangreiche Zusatzmaßnahmen getroffen. Solche Zusatzmaßnahmen werden dadurch getroffen, dass sogenannte Sicherheitsvorrichtungen (Safety Devices) in den Batteriezellen integriert werden. Typischerweise werden die im Folgenden angegebenen Sicherheitsvorrichtungen integriert. For lithium-ion battery cells, safety tests are mandatory. To the battery cells 21 For example, UN transport tests must be carried out. The test results must be assessed according to the EUCAR Hazard Levels (EUCAR Hazard Levels). The battery cells 21 must comply with given minimum safety levels. To achieve this, are in the battery cells 21 , which are designed for use in traction batteries, taken extensive additional measures. Such additional measures are taken by integrating so-called safety devices in the battery cells. Typically, the safety devices listed below are integrated.

In einer Batteriezelle 21 wird eine Überladesicherheitsvorrichtung (Overcharge Safety Device (OSD)) integriert. Eine solche Überladesicherheitsvorrichtung bewirkt dass die Batteriezelle 21 bei einem Überladevorgang eine EUCAR Gefahrenstufe 4 nicht überschreitet. Der zulässige Bereich der Batteriezellspannung endet bei 4,2 V. Bei einem Überladevorgang baut die Batteriezelle 21 ab einer Batteriezellspannung von etwa 5 V einen so hohen Innendruck auf, das eine Membran der Überladesicherheitsvorrichtung nach außen gewölbt wird und die Batteriezelle 21 elektrisch kurzschließt. Als Folge davon wird die Batteriezelle 21 solange entladen, bis eine batteriezellinterne Sicherung aktiviert wird. Der Kurzschluss der Batteriezelle 21 zwischen den beiden Batteriezellterminals bleibt über die Überladesicherheitsvorrichtung erhalten.In a battery cell 21 becomes an Overcharge Safety Device (Overcharge Safety Device (OSD)). Such a Überladesicherheitsvorrichtung causes that the battery cell 21 in case of an overload, do not exceed an EUCAR hazard level 4. The permissible range of the battery cell voltage ends at 4.2 V. During an overcharging process, the battery cell builds 21 from a battery cell voltage of about 5 V to such a high internal pressure, which is arched a membrane of the overcharge safety device to the outside and the battery cell 21 electrically shorts. As a result, the battery cell becomes 21 until a battery-internal fuse is activated. The short circuit of the battery cell 21 between the two battery cell terminals remains over the Überladesicherheitsvorrichtung.

In einer Batteriezelle 21 wird ferner eine Batteriezellsicherung (Cell Fuse) integriert. Diese in der Batteriezelle 21 integrierte Schmelzsicherung ist ein sehr wirksames Schutzinstrument auf Batteriezellebene, verursacht aber erhebliche Probleme bei der Verbau der Batteriezellen 21 in einer Serienschaltung eines Batteriemoduls beziehungsweise in einem Batteriesystem. Dort sind diese Maßnahmen eher kontraproduktiv. In a battery cell 21 Furthermore, a battery cell fuse (Cell Fuse) is integrated. This in the battery cell 21 Integrated fuse is a very effective battery cell level protection device, but causes considerable problems in the installation of the battery cells 21 in a series connection of a battery module or in a battery system. There, these measures are rather counterproductive.

In einer Batteriezelle 21 wird auch eine Nageleindringsicherheitsvorrichtung (Nail Penetration Safety Device (NDS)) integriert. Diese Nageleindringsicherheitsvorrichtung schützt die Batteriezelle 21, indem beim Eindringen eines Nagels in der Batteriezelle 21 ein definierter Kurzschlusspfad aufgebaut wird, der nicht zu einer starken lokalen Erwärmung der Batteriezelle im Bereich des Nageleintrittes führt, welche zu einem lokalen Schmelzen des vorhandenen Separators führen könnte.In a battery cell 21 Also, a Nail Penetration Safety Device (NDS) is integrated. This nail penetration safety device protects the battery cell 21 , by penetrating a nail in the battery cell 21 a defined short circuit path is established, which does not lead to a strong local heating of the battery cell in the area of the nail entry, which could lead to a local melting of the existing separator.

In einer Batteriezelle 21 wird auch eine Funktionssicherheitsschicht (Safety Function Layer (SFL)) integriert. Die Funktionssicherheitsschicht wird durch die keramische Beschichtung einer der beiden Elektroden, vorzugsweise durch die keramische Beschichtung der Anode, realisiert. Mittels der Funktionssicherheitsschicht kann bei einem Schmelzen des Separators ein flächiger Kurzschluss der Batteriezelle 21 und damit eine extrem schnelle Umsetzung der elektrischen Energie der Batteriezelle 21 in Verlustwärme verhindert werden. In a battery cell 21 A functional safety layer (SFL) is also integrated. The functional safety layer is realized by the ceramic coating of one of the two electrodes, preferably by the ceramic coating of the anode. By means of the functional safety layer, when the separator melts, a flat short-circuit of the battery cell can occur 21 and thus an extremely fast conversion of the electrical energy of the battery cell 21 be prevented in lost heat.

In einer Batteriezelle 21 wird ferner auch eine Stoßsicherheitsvorrichtung (Crush Safety Device) integriert. Die Stoßsicherheitsvorrichtung weist eine ähnliche Funktionsweise wie die Nageleindringsicherheitsvorrichtung auf. Bei einer starken mechanischen Deformation des Batteriezellgehäuse wird ein definierter Kurzschlusspfad in der Batteriezelle 21 bereitgestellt, der eine starke lokale Erwärmung der Batteriezelle 21 verhindert und dadurch die Sicherheit der Batteriezelle 21 erhöht.In a battery cell 21 Furthermore, a shock safety device (Crush Safety Device) is integrated. The shock safety device has a similar operation as the nail penetration safety device. With a strong mechanical deformation of the battery cell case becomes a defined short circuit path in the battery cell 21 provided a strong local heating of the battery cell 21 prevents and thereby the safety of the battery cell 21 elevated.

Bei den aktuell in der Entwicklung befindlichen Batteriezellen 21 sind insbesondere die Maßnahmen für die elektrische Sicherheit, die beispielsweise vor einem Überladen schützen oder einen Überstromschutz gewährleisten, mit erheblichem Aufwand verbunden. Diese Maßnahmen sind zudem nach dem Verbau einer Batteriezelle 21 in ein Batteriemodul beziehungsweise in ein Batteriesystem eher kontraproduktiv als sinnvoll. Beispielsweise kann bei einer Aktivierung der Schmelzsicherung einer Batteriezelle 21 die Situation entstehen, dass die Elektronik des vorhandenen Batteriemanagementsystems (BMS) sehr hohen negativen Spannungen ausgesetzt wird. Dadurch entsteht auf der Batteriesystemebene ein zusätzlicher Aufwand, der verursacht wird, weil die Transportvorschriften auf der Batteriezellebene erfüllt werden müssen, ohne dass ein Nutzen damit verbunden wäre. For the battery cells currently under development 21 In particular, the measures for electrical safety, for example, protect against overcharging or ensure overcurrent protection, associated with considerable effort. These measures are also after the installation of a battery cell 21 in a battery module or in a battery system rather counterproductive than useful. For example, upon activation of the fuse of a battery cell 21 The situation arises that the electronics of the existing battery management system (BMS) is exposed to very high negative voltages. This results in an additional effort on the battery system level, which is caused because the transport regulations must be met at the battery cell level without any benefit associated with it.

In der 3 ist das Prinzipschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystems 10 dargestellt, das eine Traktionsbatterie 20 mit mehreren Batteriezellen 21 und ein Batteriemanagementsystem umfasst. Die Elektronik des Batteriemanagementsystem (BMS) weist eine dezentrale Architektur auf, bei der die aus der Überwachungselektronik (CSC Elektronik) der Batteriezellen 21 ausgebildeten Zellüberwachungseinheiten 130 als Satelliten ausgeführt sind, zum Überwachen des Funktionszustandes einer oder mehreren Batteriezellen 21 jeweils ausgebildet sind und über ein internes Bussystem 141 mit einem zentralen Batteriesteuergerät (BCU) 140 kommunizieren.In the 3 is the block diagram of a known from the prior art battery system 10 shown that a traction battery 20 with several battery cells 21 and a battery management system. The electronics of the battery management system (BMS) has a decentralized architecture in which the from the monitoring electronics (CSC electronics) of the battery cells 21 trained cell monitoring units 130 are designed as satellites, for monitoring the functional state of one or more battery cells 21 are each formed and via an internal bus system 141 with a central battery control unit (BCU) 140 communicate.

Die Elektronik des Batteriemanagementsystems, insbesondere die Überwachungselektronik der Batteriezellen 21, ist dabei erforderlich, um die Batteriezellen 21 vor den kritischen, in der 2 dargestellten Zuständen zu schützen, die zu einem thermischen Durchgehen führen können. In der Elektronik des Batteriemanagementsystems wird ein hoher Aufwand betrieben, um zum einen die Batteriezellen 21 vor einer Überlastung durch externe Ursachen, wie beispielsweise durch einen Kurzschluss in dem Inverter eines Elektroantriebes, zu schützen und zum anderen nicht durch eine Fehlfunktion der Elektronik des Batteriemanagementsystems, wie beispielsweise durch eine fehlerhafte Erfassung der Batteriezellspannungen durch die Zellüberwachungseinheiten 130, zu gefährden.The electronics of the battery management system, in particular the monitoring electronics of the battery cells 21 , is required to the battery cells 21 before the critical, in the 2 Protected states that can lead to a thermal runaway. In the electronics of the battery management system, a high effort is operated, on the one hand, the battery cells 21 to protect against overload by external causes, such as by a short circuit in the inverter of an electric drive, and not by a malfunction of the electronics of the battery management system, such as by a faulty detection of the battery cell voltages by the cell monitoring units 130 , to endanger.

So wie bei dem in der 1 dargestellten Batteriesystem 10 ist bei dem in der 3 dargestellten Batteriesystem 10 die Traktionsbatterie 20 mit einem positiven Batterieterminal 24 über eine Trenn- und Ladeeinrichtung 40 verbindbar und mit einem negativen Batterieterminal 25 über eine Trenneinrichtung 50 verbindbar. Für die Bezeichnung gleicher Komponenten der in den 1 und 3 dargestellten Batteriesysteme wurden hier gleiche Bezugszeichen verwendet.Just like the one in the 1 illustrated battery system 10 is in the in the 3 illustrated battery system 10 the traction battery 20 with a positive battery terminal 24 via a separating and charging device 40 connectable and with a negative battery terminal 25 via a separating device 50 connectable. For the designation of the same components in the 1 and 3 shown Battery systems have been given the same reference numerals.

Ferner ist das zentrale Batteriesteuergerät 140 dazu ausgebildet, den Trennschalter (Relais) 41 und den Ladeschalter (Relais) 42 der Trenn- und Ladeeinrichtung 40 anzusteuern. Das Ansteuern des Trennschalters 41 und des Ladeschalters 42 mittels des Batteriesteuergeräts 140 ist mit dem Pfeil 142 symbolisiert. Auch ist das zentrale Batteriesteuergerät 140 dazu ausgebildet, den weiteren Trennschalter (Relais) 51 der Trenneinrichtung 50 anzusteuern. Das Ansteuern des Trennschalters 51 mittels des Batteriesteuergeräts 140 ist mit dem Pfeil 143 symbolisiert.Further, the central battery control device 140 adapted to disconnect (relay) 41 and the charging switch (relay) 42 the separating and charging device 40 head for. The activation of the disconnector 41 and the charging switch 42 by means of the battery control device 140 is with the arrow 142 symbolizes. Also is the central battery control unit 140 adapted to the other disconnector (relay) 51 the separator 50 head for. The activation of the disconnector 51 by means of the battery control device 140 is with the arrow 143 symbolizes.

Das zentrale Batteriesteuergerät 140 ist jeweils über eine Hochvoltleitung 144, 145 mit einem jeweils anderen Batterieterminal 24, 25 verbunden. Ferner umfasst das zentrale Batteriesteuergerät 140 Stromsensoren 150, 160, die dazu ausgebildet sind, den durch die Traktionsbatterie 20 fließenden Strom zu messen. Das Batteriesteuergerät 140 kommuniziert auch mit einer Fahrzeugschnittstelle über einen CAN-Bus 146. Über den CAN-Bus können dem Batteriesteuergerät 140 Informationen über den Funktionszustand des Fahrzeuges bereitgestellt werden.The central battery control unit 140 is in each case via a high-voltage line 144 . 145 with a different battery terminal 24 . 25 connected. Furthermore, the central battery control device comprises 140 current sensors 150 . 160 that are designed by the traction battery 20 to measure flowing electricity. The battery control unit 140 also communicates with a vehicle interface via a CAN bus 146 , Via the CAN bus, the battery control unit can 140 Information about the functional state of the vehicle can be provided.

Mit einem Batteriemanagementsystem eines aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystems wird angestrebt, die Sicherheit des Batteriesystems 10 so zu erhöhen, dass keine unzumutbare Gefährdung auftritt. Dabei werden gemäß der ISO 26262 hohe Anforderungen an die funktionale Sicherheit des Batteriemanagementsystems gestellt, da eine Fehlfunktion der Elektronik eine Gefährdung darstellen kann. Für Batteriemanagementsysteme in Elektrofahrzeugen und Steckdosenhybriden (Plug-in-Hybride) wird sich voraussichtlich eine Einstufung gemäß der Gefahrenstufe ASIL C etablieren, falls die Sicherheit der Batteriezellen 21 nicht signifikant erhöht werden kann.With a battery management system of a battery system known from the prior art is sought, the safety of the battery system 10 to increase so that no unreasonable risk occurs. It will be in accordance with the ISO 26262 high demands on the functional safety of the battery management system, as a malfunction of the electronics can pose a threat. For battery management systems in electric vehicles and plug-in hybrids (plug-in hybrids), a classification according to the danger level ASIL C is expected to establish if the safety of the battery cells 21 can not be significantly increased.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Batteriezelle bereitgestellt. Die Überwachungsvorrichtung umfasst eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von mehreren die Batteriezelle betreffenden physikalischen Größen, eine Zustandsermittlungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, anhand einer insbesondere modellbasierten Auswertung der von der Sensorvorrichtung bereitgestellten aktuellen Messwerte der physikalischen Größen einen aktuellen und/oder künftigen Batteriezellzustand zu erkennen und/oder vorherzusagen und eine Aktorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Batteriezelle aus einem kritischen und/oder kritisch werdenden Batteriezellzustand in einen sicheren Betriebsmodus zu überführen und/oder zu halten. Ferner stellt die Überwachungsvorrichtung bevorzugt eine Transportsicherheitsfunktion bereit, mittels der durch die Zustandsermittlungsvorrichtung bei Vorliegen eines extern erzeugten Aktivierungssignals ein kritischer Batteriezellzustand, in dem die Batteriezelle bei Transportieren der Batteriezelleinrichtung beschädigt werden kann, ermittelt werden kann und die Batteriezelle bei Vorliegen des kritischen Batteriezellzustandes durch die Aktorvorrichtung in einen als sicheren Betriebsmodus ausgelegten Transportbetriebsmodus, in dem die Batteriezelle keine Spannung an den Ausgangsterminals der Batteriezelleinrichtung abgibt, überführt und/oder gehalten werden kann. According to the invention, a battery cell device is provided with a battery cell and a monitoring device for monitoring the battery cell. The monitoring device comprises a sensor device for detecting a plurality of physical variables relating to the battery cell, a state determination device which is designed to detect and / or determine a current and / or future battery cell state based on a particular model-based evaluation of the current physical value measurements provided by the sensor device and an actuator device configured to transition and / or maintain the battery cell from a critical and / or critical battery cell state to a safe mode of operation. Furthermore, the monitoring device preferably provides a transport safety function, by means of which a critical battery cell state in which the battery cell can be damaged during transport of the battery cell device can be determined by the state determining device in the presence of an externally generated activation signal and the battery cell in the presence of the critical battery cell state by the actuator device in a transport operating mode designed as a safe operating mode, in which the battery cell can not deliver, transfer and / or maintain voltage at the output terminals of the battery cell device.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Überwachen einer in einer Batteriezelleinrichtung angeordneten Batteriezelle mittels einer in der Batteriezelleinrichtung angeordneten Überwachungsvorrichtung bereitgestellt. Dabei werden mehrere physikalische Größe zum Ermitteln eines Batteriezellzustandes mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Sensorvorrichtung erfasst. Auch wird ein aktueller und/oder künftiger Batteriezellzustand mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Zustandsermittlungsvorrichtung anhand einer insbesondere modelbasierten Auswertung der von der Sensorvorrichtung bereitgestellten aktuellen Messwerte der physikalischen Größen erkannt und/oder vorhergesagt. Bei Vorliegen eines kritischen und/oder kritisch werdenden Batteriezellzustandes wird die Batteriezelle mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Aktorvorrichtung in einen sicheren Betriebsmodus überführt. Weiterhin wird von der Überwachungsvorrichtung bevorzugt weiter eine Transportsicherheitsfunktion bereitgestellt, mittels der das Auftreten eines kritischen Batteriezellzustandes, in dem die Batteriezelle bei Transportieren der Batteriezellenrichtung beschädigt werden kann, durch die Zustandsermittlungsvorrichtung bei Vorliegen eines extern erzeugten Aktivierungssignal ermittelt wird, und bei Vorliegen des kritischen Batteriezellzustandes die Batteriezelle in einen als sicheren Betriebsmodus ausgelegten Transportbetriebsmodus, in dem die Batteriezelle keine Spannung an den Ausgangsterminals der Batteriezelleinrichtung abgibt, durch die Aktorvorrichtung überführt und/oder gehalten wird.Furthermore, according to the invention, a method is provided for monitoring a battery cell arranged in a battery cell device by means of a monitoring device arranged in the battery cell device. In this case, a plurality of physical variables are detected for determining a battery cell state by means of a sensor device arranged in the monitoring device. A current and / or future battery cell state is also detected and / or predicted by means of a state determination device arranged in the monitoring device on the basis of a model-based evaluation of the actual measured values of the physical quantities provided by the sensor device. In the presence of a critical and / or critical battery cell state, the battery cell is converted into a safe operating mode by means of an actuator device arranged in the monitoring device. Furthermore, the monitoring device preferably further provides a transport safety function by means of which the occurrence of a critical battery cell state in which the battery cell can be damaged when the battery cell direction is being transported is detected by the state determination device in the presence of an externally generated activation signal, and in the presence of the critical battery cell state Battery cell in a designed as a safe mode of transport mode of operation in which the battery cell does not deliver voltage to the Ausgangsterminals the battery cell device is transferred by the actuator device and / or held.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Einfach ausgedrückt wird eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer erfindungsgemäßen Überwachungseirichtung beziehungsweise Überwachungselektronik bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Überwachungselektronik kann auch in der Batteriezelle integriert sein. Eine Batteriezelle mit integrierter erfindungsgemäßer Überwachungselektronik wird im Folgenden auch als elektrisch eigensichere oder eigensichere Batteriezelle bezeichnet. The dependent claims show preferred developments of the invention. In simple terms, a battery cell device having a battery cell and a monitoring device or monitoring electronics according to the invention is provided. The monitoring electronics according to the invention can also be integrated in the battery cell. A battery cell with integrated monitoring electronics according to the invention is described below Also referred to as electrically intrinsically safe or intrinsically safe battery cell.

Eine elektrisch eigensichere Batteriezelle umfasst eine elektrochemische Batteriezelle, insbesondere eine elektrochemische Lithium-Ionen-Batteriezelle, eine Sensorik (Sensorvorrichtung) zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezelle, eine Batteriezustandserkennung und -Prädiktion (Zustandsermittlungsvorrichtung), die aus den Sensorsignalen den aktuellen Zustand der Batteriezelle (Batteriezellzustand) insbesondere hinsichtlich ihrer Sicherheit ermittelt und auch das künftige Verhalten der Batteriezelle prädizieren (vorhersagen) kann und einer Sicherheitsaktorik (Aktorvorrichtung), mit der die Batteriezelle bei Erkennung eines kritisch werdenden Zustandes und/oder Betriebes der Batteriezelle bei Bedarf überführt werden kann. An electrically intrinsically safe battery cell comprises an electrochemical battery cell, in particular an electrochemical lithium-ion battery cell, a sensor system for detecting physical quantities for determining the state of the battery cell, a battery state detection and prediction device determining the current state from the sensor signals the battery cell (battery cell state) determined in particular with regard to their safety and predict the future behavior of the battery cell (predict) and a Sicherheitsaktorik (actuator device) with which the battery cell can be converted if necessary recognizing a critical condition and / or operation of the battery cell ,

Die eigensichere Batteriezelle kann sich selbst vor unzulässigen Betriebszuständen schützen, ohne dabei auf die Funktion der Elektronik eines übergeordneten Batteriemanagementsystems angewiesen zu sein. Mit einer eigensicheren Batteriezelle steht ein Grundbaustein zur Verfügung aus dem in einfacher Weise sichere Batteriesysteme aufgebaut werden können. So kann die Sicherheit insbesondere von großen Batteriesystemen, wie sie beispielsweise bei Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, signifikant erhöht werden. The intrinsically safe battery cell can protect itself against impermissible operating states, without having to depend on the function of the electronics of a higher-level battery management system. With an intrinsically safe battery cell, a basic building block is available from which safe battery systems can be constructed in a simple way. Thus, the security can be significantly increased in particular of large battery systems, such as those used for example in electric and hybrid vehicles.

Insbesondere können Gefährdungen, wie sie bei beziehungsweise nach ersten Crashtests (Crash Tests) der aktuell in Serie eingeführten Steckdosenhybride (Plug-In-Hybrids) und Elektrofahrzeuge aufgetreten sind, vermieden werden. In particular, hazards as they occurred during or after the first crash tests (crash tests) of the currently introduced in series plug-in hybrids (plug-in hybrids) and electric vehicles can be avoided.

Darüber hinaus können die heute durchgeführten, nicht zielführenden Maßnahmen für die elektrische Sicherheit der Batteriezelle, wie beispielsweise das Vorsehen der Batteriezelle mit einer Überladesicherheitsvorrichtung (Overcharge Safety Device) oder mit einer Batteriezellsicherung (Cell Fuse), entfallen. Auch die beispielsweise durch das Vorsehen der Batteriezelle mit einer Nail Penetration Safety Device NSD durchgeführten Maßnahmen für die Erhöhung der Sicherheit bei starken mechanischen Krafteinwirkungen, die beispielsweise bei Penetration der Batteriezelle mit spitzen Gegenständen, die durch den Nageleindringtest (Nail Penetration Test) simuliert wird, sowie bei starken Deformation der Batteriezelle, die durch die Stoßtests (Crush Tests) in den drei Raumachsen simuliert werden, auftreten, können entfallen beziehungsweise zumindest wesentlich einfacher realisiert werden, da die Anforderungen seitens der Batteriezelle geringer sind.In addition, the current non-targeted measures for the electrical safety of the battery cell, such as the provision of the battery cell with an overcharge safety device (Overcharge Safety Device) or a battery cell fuse (Cell Fuse) eliminated. Also, for example, by the provision of the battery cell with a Nail Penetration Safety Device NSD measures for increasing the security of strong mechanical force effects, for example, in penetration of the battery cell with sharp objects, which is simulated by the Nail Penetration Test (Nail Penetration Test), and occur at high deformation of the battery cell, which are simulated by the impact tests (crush tests) in the three spatial axes, can be eliminated or at least much easier to implement, since the requirements are lower by the battery cell.

Ferner sind in der eigensicheren Batteriezelle bevorzugt Sicherheitsfunktionen, insbesondere eine Transportsicherheitsfunktion integriert, die bei Vorliegen eines kritischen oder kritisch werdenden Batteriezellzustandes die Batteriezelle sofort in einen sicheren Betriebsmodus überführen. Furthermore, safety functions, in particular a transport safety function, are preferably integrated in the intrinsically safe battery cell, which immediately convert the battery cell into a safe operating mode in the presence of a critical or critical battery cell state.

Mittels der hier beschriebenen Transportsicherheitsfunktion einer eigensicheren Batteriezelle, insbesondere einer eigensicheren Lithium-Ionen-Batteriezelle, wird die Sicherheit der Batteriezelle während eines Transportes der Batteriezelle und bei dem Umgang mit der Batteriezelle erhöht. Optional werden mittels der Transportsicherheitsfunktion auch zeitliche Verläufe beispielsweise der Batteriezellspannung und der Batteriezelltemperatur aufzeichnet, um zusätzliche Informationen über die Qualität der Batteriezelle, insbesondere zur Erkennung von Feinschlüssen, und über die Alterung der Batteriezelle, insbesondere während des Transports der Batteriezelle bei hohen Temperaturen, zu bekommen.By means of the transport safety function described here of an intrinsically safe battery cell, in particular an intrinsically safe lithium-ion battery cell, the safety of the battery cell during transport of the battery cell and in handling the battery cell is increased. Optionally, by means of the transport safety function, also temporal courses of, for example, the battery cell voltage and the battery cell temperature are recorded in order to obtain additional information about the quality of the battery cell, in particular for the detection of fine connections, and about the aging of the battery cell, in particular during the transport of the battery cell at high temperatures ,

Mit der Realisierung einer während des Transports eigensicheren Batteriezelle kann die Handhabung (Handling) der Batteriezelle während des Transportes deutlich vereinfacht werden. So können beispielsweise bei einem externen Kurzschluss der Batteriezellterminals (Ausgangsterminals) keine Ströme mehr fließen. Dadurch kann eine Gefährdung für Personen bei Vorliegen eines solchen fehlerhaften Einsatzes (Misuse) ausgeschlossen werden. Die Batteriezelle wird beispielsweise auch bei feuchter Umgebung keine erhöhte Selbstentladung während des Transports aufweisen. Dadurch können die während des Transports aufgezeichneten Verläufe der Batteriezellspannung und Batteriezelltemperatur für eine Feinschlusserkennung im Anschluss an die Qualitätskontrolle bei der Fertigung der Batteriezelle genutzt werden. Bei Erkennung eines Feinschlusses wird die Batteriezelle über eine Entladevorrichtung vollständig entladen und damit elektrochemisch deaktiviert. Dadurch kann die Sicherheit der Batteriezelle sowohl während des Transports als auch in der anschließenden Betriebsphase signifikant erhöht werden.With the realization of an intrinsically safe battery cell during transport, the handling (handling) of the battery cell during transport can be significantly simplified. For example, no currents can flow in the event of an external short circuit of the battery cell terminals (output terminals). As a result, a risk to persons in the presence of such a misuse (misuse) can be excluded. The battery cell will, for example, even in humid environment have no increased self-discharge during transport. As a result, the recorded during the transport waveforms of the battery cell voltage and battery cell temperature for a fine detection after the quality control in the production of the battery cell can be used. Upon detection of a fine closure, the battery cell is completely discharged via an unloading device and thus deactivated electrochemically. As a result, the safety of the battery cell can be significantly increased both during transport and in the subsequent operating phase.

Bei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung ist die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet, die Batteriezellspannung zu erfassen und/oder das Vorliegen einer Batteriezellspannung, deren Betrag sich in einem vorbestimmten Batteriezellspannungsbereich befindet, zu überwachen. Ferner ist die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet, einen durch die Batteriezelle fließenden Strom und/oder eine Batteriezelltemperatur, insbesondere eine Batteriezellinnentemperatur und/oder eine Batteriezellwickeltemperatur und/oder eine Batteriezellaußentemperatur, und/oder einen Batteriezellinnendruck und/oder eine lineare Beschleunigung der Batteriezelle und/oder eine Drehbeschleunigung der Batteriezelle zu erfassen. Weiterhin ist die Aktorvorrichtung dazu ausgebildet, zum Überführen der Batteriezelle in den sicheren Betriebsmodus und/oder zum Halten der Batteriezelle in dem sicheren Betriebsmodus eine in der Batteriezelle angeordnete Entladevorrichtung zu aktivieren. Vorzugsweise ist die Entladevorrichtung dabei dazu vorgesehen, in einem aktivierten Entlademodus die Batteriezelle mittels eines vorbestimmten Entladestroms und/oder in einem aktivierten Schnellentlademodus die Batteriezelle mittels eines Entladestroms, der einen vorbestimmten Bruchteil eines Kurzschlussstromes der Batteriezelle beträgt, zu entladen. Auch kann die Aktorvorrichtung dazu ausgebildet sein, einen in der Batteriezelleinrichtung angeordneten Strombypass zu aktivieren. Der Strombypass ist vorzugsweise dazu vorgesehen ist, im aktivierten Zustand einen zwischen den Batteriezellterminals fließenden Strom über einen batteriezellextern liegenden Strompfad umzuleiten.In a particular embodiment of the battery cell device according to the invention, the sensor device is designed to detect the battery cell voltage and / or to monitor the presence of a battery cell voltage whose magnitude is in a predetermined battery cell voltage range. Furthermore, the sensor device is designed to generate a current flowing through the battery cell and / or a battery cell temperature, in particular a battery cell temperature and / or a battery cell temperature and / or a battery cell outside temperature, and / or a battery cell internal pressure and / or a linear acceleration of the battery cell and / or To detect spin of the battery cell. Furthermore is the actuator device is configured to activate an arranged in the battery cell discharge device for transferring the battery cell in the safe operating mode and / or for holding the battery cell in the safe operating mode. Preferably, the discharge device is provided for discharging the battery cell by means of a predetermined discharge current and / or in an activated fast discharge mode in an activated discharge mode by means of a discharge current which is a predetermined fraction of a short-circuit current of the battery cell. The actuator device can also be designed to activate a current bypass arranged in the battery cell device. The current bypass is preferably provided for, in the activated state, diverting a current flowing between the battery cell terminals via a current path lying outside the battery cell.

Mit anderen Worten werden in der Sensorvorrichtung die im Folgenden angegebenen Sensorelemente zur Erfassung des Batteriezustands eingesetzt.In other words, in the sensor device, the following sensor elements are used to detect the battery condition.

Die Sensorvorrichtung umfasst bevorzugt zunächst eine Batteriezellspannungserfassung, mittels de die die Ausgangsspannung der elektrochemischen Batteriezelle erfasst wird. Optional kann diese Batteriezellspannungserfassung noch durch eine Spannungsbereichskontrolle ergänzt werden, mit der überwacht wird, ob die Batteriezellspannung sich innerhalb des spezifizierten zulässigen Bereichs, der sich beispielsweise zwischen 2,8V bis 4,2V erstreckt.The sensor device preferably comprises first a battery cell voltage detection, by means of which the output voltage of the electrochemical battery cell is detected. Optionally, this battery cell voltage detection may be supplemented by a voltage range control, which monitors whether the battery cell voltage is within the specified allowable range, for example, between 2.8V to 4.2V.

Ferner oder alternativ umfasst die Sensorvorrichtung eine Batteriezellstromerfassung, mit der der elektrische Strom durch die elektrochemische Batteriezelle erfasst wird, und/oder eine Batteriezelltemperaturerfassung, mit der die Temperatur der elektrochemischen Batteriezelle erfasst wird. Besonders interessant ist die Temperatur des Zellwickels. Falls erforderlich kann die Außentemperatur und die Innentemperatur der Batteriezelle erfasst werden.Furthermore or alternatively, the sensor device comprises a battery cell current detection, with which the electric current is detected by the electrochemical battery cell, and / or a battery cell temperature detection, with which the temperature of the electrochemical battery cell is detected. Particularly interesting is the temperature of the cell coil. If necessary, the outside temperature and inside temperature of the battery cell can be detected.

Auch umfasst die Sensorvorrichtung bevorzugt alternativ oder zusätzlich eine Druckerfassung, mit der der Innendruck einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen Batteriezelle mit Hartschalen-Gehäuse (Hardcase Gehäuse), erfasst wird. The sensor device preferably also comprises, alternatively or additionally, a pressure sensor with which the internal pressure of a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell with a hard-shell housing (hardcase housing), is detected.

Weiterhin umfasst die Sensorvorrichtung bevorzugt alternativ oder zusätzlich Beschleunigungssensoren für die drei Raumachsen zur Erfassung von linearen Beschleunigungen der Batteriezelle. Weitere Sensorelemente können in Abhängigkeit von der Batteriezelltechnologie erforderlich sein oder gegebenenfalls sinnvoll sein, um die Genauigkeit oder Zuverlässigkeit der Batteriezustandserkennung zu verbessern und einen sicherheitsrelevanten Betrieb oder Zustand der Batteriezelle voraussagen zu können. So kann beispielsweise der Einsatz von Drehratensensoren (Drehbeschleunigungssensoren) sinnvoll sein, um eine fahrdynamisch kritische Situation zu erkennen und frühzeitig die Überführung der Batteriezellen in einen auch beim Auftreten eines einem Unfall sicheren Betriebsmodus einzuleiten Ermittlung und Prädiktion des Batteriezustands.Furthermore, the sensor device preferably comprises alternatively or additionally acceleration sensors for the three spatial axes for detecting linear accelerations of the battery cell. Other sensor elements may be required depending on the battery cell technology or may be useful to improve the accuracy or reliability of the battery state detection and to predict a safety-related operation or state of the battery cell can. Thus, for example, the use of rotation rate sensors (rotational acceleration sensors) may be useful to detect a driving dynamics critical situation and early to initiate the transfer of the battery cells in an even when an accident-safe operation mode detection and prediction of the battery condition.

Aus den Sensorelementsignalen für die Spannung, Strom, Temperatur und Innendruck der Batteriezelle kann mittels einer erfindungsgemäßen Batteriezustandserkennung ermittelt werden, ob die Batteriezelle sich in einem kritischen Zustand befindet beziehungsweise in der Zukunft in einen kritischen Zustand kommen wird. Für die Batteriezustandserkennung und -Prädiktion können in vorteilhafter Weise modellbasierte Verfahren beziehungsweise Auswertungen zum Einsatz kommen.From the sensor element signals for the voltage, current, temperature and internal pressure of the battery cell can be determined by means of a battery condition detection according to the invention, whether the battery cell is in a critical state or will come in the future in a critical condition. For the battery state detection and prediction model-based methods or evaluations can be used advantageously.

Des Weiteren ist die Aktorvorrichtung beziehungsweise die Sicherheitsaktorik dazu ausgebildet, die Batteriezelle wieder in einen sicheren Zustand zu überführen beziehungsweise in einem sicheren Bereich zu halten.Furthermore, the actuator device or the safety actuator is designed to restore the battery cell to a safe state or to keep it in a safe area.

Dazu ist die Sicherheitsaktorik einer eigensicheren Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, bevorzugt in der Lage, die Batteriezelle entladen zu können. Die Anforderungen an die dabei zu realisierenden Entladeströme sind abhängig von der verwendeten Batteriezellchemie und die Worst-Case-Betriebsbedingungen und Worst-Case-Fehlgebrauchsbedingungen (worst case misuse) oder Worst-Case-Missbrauchsbedingungen (worst case abuse), denen die Batteriezelle ausgesetzt werden kann. For this purpose, the safety actuator of an intrinsically safe battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is preferably able to discharge the battery cell. The requirements for the discharge currents to be realized depend on the battery cell chemistry used and the worst case operating conditions and worst case misuse conditions or worst case abuse conditions to which the battery cell can be exposed ,

In vielen Fällen wird es erforderlich sein, die Entladevorrichtung mit einer Schnellentladevorrichtung (Ultra Fast Discharge Device (UFDD)) beziehungsweise mit einem Schnellentlademodus vorzusehen, um die Zelle eigensicher zu bekommen. Mit einer Schnellentladevorrichtung kann die Batteriezelle mit sehr hohen Entladeströmen nahe dem Kurzschlussstrom sehr schnell entladen werden.In many cases it will be necessary to provide the unloading device with an Ultra Fast Discharge Device (UFDD) or a fast discharge mode to get the cell intrinsically safe. With a quick discharge device, the battery cell can be discharged very quickly with very high discharge currents near the short-circuit current.

Die Möglichkeit zur Entladung der Batteriezelle ist für die Realisierung einer eigensicheren Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, bevorzugt eine notwendige Bedingung.The possibility for discharging the battery cell is for the realization of an intrinsically safe battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, preferably a necessary condition.

Ferner ist die Sicherheitsaktorik für die Realisierung einer eigensicheren Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen Batteriezelle, bevorzugt in der Lage, einen Strombypass für die Batteriezelle schalten beziehungsweise aktivieren zu können. Über den Strombypass kann ein Strom zwischen den beiden Batteriezellterminals beziehungsweise Ausgangsterminals fließen, ohne dass dieser Strom durch die elektrochemische Batteriezelle fließt. Der Strombypass muss in der Lage sein, Ströme beider Polarität führen zu können.Furthermore, the safety actuator for the realization of an intrinsically safe battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, is preferably able to switch or activate a current bypass for the battery cell. A current can flow between the two battery cell terminals or output terminals via the current bypass without this current flows through the electrochemical battery cell. The current bypass must be able to carry currents of both polarities.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung ist die Aktorvorrichtung dazu ausgebildet, bei Vorliegen des extern erzeugten Aktivierungssignals die Batteriezelle mittels einer Aktivierung des Strombypasses in dem Transportbetriebsmodus zu überführen.In a preferred embodiment of the battery cell device according to the invention, the actuator device is designed to transfer the battery cell by means of activation of the current bypass in the transport operating mode in the presence of the externally generated activation signal.

Einfach ausgedrückt kann die Batteriezelle mittels der Transportsicherheitsfunktion über eine externe Aktivierung in den Transportbetriebsmodus versetzt werden. Während sich die Batteriezelle im Transportbetriebsmodus befindet kann ferner der Strombypass mittels der Transportsicherheitsfunktion aktiviert werden. Die Batteriezelle gibt dann keine Spannung (Batteriezellspannung) an ihren Batteriezellterminals (Ausgangsterminals) ab und ist somit gegenüber externen elektrischen Kurzschlüssen unempfindlich. Die Batteriezelle ist darüber hinaus gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise gegenüber erhöhter Luftfeuchtigkeit, die zu einer erhöhten Selbstentladung der Batteriezelle während des Transportes führen könnten, unempfindlich.In simple terms, the battery cell can be put into the transport operating mode by means of the transport safety function via an external activation. Furthermore, while the battery cell is in the transport operating mode, the power bypass can be activated by means of the transport safety function. The battery cell then outputs no voltage (battery cell voltage) at its battery cell terminals (output terminals) and is thus insensitive to external electrical short circuits. The battery cell is also insensitive to environmental influences, such as increased humidity, which could lead to increased self-discharge of the battery cell during transport.

Bei einer weiteren sehr bevorzugten Ausführungsform der Batteriezelleinrichtung ist die Zustandsermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet, zur Ermittlung eines Batteriezellqualitätszustandes, insbesondere zur Erkennung von Batteriezellfeinschlüssen, und/oder zur Ermittlung eines Batteriezellalterungszustandes einen zeitabhängiges Verlauf der Batteriezellspannung und/oder der Batteriezelltemperatur der in den Transportbetriebsmodus überführten Batteriezelle aufzuzeichnen und auszuwerten. Ferner ist die Aktorvorrichtung dazu ausgebildet, bei Vorliegen eines Batteriezellfeinschlusses die Entladevorrichtung zum Entladen, insbesondere zum vollständigen Entladen der im Transportbetriebsmodus überführten Batteriezelle zu aktivieren. In a further very preferred embodiment of the battery cell device, the state determination device is designed to record a time-dependent course of the battery cell voltage and / or the battery cell temperature of the transferred into the transport operating mode battery cell for determining a battery cell quality state, in particular for the detection of Batteriezellfeinschlüssen, and / evaluate. Furthermore, the actuator device is designed to activate the unloading device for discharging, in particular for completely discharging the battery cell transferred in the transport operating mode in the event of a battery cell fault.

Mit anderen Worten, während des Transports der Batteriezelle wird mittels der Transportsicherungsfunktion bevorzugt eine Feinschlusserkennung durchgeführt. Hierzu können unter anderem die zeitlichen Verläufe der Batteriezellspannung und der Batteriezelltemperatur aufgezeichnet und ausgewertet werden. Tritt eine erhöhte Selbstentladung der Batteriezelle auf, wird bevorzugt die Entladevorrichtung (Discharge Device) aktiviert und die Batteriezelle wird entladen. Vorzugsweise wird eine vollständige Entladung der Batteriezelle durchgeführt, wodurch die Batteriezelle über eine elektrochemische Deaktivierung in den sicherst möglichen Zustand überführt wird.In other words, during the transport of the battery cell, a fine-circuit detection is preferably carried out by means of the transport-securing function. Among other things, the temporal courses of the battery cell voltage and the battery cell temperature can be recorded and evaluated. If an increased self-discharge of the battery cell, the discharge device (Discharge Device) is preferably activated and the battery cell is discharged. Preferably, a complete discharge of the battery cell is performed, whereby the battery cell is transferred via an electrochemical deactivation in the safest possible state.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Zellzustandsermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet, die für die in den Transportbetriebsmodus überführte Batteriezelle aufgezeichneten zeitlichen Verläufe der Batteriezellspannung und/oder Batteriezelltemperatur einem externen System bereitzustellen. Preferably, the cell state determination device according to the invention is designed to provide the time profiles of the battery cell voltage and / or battery cell temperature recorded for the battery cell transferred into the transport operating mode to an external system.

Die während des Transports der Zelle aufgezeichneten Daten können optional einem Batteriemanagementsystem, einer Wareneingangskontrolle für die Batteriezelle oder beispielsweise auch einer Fertigungseinrichtung für ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt werden beziehungsweise ausgelesen werden. The data recorded during the transport of the cell can optionally be made available or read out to a battery management system, a goods receipt control for the battery cell or, for example, also a production device for a battery system.

Insbesondere ist die erfindungsgemäße Aktorvorrichtung dazu ausgebildet, bei Vorliegen eines weiteren extern erzeugten Aktivierungssignals die Batteriezelle von dem Transportbetriebsmodus in einem Normalbetriebsmodus zu überführen. Auch umfasst die Batteriezelleinrichtung eine Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, die während des Normalbetriebsmodus an den Ausgangsterminals der Batteriezelleinrichtung anliegenden Batteriezellspannung derartig einzustellen, dass an den Ausgangsterminals eine Batteriezellspannung in positiver oder negativer Orientierung anliegt oder die Batteriezelle an den Ausgangsterminals eine Spannung von 0 V abgibt.In particular, the actuator device according to the invention is designed to transfer the battery cell from the transport operating mode in a normal operating mode in the presence of a further externally generated activation signal. The battery cell device also comprises a voltage setting device, which is designed to adjust the battery cell voltage applied to the output terminal of the battery cell device during the normal operating mode such that a battery cell voltage in positive or negative orientation is applied to the output terminal or the battery cell at the output terminal is a voltage of 0 V. emits.

Mit der beschriebenen, insbesondere in einer Batteriezelle integrierten Transportsicherheitsfunktion kann die Batteriezelle alle erforderlichen Maßnahmen, die dazu notwendig sind, die Batteriezelle während des Transportes in einem sicheren Zustand zu halten beziehungsweise die Batteriezelle bei Erkennung eines Feinschlusses in den sichersten Zustand, in dem die Batteriezelle vollständig entladen ist, zu überführen, selbst durchführen und ist nicht auf die Funktionalität eines übergeordneten Batteriemanagementsystems angewiesen. Zusätzlich schützt die integrierte Transportsicherheitsfunktion die Batteriezelle und auch Personen, die während des Transports und dem Verpacken beziehungsweise dem Auspacken mit der Batteriezelle hantieren vor einer Gefährdung, die beziehungsweise durch einen elektrischen Kurzschluss der Batteriezelle auftreten können.With the transport safety function described, in particular integrated in a battery cell, the battery cell can take all the necessary measures necessary to keep the battery cell in a safe state during transport or the battery cell in the safest state upon detection of a fine closure, in which the battery cell completely is unloaded, transfer, perform itself and is not dependent on the functionality of a higher-level battery management system. In addition, the integrated transport safety function protects the battery cell and also persons who handle the battery cell during transport and packaging or unpacking against a hazard which can occur due to an electrical short circuit of the battery cell.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die funktionellen Merkmale der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung einzeln oder in Kombination.The method according to the invention preferably comprises the functional features of the battery cell device according to the invention individually or in combination.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die in den Transportbetriebsmodus überführte Batteriezelle insbesondere bei Vorliegen von durch die Zustandsermittlungsvorrichtung erkannten Batteriezellfeinschlüssen über eine in der Batteriezelleinrichtung angeordnete und von der Aktorvorrichtung aktivierte Entladevorrichtung vollständig entladen. Ferner wird vorzugsweise im Transportbetriebsmodus ein Strombybass eingesetzt. Außerdem können im Transportbetriebsmoduls die jeweiligen aktuellen Werte der Zellspannung und der Temperatur erfasst und gespeichert werden und einem batteriezellexternen System, wie beispielsweise einem Batteriemanagementsystem, zur Verfügung gestellt werden.In the method according to the invention, the battery cell transferred into the transport operating mode is preferably completely discharged, in particular in the presence of battery cell faults detected by the state determining device, via an unloading device arranged in the battery cell device and activated by the actuator device. Further, preferably in Transport mode of operation is a Strombybass used. In addition, in the transport operating module, the respective current values of the cell voltage and the temperature can be detected and stored and made available to a battery cell-external system, such as a battery management system.

Ein anderer wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem, das eine Batterie mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen und ein Batteriemanagementsystem, das dazu ausgebildet ist, mit den in den Batteriezelleinrichtungen angeordneten Überwachungsvorrichtungen zu kommunizieren, umfasst.Another essential aspect of the invention relates to a vehicle having a battery system comprising a battery having a plurality of battery cell devices according to the invention and a battery management system that is configured to communicate with the monitoring devices arranged in the battery cell devices.

Auch betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem.The invention also relates to a vehicle with a battery system according to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:

1 das Prinzipschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystems mit einer Traktionsbatterie, 1 the block diagram of a known from the prior art battery system with a traction battery,

2 ein Diagramm, dass die Fehlmechanismen einer aus dem Stand der Technik bekannten Lithium-Ionen-Batterie darstellt, die zu einem thermischen Durchgehen dieser Lithium-Ionen-Batterie führen können, 2 FIG. 2 is a diagram illustrating the failure mechanisms of a prior art lithium-ion battery that may cause thermal cycling of this lithium-ion battery. FIG.

3 das Prinzipschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystems mit einer aus mehreren Batteriezellen ausgebildeten Traktionsbatterie und ein Batteriemanagementsystem, 3 3 is a block diagram of a battery system known from the prior art with a traction battery formed from a plurality of battery cells and a battery management system;

4 das Prinzipschaltbild einer Batteriezelleinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 4 the schematic diagram of a battery cell device according to a first embodiment of the invention,

5 ein Ablaufdiagramm einer modellbasierten Zustandsermittlung und Prädiktion, mit der die erfindungsgemäße Erkennung und/oder Vorhersage eines Batteriezellzustandes ausgeführt werden kann, nach einer Ausführungsform der Erfindung, und 5 a flowchart of a model-based state determination and prediction, with which the detection and / or prediction of a battery cell state according to the invention can be performed, according to an embodiment of the invention, and

6 ein Ablaufdiagramm einer Sicherheitsfunktionalität einer eigensicheren Batteriezelle, die mit der erfindungsgemäßen Transportsicherheitsfunktion ausgestattet ist. 6 a flowchart of a safety functionality of an intrinsically safe battery cell, which is equipped with the transport safety function according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 4 ist das Prinzipschaltbild einer eigensicheren Batteriezelleinrichtung 221 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die elektrisch eigensichere Batteriezelleinrichtung 221 umfasst eine Batteriezelle 21, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, und eine Überwachungsvorrichtung (Überwachungselektronik) 230 zum Überwachen der Batteriezelle 21. Die Überwachungsvorrichtung 230 umfasst eine Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezelle, eine Zustandsermittlungsvorrichtung 250 (Batteriezellzustandserkennung und -Prädiktion), die aus den Sensorsignalen den aktuellen Batteriezellzustand 21 insbesondere hinsichtlich ihrer Sicherheit erkennt und auch das zukünftige Verhalten der Batteriezelle 21 vorhersagen beziehungsweise prädizieren kann, und eine Aktorvorrichtung (Sicherheitsaktorik) 260 mit der die Batteriezelle 21 beim Erkennen eines kritisch werdenden Batteriezellzustands in einen sicheren Betriebsmodus überführt werden kann.In the 4 is the schematic diagram of an intrinsically safe battery cell device 221 illustrated according to a first embodiment of the invention. The electrically intrinsically safe battery cell device 221 includes a battery cell 21 , in particular a lithium-ion battery cell, and a monitoring device (monitoring electronics) 230 for monitoring the battery cell 21 , The monitoring device 230 includes a sensor device (sensor system) 240 for detecting physical quantities for determining the state of the battery cell, a state detecting device 250 (Battery cell state detection and prediction), which from the sensor signals the current battery cell state 21 especially in terms of their safety and also recognizes the future behavior of the battery cell 21 predict or predicate, and an actuator device (safety actuator) 260 with the battery cell 21 upon detection of a critical battery cell state can be converted to a safe mode of operation.

Dabei ist die Sensorvorrichtung 240 dazu ausgebildet ist, die Batteriezellspannung zu erfassen und zu überwachen, einen durch die Batteriezelle fließenden Strom, eine Batteriezelltemperatur, einen Batteriezellinnendruck zu erfassen. Ferner ist die Sensorvorrichtung 240 dazu ausgebildet, eine lineare Beschleunigung und/oder eine Drehbeschleunigung der Batteriezelle 21 zu erfassen.In this case, the sensor device 240 configured to detect and monitor the battery cell voltage, to detect a current flowing through the battery cell, a battery cell temperature, a battery cell internal pressure. Furthermore, the sensor device 240 adapted to a linear acceleration and / or a rotational acceleration of the battery cell 21 capture.

In der Batteriezelleinrichtung 221 ist ferner eine Entladevorrichtung (nicht separat dargestellt) angeordnet, die mittels der Aktorvorrichtung 260 aktiviert werden kann. Die Entladevorrichtung ist dazu vorgesehen ist, in einem aktivierten Entlademodus die Batteriezelle 21 mittels von moderaten Entladeströmen und/oder in einem aktivierten Schnellentlademodus die Batteriezelle mittels von hohen Entladeströmen nahe dem Kurzschlussstrom zu entladen. In the battery cell device 221 Furthermore, a discharge device (not shown separately) is arranged, which by means of the actuator device 260 can be activated. The discharge device is intended, in an activated discharge mode, the battery cell 21 by means of moderate discharge currents and / or in an activated fast discharge mode to discharge the battery cell by means of high discharge currents near the short-circuit current.

Ferner sind in der Batteriezelleinrichtung 221 Sicherheitsfunktionen, insbesondere eine Transportsicherheitsfunktion 270 integriert, die von der Überwachungsvorrichtung bereitgestellt werden und die Batteriezelle 21 bei Vorliegen eines kritischen oder kritisch werdenden Batteriezellzustand sofort in einen sicheren Betriebsmodus überführen können. Mittels der Transportsicherheitsfunktion 270 kann die Batteriezelle 21 über eine externe Aktivierung in einen sicheren Transportbetriebsmodus, in dem die Batteriezelle 21 zwischen ihren beiden Batteriezellterminals 222, 223 eine Spannung von 0V abgibt, versetzt werden. Further, in the battery cell device 221 Safety functions, in particular a transport safety function 270 integrated, which are provided by the monitoring device and the battery cell 21 in the event of a critical or critical battery cell state can be immediately transferred to a safe mode of operation. By means of the transport safety function 270 can the battery cell 21 via an external activation in a safe transport operating mode, in which the battery cell 21 between their two battery cell terminals 222 . 223 a voltage of 0V, be offset.

Wesentlich für die Transportfunktion ist, dass die Aktorvorrichtung (Aktorik) 260 den Strombypass aktivieren beziehungsweise schalten kann und, dass die Batteriezelle 21 über die Entladevorrichtung (Discharge Device) entladen werden kann.Essential for the transport function is that the Aktorvorrichtung (actuators) 260 enable or switch the current bypass and that the battery cell 21 can be discharged via the discharge device (Discharge Device).

Optional umfasst die Überwachungsvorrichtung 230 der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung 221 eine Spannungseinstellvorrichtung (Schaltaktorik) 280, die dazu ausgebildet ist, die Ausgangsspannung der Batteriezelle 21 derartig zu schalten, dass die Batteriezelle 21 an den Batteriezellterminalen 222, 223 die Batteriezellspannung in positiver Orientierung +UBatteriezelle oder keine Spannung (0V) oder die Batteriezellspannung in negativer Orientierung –UBatteriezelle abgeben kann. Einfach ausgedrückt kann die Ausgangsspannung der Batteriezelle 21 mittels der Spannungseinstellungsvorrichtung 280 auf die Spannungswerte +UBatteriezelle, 0V und gegebenenfalls auch noch –UBatteriezelle geschaltet werden. Optionally, the monitoring device comprises 230 the battery cell device according to the invention 221 a tension adjusting device (switching actuator) 280 , which is adapted to the output voltage of the battery cell 21 to switch such that the battery cell 21 at the battery cell terminals 222 . 223 the battery cell voltage in positive orientation + U battery cell or no voltage (0V) or the battery cell voltage in negative orientation -U battery cell can deliver. Simply put, the output voltage of the battery cell 21 by means of the tension adjustment device 280 be switched to the voltage values + U battery cell, 0V and possibly also -U battery cell.

Bei der in der 4 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung 221, die, wenn die erfindungsgemäße Überwachungselektronik 230 in der Batteriezelle 21 integriert wird, als eigensichere Batteriezelle bezeichnet wird, können die bisher eingesetzten Überladesicherheitsvorrichtungen (Overcharge Safety Devices (OSDs)) und Batteriezellsicherungen (Cell Fuses) entfallen und die zur Erhöhung der Sicherheit bei mechanischer Deformierung oder Penetration eingesetzten Maßnahmen wie beispielsweise das Vorsehen der Batteriezellen mit einer Nageleindringsicherheitsvorrichtung (Nail Penetration Safety Device (NSD)) entweder ebenfalls entfallen oder zumindest wesentlich einfacher ausgeführt werden, da deutlich geringere Anforderungen an diese Maßnahmen gestellt werden. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Verbesserung dar. Die UN Transporttests werden für die erfindungsgemäße Batteriezelleinrichtung 221 beziehungsweise für die eigensichere Batteriezelle 21, das heißt für die Batteriezelle 21 mit der zugehörigen Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 und Aktorvorrichtung (Sicherheitsaktorik) 250 durchgeführt. Die Batteriezelle 21 darf dann allerdings auch nur zusammen mit der dazugehörigen Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 und Aktorvorrichtung (Sicherheitsaktorik) 25, transportiert werden. Das bedeutet, dass die Batteriezelle 21 nur als eine in der Batteriezelleinrichtung 221 angeordnete Batteriezelle 21 oder als eigensichere Batteriezelle mit integrierter Überwachungselektronik 230 transportiert werden darf.When in the 4 illustrated battery cell device according to the invention 221 that when the monitoring electronics of the invention 230 in the battery cell 21 integrated, is referred to as intrinsically safe battery cell, the overcharge safety devices (OSDs) used so far and battery cell fuses (cell fuses) can be omitted and the measures used to increase the safety of mechanical deformation or penetration such as providing the battery cells with a Nageleindringsicherheitsvorrichtung (Nail Penetration Safety Device (NSD)) either also eliminated or at least made much easier, since much lower requirements are imposed on these measures. This represents a significant improvement over the prior art. The UN transport tests are for the battery cell device according to the invention 221 or for the intrinsically safe battery cell 21 that is for the battery cell 21 with the associated sensor device (sensors) 240 and actuator device (safety actuator) 250 carried out. The battery cell 21 may then only together with the associated sensor device (sensors) 240 and actuator device (safety actuator) 25 , be transported. That means the battery cell 21 only as one in the battery cell device 221 arranged battery cell 21 or as an intrinsically safe battery cell with integrated monitoring electronics 230 may be transported.

Mit solchen erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen, die jeweils so wie die in der 4 dargestellten Batteriezelleinrichtung 221 ausgebildet sind, können Batteriesysteme aufgebaut werden, bei denen wesentlich geringere Anforderungen an das zugeordnete Batteriemanagementsystem gestellt werden. Die Elektronik eines solchen Batteriemanagementsystems kann dann voraussichtlich mit den üblichen Qualitätssicherungsmaßnahme entwickelt werden (ASIL-Einstufung QM) und muss nicht ASIL C erfüllen.With such battery cell devices according to the invention, each such as those in the 4 shown battery cell device 221 are formed, battery systems can be constructed in which much lower demands are placed on the associated battery management system. The electronics of such a battery management system can then probably be developed with the usual quality assurance measure (ASIL classification QM) and does not have to meet ASIL C.

Mit solchen erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen, die jeweils so wie die in der 4 dargestellten Batteriezelleinrichtung 221 ausgebildet sind, sind nicht auf den Einsatz von Lithium-Ionen-Batteriezellen 21 beschränkt und können auch für andere Batteriezelltechnologien, wie beispielsweise für Nickel-Metallhydrid-Batteriezellen, eingesetzt werden With such battery cell devices according to the invention, each such as those in the 4 shown battery cell device 221 are not trained on the use of lithium-ion battery cells 21 limited and can also be used for other battery cell technologies, such as nickel-metal hydride battery cells

In der 5 wird das Ablaufdiagramm einer modellbasierten Zustandsermittlung und -prädiktion gezeigt, mit der die erfindungsgemäße Erkennung und/oder Vorhersage eines Batteriezellzustandes ausgeführt werden kann. Die Zustandsermittlung 510 wird an einer Batterie 20 durchgeführt, in der eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen 221 angeordnet sein können. Die Zustandsermittlung 510 wird von der erfindungsgemäßen Zustandsermittlungsvorrichtung 250 durchgeführt, die als Beobachter fungiert und ein Batteriemodell 507 mit Parameteradaption implementiert. Wie in 5 gezeigt wird, erhält das Batteriemodell 507 aktuelle Messwerte von unterschiedlichen, die Batterie 20 betreffenden physikalischen Größen. Diese umfassen insbesondere einen aktuellen Batteriezellstrom IBatt, eine Batteriezelltemperatur TBatt, und einen Batteriezellinnendruck PBatt. Von der Zustandsermittlungsvorrichtung wird mit Hilfe des Batteriemodells 507 ein aktueller Batteriezustand ermittelt. Das Batteriemodell 507 und der daraus ermittelte Zustand werden laufend anhand von aktuellen Messwerten überprüft. So kann beispielsweise eine modellbasierten Batteriezellspannung UMod mit einer gemessenen aktuellen Batteriespannung UBatt verglichen werden. Anhand des Vergleichs und einer dabei festgestellten Abweichung kann das angewandte Batteriemodell 507 entsprechend angepasst werden. In the 5 the flowchart of a model-based state determination and prediction is shown, with which the detection and / or prediction of a battery cell state according to the invention can be performed. The state determination 510 gets on a battery 20 performed in which a plurality of battery cell devices according to the invention 221 can be arranged. The state determination 510 is by the state detection device according to the invention 250 which acts as an observer and a battery model 507 implemented with parameter adaptation. As in 5 is shown receives the battery model 507 current readings of different, the battery 20 relevant physical quantities. These include in particular a current battery cell current I Batt , a battery cell temperature T Batt , and a battery cell internal pressure P Batt . The state determination device uses the battery model 507 a current battery condition determined. The battery model 507 and the condition determined from this are constantly checked on the basis of current measured values. For example, a model-based battery cell voltage U Mod can be compared with a measured current battery voltage U Batt . Based on the comparison and a detected deviation, the applied battery model 507 be adjusted accordingly.

Das Batteriemodell liefert außerdem Einschätzungen oder berechnete Werte über einen Ladezustand (SOC) 501, einen Alterungszustand (SOH) 502, und einen Sicherheitszustand 503, die zur Verarbeitung im Rahmen der Batteriezustandsprädiktion 511 als Eingangsgrößen an ein weiteres Batteriemodell 509 mit Zustandsprädiktion übergeben werden. Die Batteriezustandsprädiktion erhält ferner weitere, für die Genauigkeit der Vorhersage relevante Informationen 508, die insbesondere Lastprofile und Randbedingungen umfassen. Beispielsweise können die Informationen gespeicherte Werte mit dem zeitlichen Verlauf eines Ladestroms I(t) enthalten, die als weiterer Parameter in das weitere Batteriemodell 509 einfließen. Mit Hilfe des weiteren Batteriemodells 509 werden daraufhin die Eingangsdaten 501, 502, 503, I(t) verarbeitet und Vorhersagen ausgegeben. Insbesondere werden Vorhersagen über die Batterieleistung 504, die in der Batterie 20 gespeicherte oder gespeicherte Energie 505, den Funktionszustands (SOF) 506 der Batterie 20, oder den vorhersehbaren Sicherheitszustand 503 der Batterie 20 getroffen. So können der vorhersehbare Sicherheitszustand 512 oder der aktuelle Sicherheitszustand 503 Aufschluss darüber geben, ob ein normaler Betriebszustand der Batterie 20 vorliegt, oder ob sich die Batterie 20 in einem kritischen Zustand befindet. The battery model also provides estimates or calculated values of state of charge (SOC) 501 , an aging condition (SOH) 502 , and a security condition 503 for processing in the context of battery condition prediction 511 as input to another battery model 509 be passed with state prediction. The battery state prediction also receives additional information relevant to the accuracy of the prediction 508 , which include in particular load profiles and boundary conditions. For example, the information may contain stored values with the time profile of a charging current I (t), which as another parameter in the further battery model 509 incorporated. With the help of the further battery model 509 will then be the input data 501 . 502 . 503 , I (t) processes and forecasts output. In particular, predictions about battery performance are made 504 that in the battery 20 stored or stored energy 505 , the functional state (SOF) 506 the battery 20 , or the predictable safety condition 503 of the battery 20 met. So can the predictable security condition 512 or the current security status 503 Provide information about whether a normal operating condition of the battery 20 present, or if the battery 20 is in a critical condition.

In der 6 wird ein Ablaufdiagramm einer Sicherheitsfunktionalität 510, 270 einer eigensicheren Batteriezelle 21 dargestellt, die mit der erfindungsgemäßen Transportsicherheitsfunktion 270 ausgestattet ist, nach einer Ausführungsform der Erfindung. Obgleich die erfindungsgemäße Zustandsermittlung 510 in der 5 anhand einer Batterie 20 erläutert wurde, kann die Zustandsermittlung 20 bevorzugt in einer erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung 221 integriert sein, so das eine eigensichere Batteriezelle 21 implementiert wird. Wie in der 6 dargestellt wird, kann gemäß der Transportsicherheitsfunktion 270 eine Batteriezelle 21 durch eine externe Aktivierung 601 über einen Block 602 in einen Transportbetriebsmodus 605 versetzt werden. Dadurch wird ein sicherer Betriebsmodus erreicht, in dem die Batteriezelle 21 dann keine Spannung an den Ausgangsterminals 222, 223 der Batteriezelleinrichtung 221 abgibt und somit gegenüber externen elektrischen Kurzschlüssen unempfindlich ist. Die Batteriezelle 21 ist darüber hinaus gegenüber Umwelteinflüssen, wie beispielsweise eine hohe Luftfeuchtigkeit, unempfindlich, die ansonsten zu einer erhöhten Selbstentladung der Zelle während des Transportes führen würden. In the 6 becomes a flow diagram of a security functionality 510 . 270 an intrinsically safe battery cell 21 shown, with the transport safety function according to the invention 270 is equipped, according to an embodiment of the invention. Although the state determination according to the invention 510 in the 5 using a battery 20 has been explained, the state determination 20 preferably in a battery cell device according to the invention 221 be integrated, so that's an intrinsically safe battery cell 21 is implemented. Like in the 6 can be displayed according to the transport safety function 270 a battery cell 21 through an external activation 601 over a block 602 in a transport mode of operation 605 be offset. This achieves a safe operating mode in which the battery cell 21 then no voltage at the output terminals 222 . 223 the battery cell device 221 and thus insensitive to external electrical short circuits. The battery cell 21 is also insensitive to environmental factors such as high humidity, which would otherwise lead to increased self-discharge of the cell during transport.

Ferner wird bei der Ausführungsform nach 6 während des Transports eine Feinschlusserkennung 606 durchgeführt. Hierzu werden unter anderem die zeitlichen Verläufe der Batteriezellspannung U und der Temperatur T aufgezeichnet und ausgewertet. Tritt eine erhöhte Selbstentladung der Batteriezelle 21 auf und wird ein Feinschluss erkannt, so wird eine Entladevorrichtung (Discharge Device) der Batteriezelle 21 aktiviert, und die Batteriezelle 21 wird in einem Entlademodus 603 oder Schnellentlademodus 604 entladen. Vorzugsweise wird eine vollständige Entladung der Batteriezelle 21 durchgeführt, wodurch die Batteriezelle 21 über eine elektrochemische Deaktivierung in den sicherst möglichen Zustand überführt wird.Further, in the embodiment according to 6 during transport a fine detection 606 carried out. For this purpose, among other things, the time courses of the battery cell voltage U and the temperature T are recorded and evaluated. Occurs an increased self-discharge of the battery cell 21 On and a fine-circuit is detected, so is a discharge (Discharge Device) of the battery cell 21 activated, and the battery cell 21 will be in a discharge mode 603 or quick discharge mode 604 discharged. Preferably, a complete discharge of the battery cell 21 performed, causing the battery cell 21 is transferred via an electrochemical deactivation in the safest possible state.

Während des Transports der Batteriezelle werden somit laufend Daten wie Temperatur T, Zellspannung U und/oder ein Batteriestrom I erfasst und gespeichert, wie durch den Block 608 in 6 dargestellt wird. Die während des Transports der Batteriezelle 21 aufgezeichneten Daten können optional einem Batteriemanagementsystem, einer Wareneingangskontrolle für die Zelle oder beispielsweise auch einer Fertigungseinrichtung für ein Batteriesystem zur Verfügung gestellt werden oder ausgelesen werden, wie durch den Pfeil 607 in 6 angedeutet. During the transport of the battery cell, data such as temperature T, cell voltage U and / or battery current I are thus continuously detected and stored, as by the block 608 in 6 is pictured. The during transport of the battery cell 21 Recorded data can optionally be made available or read out to a battery management system, a goods receipt control for the cell or, for example, also a production facility for a battery system, as indicated by the arrow 607 in 6 indicated.

Die Batteriezelle 21 kann ferner über eine externe Aktivierung wieder in den Normalbetriebsmodus versetzt werden. The battery cell 21 can also be put back into the normal operating mode via an external activation.

Erfindungsgemäß werden die Batteriezellen oder Batteriemodule dabei derart angesteuert, dass sich deren Betriebsparameter innerhalb der jeweiligen Grenzwerte befinden, die für einen sicheren Betrieb notwendig sind. According to the invention, the battery cells or battery modules are controlled such that their operating parameters are within the respective limits which are necessary for safe operation.

So werden Lithium-Ionen-Batteriezellen typischerweise innerhalb eines Spannungsbereichs Umin bis Umax von 2,8 V bis 4,2 V, oder bevorzugt 3,0 V bis 4,2 V Volt betrieben. Dies gilt insbesondere für sicherheitsrelevante für Werte Umin_safety oder Umax_safety. Diese Angaben gelten jedoch für die zu messenden Spannungen U Batteriezelle im Leerlauf, das heißt, wenn kein Strom durch die Batteriezelle fließt. Dabei sind diese Grenzwerte unbedingt zu beachten, da ansonsten die Elektroden Beschädigungen erleiden können. Thus, lithium ion battery cells are typically operated within a voltage range of Umin to Umax of 2.8V to 4.2V, or preferably 3.0V to 4.2V volts. This applies in particular to safety-relevant values Umin_safety or Umax_safety. However, these specifications apply to the voltages to be measured U battery cell at idle, that is, when no current flows through the battery cell. It is important to observe these limits, otherwise the electrodes may be damaged.

Die Leerlaufspannung der Batteriezellen hängt im Wesentlichen von deren Ladezustand ab. Dabei wird typischerweise bei einer Spannung UBatteriezelle von 2,8 V ein Ladezustand SOC von 0%, bei 3,5 V ein Ladezustand von 20%, und bei 4,2 V ein Ladezustand von 100% angenommen, wobei diese Werte jeweils von Art und Material der Kathode, der Anode, und/oder des verwendeten Elektrolyts abhängen.The open circuit voltage of the battery cells depends essentially on their state of charge. In this case, typically a charge state SOC of 0%, at 3.5 V a charge state of 20%, and at 4.2 V a state of charge of 100% is assumed for a voltage U battery cell of 2.8 V, these values being in each case of type and Material of the cathode, the anode, and / or the electrolyte used.

Wenn ein Strom durch eine Batteriezelle fließt, können die Batteriezellspannungen UBatteriezelle von den obigen Zahlenangaben abweichen. Angenommen, die Leerlaufspannung betrage 3,5 V, und der Innenwiderstand der Batteriezelle bei 25 °C sei 10 mΩ. Bei einem Ladestrom von 100 A ergäbe das dann einen zu messenden Spannungswert UBatteriezelle von 3,5 V + 1,0 V = 4,5 V. Bei einer Temperatur von 0 °C beträgt der Innenwiderstand der Batteriezelle beispielhaft jedoch bis zu 50 mΩ, was bei einem beispielhaften Entladestrom von 50 A einen Spannungswert UBatteriezelle von 3,5 V minus 2,5 V = 1,0 V ergäbe. Aufgrund der angewandten Ansteuerung und der verwendeten Sensoren werden diese Spannungswerte bei Raumtemperatur beziehungsweise bei 0°C aber nicht erreicht. Allgemein können im Betrieb der Batteriezellen der Wert für Umax zwischen 4,2 V und 5,0 V liegen und der Wert für Umin zwischen 1,5 V und 4,2 V, vorzugsweise zwischen 1,8 V und 4,15 V, diese Werte beziehen sich jedoch nicht auf die Leerlaufspannung. When a current flows through a battery cell, the battery cell voltages UBatteriezelle may differ from the above figures. Suppose the open circuit voltage is 3.5 V and the internal resistance of the battery cell at 25 ° C is 10 mΩ. At a charging current of 100 A, this would then give a voltage value U battery cell of 3.5 V + 1.0 V = 4.5 V. The internal resistance of the battery cell can be as high as 50 mΩ, for example, at a temperature of 0 ° C For example, for an exemplary discharge current of 50A, a voltage would be U battery cell of 3.5V minus 2.5V = 1.0V. Due to the applied control and the sensors used, these voltage values are not reached at room temperature or at 0 ° C. Generally, during operation of the battery cells, the Umax value may be between 4.2V and 5.0V and the Umin value between 1.5V and 4.2V, preferably between 1.8V and 4.15V Values, however, do not refer to the open circuit voltage.

Die obigen Spannungswerte gelten für eine einzelne Batteriezelle. Für ein Batteriemodul kommt es darauf an, wie viele Zellen in Reihe oder parallel geschaltet sind. So liegt die zulässige Modul-Leerlaufspannung UBatteriemodul zwischen n × 2,8 V bis n × 4,2 V, wobei n für die Anzahl der Batteriezellen steht, die miteinander in Reihe geschaltet sind. The above voltage values apply to a single battery cell. For a battery module, it depends on how many cells are connected in series or in parallel. Thus, the allowable module open circuit voltage UBatteriemodul is between n × 2.8V to n × 4.2V, where n is the number of battery cells connected in series.

Grenzwerte für Temperaturen bei Lithium-Ionen-Batteriezellen liegen etwa bei Tmin = –40 °C und Tmax = 30°C bis 50 °C, bevorzugt 30°C bis 45 °C, am meisten bevorzugt 35°C bis 40°C. Aus Sicherheitsaspekten sollte eine maximale Temperatur Tmax-safety von 46°C bis 80°C, bevorzugt 50°C bis 60°C nicht überschritten werden. Ferner sollte die maximale Außentemperatur Taußen, bei der die Batteriezellen betrieben werden, 40 °C nicht übersteigen. Limit values for temperatures in lithium-ion battery cells are approximately at Tmin = -40 ° C and Tmax = 30 ° C to 50 ° C, preferably 30 ° C to 45 ° C, most preferably 35 ° C to 40 ° C. For safety reasons, a maximum temperature Tmax-safety of 46 ° C to 80 ° C, preferably 50 ° C to 60 ° C should not be exceeded. Furthermore, the maximum outdoor temperature Taußen, at which the battery cells are operated, should not exceed 40 ° C.

Die Batterieströme durch die Batteriezellen sollten nicht außerhalb eines Bereichs von –1000 A bis +1000 A, bevorzugt –600 A bis +600 A, noch mehr bevorzugt –500 A bis +500 A, noch mehr bevorzugt –450 A bis +450 A, und noch mehr bevorzugt –350 A bis +350 A, liegen. The battery currents through the battery cells should not be outside a range of -1000 A to +1000 A, preferably -600 A to +600 A, more preferably -500 A to +500 A, even more preferably -450 A to +450 A, and more preferably -350 A to + 350 A, are.

Der Innendruck einer Batteriezelle sollte den Druckbereich von 2 bar bis 8 bar, bevorzugt 3 bar bis 7 bar, nicht verlassen.The internal pressure of a battery cell should not leave the pressure range of 2 bar to 8 bar, preferably 3 bar to 7 bar.

Die obige Diskussion wurde beispielhaft für Lithium-Ionen-Batteriezellen beziehungsweise Lithium-Ionen-Batteriemodule geführt, wobei die angegebenen Werte insbesondere für Lithium-Ionen-Batteriezellen mit Lithium-Mangan-Kobalt-Oxid als Aktivmaterial für die Kathode gelten. Jedoch ist die Erfindung jedoch nicht auf solche Batteriezellen, insbesondere nicht auf Lithium-Ionen-Batteriezellen beschränkt. In der Praxis hängen die Zahlenwerte der zu wählenden Betriebsparameter somit vom jeweiligen Batteriezelltyp ab.The above discussion has been made by way of example for lithium-ion battery cells or lithium-ion battery modules, the values given in particular for lithium-ion battery cells with lithium manganese cobalt oxide as active material for the cathode. However, the invention is not limited to such battery cells, in particular not to lithium-ion battery cells. In practice, the numerical values of the operating parameters to be selected thus depend on the particular battery cell type.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 6 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 to 6 Referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • ISO 26262 [0019] ISO 26262 [0019]

Claims (10)

Batteriezelleinrichtung (221) mit einer Batteriezelle (21) und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen der Batteriezelle (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung eine Sensorvorrichtung (240) zur Erfassung von mehreren die Batteriezelle (21) betreffenden physikalischen Größen, eine Zustandsermittlungsvorrichtung (250), die dazu ausgebildet ist, anhand einer insbesondere modellbasierten Auswertung von durch die Sensorvorrichtung (240) bereitgestellten aktuellen Messwerten der zu erfassenden physikalischen Größen einen Batteriezellzustand zu erkennen und/oder vorherzusagen, und eine Aktorvorrichtung (260), die dazu ausgebildet ist, die Batteriezelle (21) in einen sicheren Betriebsmodus zu überführen und/oder in dem sicheren Betriebsmodus zu halten, umfasst, wobei die Überwachungsvorrichtung vorzugsweise eine Transportsicherheitsfunktion (270) aufweist, mittels der durch die Zustandsermittlungsvorrichtung (250) durch Empfangen eines extern erzeugten Aktivierungssignals (601) ein kritischer Batteriezellzustand, in dem die Batteriezelle (21) durch einen Transport der Batteriezelleinrichtung (221) beschädigt werden kann, ermittelt werden kann und die Batteriezelle (21) in einen als sicheren Betriebsmodus ausgelegten Transportbetriebsmodus (602), in dem die Batteriezelle (21) keine Spannung an Ausgangsterminals (222, 223) der Batteriezelleinrichtung (221) abgibt, überführt und/oder gehalten werden kann. Battery cell device ( 221 ) with a battery cell ( 21 ) and a monitoring device for monitoring the battery cell ( 21 ), characterized in that the monitoring device comprises a sensor device ( 240 ) for detecting a plurality of the battery cell ( 21 ), a state determining device ( 250 ), which is designed to be evaluated on the basis of a particularly model-based evaluation by the sensor device ( 240 ) to detect and / or predict a battery cell state, and an actuator device ( 260 ), which is adapted to the battery cell ( 21 ) in a safe operating mode and / or to keep it in the safe operating mode, the monitoring device preferably having a transport safety function ( 270 ), by means of which by the state detection device ( 250 ) by receiving an externally generated activation signal ( 601 ) a critical battery cell state in which the battery cell ( 21 ) by a transport of the battery cell device ( 221 ) can be damaged, can be determined and the battery cell ( 21 ) into a transport operating mode designed as a safe operating mode ( 602 ), in which the battery cell ( 21 ) no voltage at output terminals ( 222 . 223 ) of the battery cell device ( 221 ), transferred and / or held. Batteriezelleinrichtung (221) nach Anspruch 1, wobei die Sensorvorrichtung (240) dazu ausgebildet ist, die Batteriezellspannung zu erfassen und/oder das Vorliegen einer Batteriezellspannung, deren Betrag sich in einem vorbestimmten Batteriezellspannungsbereich befindet, zu überwachen, und/oder einen durch die Batteriezelle (21) fließenden Strom und/oder eine Batteriezelltemperatur und/oder eine Batteriezellinnentemperatur, insbesondere eine Batteriezellwickeltemperatur und/oder eine Batteriezellaußentemperatur, und/oder einen Batteriezellinnendruck zu erfassen und/oder eine lineare Beschleunigung der Batteriezelle und/oder eine Drehbeschleunigung der Batteriezelle zu erfassen und/oder die Aktorvorrichtung (260) dazu ausgebildet ist, zum Überführen der Batteriezelle (21) in den Transportbetriebsmodus (601) und/oder zum Halten der Batteriezelle (21) in dem Transportbetriebsmodus (601) eine in der Batteriezelle (21) angeordnete Entladevorrichtung zu aktivieren, die dazu vorgesehen ist, in einem aktivierten Entlademodus (603) die Batteriezelle (21) mittels eines vorbestimmten Entladestroms und/oder in einem aktivierten Schnellentlademodus (604) die Batteriezelle (21) mittels eines Entladestroms, der einen vorbestimmten Bruchteil eines Kurzschlussstromes der Batteriezelle (21) beträgt, zu entladen, und/oder einen in der Batteriezelleinrichtung (221) angeordneten Strombypass (605) zu aktivieren, der dazu vorgesehen ist, im aktivierten Zustand einen zwischen den Batteriezellterminals (222, 223) fließenden Strom über einen batteriezellextern liegenden Strompfad umzuleiten. Battery cell device ( 221 ) according to claim 1, wherein the sensor device ( 240 ) is adapted to detect the battery cell voltage and / or to monitor the presence of a battery cell voltage whose magnitude is in a predetermined battery cell voltage range, and / or by the battery cell ( 21 ) and / or a battery cell temperature and / or a battery cell temperature, in particular a battery cell winding temperature and / or a battery cell outside temperature, and / or a battery cell internal pressure to detect and / or a linear acceleration of the battery cell and / or a rotational acceleration of the battery cell to detect and / or the actuator device ( 260 ) is adapted to transfer the battery cell ( 21 ) in the transport operating mode ( 601 ) and / or for holding the battery cell ( 21 ) in the transport mode of operation ( 601 ) one in the battery cell ( 21 ), which is intended to operate in an activated unloading mode ( 603 ) the battery cell ( 21 ) by means of a predetermined discharge current and / or in an activated fast discharge mode ( 604 ) the battery cell ( 21 ) by means of a discharge current which is a predetermined fraction of a short-circuit current of the battery cell ( 21 ), and / or one in the battery cell device ( 221 ) arranged current bypass ( 605 ), which is intended, when activated, to switch between the battery cell terminals ( 222 . 223 ) to redirect current flowing through a battery cell external lying current path. Batteriezelleinrichtung (221) nach Anspruch 2, wobei die die Aktorvorrichtung (260) dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen des extern erzeugten Aktivierungssignals (601) die Batteriezelle (21) mittels einer Aktivierung des Strombypasses (605) in den Transportbetriebsmodus (602) zu überführen.Battery cell device ( 221 ) according to claim 2, wherein the said actuator device ( 260 ) is designed, in the presence of the externally generated activation signal ( 601 ) the battery cell ( 21 ) by means of activation of the current bypass ( 605 ) in the transport operating mode ( 602 ). Batteriezelleinrichtung (221) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Zustandsermittlungsvorrichtung (250) dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung eines Batteriezellqualitätszustandes, insbesondere zur Erkennung von Batteriezellfeinschlüssen (606), und/oder zur Ermittlung eines Batteriezellalterungszustandes einen zeitabhängigen Verlauf (607) der Batteriezellspannung und/oder der Batteriezelltemperatur der in den Transportbetriebsmodus (602) überführten Batteriezelle (21) aufzuzeichnen und auszuwerten und/oder die Aktorvorrichtung (260) dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen eines Batteriezellfeinschlusses (606) die Entladevorrichtung zum Entladen, insbesondere zum vollständigen Entladen, der im Transportbetriebsmodus (602) überführte Batteriezelle (21) zu aktivieren. Battery cell device ( 221 ) according to one of claims 2 or 3, wherein the state determining device ( 250 ) is designed to determine a battery cell quality state, in particular for the detection of battery cell inclusions ( 606 ), and / or for determining a battery cell aging state a time-dependent course ( 607 ) of the battery cell voltage and / or the battery cell temperature of the in the transport operating mode ( 602 ) transferred battery cell ( 21 ) record and evaluate and / or the Aktorvorrichtung ( 260 ) is designed, in the presence of a battery cell confinement ( 606 ) the unloading device for unloading, in particular for complete unloading, in the transport operating mode ( 602 ) transferred battery cell ( 21 ) to activate. Batteriezelleinrichtung (221) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zustandsermittlungsvorrichtung (250) dazu ausgebildet ist, die für die in den Transportbetriebsmodus (602) überführte Batteriezelle (21) aufgezeichneten zeitlichen Verläufe (607) der Batteriezellspannung und/oder Batteriezelltemperatur einem externen System bereitzustellen.Battery cell device ( 221 ) according to one of the preceding claims, wherein the state determining device ( 250 ) is adapted to be in the transport operating mode ( 602 ) transferred battery cell ( 21 ) recorded time histories ( 607 ) of the battery cell voltage and / or battery cell temperature to an external system. Batteriezelleinrichtung (221) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aktorvorrichtung (260) dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen eines weiteren extern erzeugten Aktivierungssignals die Batteriezelle (21) von dem Transportbetriebsmodus (602) in einen Normalbetriebsmodus zu überführen und/oder die Batteriezelleinrichtung (221) eine Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, die während des Normalbetriebsmodus an den Ausgangsterminals (222, 223) der Batteriezelleinrichtung (221) anliegende Batteriezellspannung derartig einzustellen, dass an den Ausgangsterminals (222, 223) eine Batteriezellspannung in positiver oder negativer Orientierung anliegt oder die Batteriezelle (21) an den Ausgangsterminals (222, 223) eine Spannung von 0 V abgibt.Battery cell device ( 221 ) according to one of the preceding claims, wherein the actuator device ( 260 ) is designed, in the presence of a further externally generated activation signal, the battery cell ( 21 ) from the transport mode of operation ( 602 ) into a normal operating mode and / or the battery cell device ( 221 ) comprises a voltage setting device which is adapted to be connected to the output terminal during normal operation mode ( 222 . 223 ) of the battery cell device ( 221 ) adjust battery cell voltage such that at the output terminals ( 222 . 223 ) a battery cell voltage in positive or negative orientation is applied or the battery cell ( 21 ) at the exit terminals ( 222 . 223 ) outputs a voltage of 0V. Verfahren zum Überwachen einer in einer Batteriezelleinrichtung (221) angeordneten Batteriezelle (21) mittels einer in der Batteriezelleinrichtung (221) angeordneten Überwachungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere physikalische Größen zum Ermitteln eines Batteriezellzustandes mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Sensorvorrichtung (240) erfasst werden, ein aktueller und/oder künftiger Batteriezellzustand mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Zustandsermittlungsvorrichtung (250) anhand einer insbesondere modelbasierten Auswertung der von der Sensorvorrichtung (240) bereitgestellten aktuellen Messwerte der physikalischen Größen erkannt und/oder vorhergesagt wird, bei Vorliegen eines kritischen und/oder kritisch werdenden Batteriezellzustandes die Batteriezelle (21) mittels einer in der Überwachungsvorrichtung angeordneten Aktorvorrichtung (260) in einen sicheren Betriebsmodus überführt wird, und von der Überwachungsvorrichtung vorzugsweise eine Transportsicherheitsfunktion (270) bereitgestellt wird, mittels der das Auftreten eines kritischen Batteriezellzustandes, in dem die Batteriezelle bei Transportieren der Batteriezellenrichtung beschädigt werden kann, durch die Zustandsermittlungsvorrichtung bei Vorliegen eines extern erzeugten Aktivierungssignals (601) ermittelt wird, und bei Vorliegen des kritischen Batteriezellzustandes die Batteriezelle durch die Aktorvorrichtung in einen als sicheren Betriebsmodus ausgelegten Transportbetriebsmodus (602), in dem die Batteriezelle keine Spannung an den Ausgangsterminals der Batteriezelleinrichtung abgibt, überführt und/oder gehalten wird.Method for monitoring a battery cell device ( 221 ) arranged battery cell ( 21 ) by means of a in the battery cell device ( 221 ) arranged monitoring device, characterized in that a plurality of physical Quantities for determining a battery cell state by means of a sensor device arranged in the monitoring device ( 240 ), a current and / or future battery cell state by means of a condition-determining device arranged in the monitoring device ( 250 ) based on a particular model-based evaluation of the sensor device ( 240 ) detected and / or predicted, in the presence of a critical and / or critical battery cell state, the battery cell ( 21 ) by means of an actuator device arranged in the monitoring device ( 260 ) is transferred into a safe operating mode, and preferably from the monitoring device, a transport safety function ( 270 ) by means of which the occurrence of a critical battery cell state in which the battery cell can be damaged when the battery cell direction is being transported is detected by the state determination device in the presence of an externally generated activation signal ( 601 ) is detected, and in the presence of the critical battery cell state, the battery cell by the actuator device in a safe operating mode designed transport mode ( 602 ), in which the battery cell delivers no voltage at the output terminal of the battery cell device, transferred and / or held. Verfahren nach Anspruch 7, wobei bei Vorliegen von durch die Zustandsermittlungsvorrichtung (250) erkannten Batteriezellfeinschlüssen (606) der in den Transportbetriebsmodus (602) überführen Batteriezelle (21) die Batteriezelle (21) über eine in der Batteriezelleinrichtung (221) angeordnete und von der Aktorvorrichtung (260) aktivierte Entladevorrichtung vollständig entladen wird. A method according to claim 7, wherein in the presence of the condition-determining device ( 250 ) recognized battery cell inclusions ( 606 ) in the transport operating mode ( 602 ) transfer battery cell ( 21 ) the battery cell ( 21 ) via a in the battery cell device ( 221 ) and by the actuator device ( 260 ) activated unloading device is completely discharged. Batteriesystem mit einer Batterie (20), die mehrere Batteriezelleinrichtungen (221) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, und einem Batteriemanagementsystem, das dazu ausgebildet ist, mit den in den Batteriezelleinrichtungen (221) angeordneten Überwachungsvorrichtungen zu kommunizieren.Battery system with a battery ( 20 ) comprising a plurality of battery cell devices ( 221 ) according to any one of claims 1 to 6, and a battery management system adapted to be integrated with the battery cell devices ( 221 ) arranged to communicate monitoring devices. Fahrzeug mit einem Batteriesystem nach Anspruch 9.Vehicle with a battery system according to claim 9.
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