DE102013218081A1 - Battery module device and method for determining a complex impedance of a battery module arranged in a battery module - Google Patents

Battery module device and method for determining a complex impedance of a battery module arranged in a battery module Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriemoduleinrichtung (221) mit einem Batteriemodul (27) mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen (21) und einer Überwachungsvorrichtung (230) zum Überwachen des Batteriemodulzustandes. Die Überwachungsvorrichtung (230) umfasst eine Aktorvorrichtung (260), die dazu ausgelegt ist, einen von der Batteriemoduleinrichtung (221) bereitgestellten Impedanzspektroskopiemodus (275), in dem das Batteriemodul (27) zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls mit Messströmen, die durch das Batteriemodul fließen und Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, beaufschlagt werden kann, zu aktivieren. Ferner umfasst die Überwachungsvorrichtung (230) eine Sensorvorrichtung (240), die dazu ausgebildet ist, die Messströme und entsprechenden Messspannungen, die jeweils eine als Antwort auf einen Messstrom entstehende Batteriemodulspannung sind, derartig zu messen, dass aus den Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt werden kann.The present invention relates to a battery module device (221) having a battery module (27) with a plurality of battery cells (21) connected in series and / or in parallel and a monitoring device (230) for monitoring the battery module state. The monitoring device (230) comprises an actuator device (260) adapted to provide an impedance spectroscopy mode (275) provided by the battery module device (221) in which the battery module (27) performs impedance spectroscopy of the battery module with measurement currents flowing through the battery module flow and AC currents with different frequencies can be applied to activate. Furthermore, the monitoring device (230) comprises a sensor device (240), which is designed to measure the measurement currents and corresponding measurement voltages, which are each a battery module voltage resulting in response to a measurement current, such that a measurement value of the measurement currents and the measurement voltages Complex impedance of the battery module (27) as a function of the frequency of the measuring currents can be determined within predetermined tolerance limits.

Description

Bereich der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriemoduleinrichtung mit einem Batteriemodul mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des Batteriemodulzustandes. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz eines in einer Batteriemoduleinrichtung angeordneten Batteriemoduls mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem, das eine Batterie mit mehreren der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtungen aufweist.The present invention relates to a battery module device with a battery module having a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel and a monitoring device for monitoring the battery module state. The invention also relates to a method for determining a complex impedance of a battery module arranged in a battery module with a plurality of serially and / or parallel-connected battery cells. Furthermore, the invention relates to a vehicle with a battery system having a battery with a plurality of the battery module devices according to the invention.

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, so dass sich Batteriespannungen von bis zu 450 V ergeben können. Auch bei Hybridfahrzeugen wird üblicherweise die Spannungsgrenze von 60V, welche bei einer Berührung durch Menschen noch als unkritisch eingestuft wird, deutlich überschritten.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, so that battery voltages of up to 450 V can result. Even in hybrid vehicles, the voltage limit of 60V, which is still classified as uncritical in human contact, is usually significantly exceeded.

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 Fehlermechanismen 61 von Lithium-Ionen-Batterien und deren Konsequenzen 62 stark schematisiert darstellt. Die dargestellten Fehlermechanismen 61 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 Emission 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 von nahezu 1 ausgeschlossen werden. 2 shows a diagram 60 that the failure mechanisms 61 lithium-ion batteries and their consequences 62 is very schematic. The illustrated error mechanisms 61 can cause an unacceptable temperature increase 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 emission 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 of nearly 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 vorgegebenen Mindestsicherheitslevels genügen. 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 im Following safety devices 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 An Overcharge Safety Device (OSD) will be integrated. Such a Überladesicherheitsvorrichtung causes the battery cell 21 during an overcharge, an EUCAR hazard level 4 does not exceed. 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 beim 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 level protection, but causes considerable problems with battery cell installation 21 in a series connection of a battery module or in a battery system. There, these measures are rather counterproductive.

In eine Batteriezelle 21 wird oftmals 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 Often, a Nail Penetration Safety Device (NDS) is also 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 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, a surface short circuit of the battery cell can occur when the separator melts 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 statt 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 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 instead of meaningful. 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 creates an additional expense 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 zu gefährden, wie beispielsweise durch eine fehlerhafte Erfassung der Batteriezellspannungen durch die Zellüberwachungseinheiten 130.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 from overloading by external causes, such as by a short circuit in the inverter of an electric drive, and secondly not being jeopardized by a malfunction of the electronics of the battery management system, such as by incorrect detection of the battery cell voltages by the cell monitoring units 130 ,

So wie bei dem in der 1 dargestellten Batteriesystem 10 ist bei dem in der 3 dargestellten Batteriesystem 10 die Traktionsbatterie 20 über eine Trenn- und Ladeeinrichtung 40 mit einem positiven Batterieterminal 24 und über eine Trenneinrichtung 50 mit einem negativen Batterieterminal 25 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 via a separating and charging device 40 with a positive battery terminal 24 and a separator 50 with a negative battery terminal 25 connectable. For the designation of the same components in the 1 and 3 The same reference numerals have been used here.

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 wird hier 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 here 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.

Bei 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.In a battery management system of a battery system known from the prior art, the safety of the battery system is sought 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.

Aus einer anderen, nicht veröffentlichten Anmeldung der Anmelderin ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes einer Batteriezelle mittels Impedanzspektroskopie bekannt, bei dem eine Batteriezelle bereitgestellt wird, ein Impedanzspektrum der Batteriezelle aufgenommen wird, eine Auswertgröße anhand des gemessenen Impedanzspektrums ermittelt wird, und ein Alterungszustand der Batteriezelle anhand eines Vergleichs der Auswertgröße mit einem Referenzwert bestimmt wird. Zur Aufnahme des Impedanzspektrums der Batteriezelle wird die Batteriezelle über ihre Kontakte (Batteriezellpole) mit einem sinusförmigen Signal variabler Frequenz angeregt und durch Messung von Strom und Spannung die komplexe Impedanz der Batteriezelle in Abhängigkeit der Frequenz ermittelt. Das genannte Verfahren kann als Teil eines Batteriemanagementsystems eingesetzt werden.From another, unpublished application of the applicant, a method for determining an aging state of a battery cell by means of impedance spectroscopy is further known, in which a battery cell is provided, an impedance spectrum of the battery cell is recorded, an evaluation value is determined based on the measured impedance spectrum, and an aging state of the Battery cell is determined based on a comparison of the evaluation value with a reference value. To record the impedance spectrum of the battery cell, the battery cell is excited via its contacts (battery cell poles) with a sinusoidal signal of variable frequency and determined by measuring current and voltage, the complex impedance of the battery cell as a function of frequency. The mentioned method can be used as part of a battery management system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriemoduleinrichtung mit einem Batteriemodul mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen und einer Überwachungsvorrichtung zum Überwachen des Batteriemodulzustandes bereitgestellt. Die Überwachungsvorrichtung umfasst eine Aktorvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, einen von der Überwachungseinrichtung bereitgestellten Impedanzspektroskopiemodus zu aktivieren. Während des Impedanzspektroskopiemodus kann das Batteriemodul zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls mit Messströmen, die Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, beaufschlagt werden. Ferner umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Sensorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, die Messströme und entsprechende Messspannungen, die als Antwort auf einen Messstrom auftretende Batteriemodulspannungen sind, derartig zu messen, dass aus den Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine komplexe Impedanz des Batteriemoduls in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt werden kann.According to the invention, a battery module device having a battery module with a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel and a monitoring device for monitoring the battery module state is provided. The monitoring device comprises an actuator device which is designed to activate an impedance spectroscopy mode provided by the monitoring device. During the impedance spectroscopy mode, to perform impedance spectroscopy of the battery module, the battery module may be exposed to measurement currents comprising alternating currents at different frequencies. Furthermore, the monitoring device comprises a sensor device, which is designed to measure the measurement currents and corresponding measurement voltages, which are battery module voltages occurring in response to a measurement current, such that a complex impedance of the battery module is determined from the measured values of the measurement currents and the measurement voltages Frequency of the measuring currents can be determined within predetermined tolerance limits.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz eines in einer Batteriemoduleinrichtung angeordneten Batteriemoduls mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen bereitgestellt. Furthermore, according to the invention, a method is provided for determining a complex impedance of a battery module arranged in a battery module device with a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel.

Bei dem Verfahren wird das Batteriemodul in einem von der Batteriemoduleinrichtung bereitgestellten und mittels einer in der Batteriemoduleinrichtung angeordneten Aktorvorrichtung aktivierten Impedanzspektroskopiemodus betrieben. Im Impedanzspektroskopiemodus wird das Batteriemodul zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls mit Messströmen, die Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, beaufschlagt. Ferner werden die Messströme und entsprechende Messspannungen, die jeweils als Antwort auf einen Messstrom auftreten, derartig mittels einer in der Batteriemoduleinrichtung angeordneten Sensorvorrichtung gemessen, dass aus den mittels der Sensorvorrichtung bereitgestellten Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine aktuelle komplexe Impedanz des Batteriemoduls in Abhängigkeit der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt wird.In the method, the battery module is operated in an impedance spectroscopy mode provided by the battery module device and activated by means of an actuator device arranged in the battery module device. In the impedance spectroscopy mode, the battery module is subjected to impedance spectroscopy of the battery module with measuring currents which comprise alternating currents with different frequencies. Furthermore, the measurement currents and corresponding measurement voltages, which respectively occur in response to a measurement current, are measured by means of a sensor device arranged in the battery module device such that from the measured values of the measurement currents and the measurement voltages provided by the sensor device a current complex impedance of the battery module as a function of the frequency the measuring currents within predetermined tolerance limits is determined.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bei der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung muss die Sensorvorrichtung so ausgeführt werden, dass die Anforderungen für die Durchführung einer Impedanzspektroskopie erfüllt werden. In the case of the battery module device according to the invention, the sensor device must be designed such that the requirements for carrying out an impedance spectroscopy are met.

Mit Hilfe einer Impedanzspektroskopie können detaillierte Informationen über den Zustand eines Batteriemoduls gewonnen werden, die bei einer gemäß dem Stand der Technik durchgeführten Überwachung des Batteriemoduls mittels einer einfachen Erfassung von dessen Strom, Spannung und Temperatur nicht zugänglich sind. Diese Informationen können genutzt werden, um beispielsweise den Ladezustand (State of Charge (SOC)), den Alterungszustand (State of Health) (SOH), oder die Fähigkeit des Batteriemoduls, eine gewünschte Funktionalität (State of Function (SOF)) zu erfüllen, wesentlich genauer zu ermitteln, als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Messmethoden. Ferner können die mittels einer Impedanzspektroskopie gewonnenen Informationen auch dazu genutzt werden, die Sicherheit der Batteriemodule und der damit aufgebauten Batteriesysteme signifikant zu erhöhen.With the aid of impedance spectroscopy, detailed information about the state of a battery module can be obtained, which is not accessible in the case of a monitoring of the battery module according to the prior art by means of a simple detection of its current, voltage and temperature. This information may be used to, for example, state of charge (SOC), state of health (SOH), or the ability of the battery module to meet desired functionality (SOF), to determine much more accurate than with the known from the prior art measuring methods. Furthermore, the information obtained by means of impedance spectroscopy can also be used to significantly increase the safety of the battery modules and the battery systems constructed therewith.

Erfindungsgemäß wird eine Batteriemoduleinrichtung mit einem Batteriemodul und einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung beziehungsweise Überwachungselektronik bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Überwachungselektronik kann auch in dem Batteriemodul integriert sein. Ein Batteriemodul mit integrierter erfindungsgemäßer Überwachungselektronik wird im Folgenden auch als elektrisch eigensicheres oder (schlicht) als eigensicheres Batteriemodul bezeichnet. According to the invention, a battery module device having a battery module 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 module. A battery module with integrated monitoring electronics according to the invention is also referred to below as electrically intrinsically safe or (simply) as an intrinsically safe battery module.

Ein elektrisch eigensicheres Batteriemodul mit mehreren elektrochemischen Batteriezellen, insbesondere mit mehreren elektrochemischen Lithium-Ionen-Batteriezellen, umfasst bevorzugt eine Sensorik (Sensorvorrichtung) zur Messung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls. Die Sensorvorrichtung (Sensorik) ist bevorzugt zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls und/oder zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezellen des Batteriemoduls ausgebildet. Die Sensorvorrichtung (Sensorik) ist vorzugsweise zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls aus den zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezellen erfassten physikalischen Größen ausgebildet. Das elektrisch eigensichere Batteriemodul umfasst weiter bevorzugt eine Batteriezustandserkennung und -Prädiktion (Zustandsermittlungsvorrichtung), die aus den Sensorsignalen den aktuellen Zustand des Batteriemoduls (Batteriemodulzustand) insbesondere hinsichtlich seiner Sicherheit ermittelt und auch das künftige Verhalten des Batteriemoduls prädizieren (vorhersagen) kann, und eine Sicherheitsaktorik (Aktorvorrichtung), mit der das Batteriemodul bei Erkennung eines kritisch werdenden Zustandes und/oder Betriebes des Batteriemoduls bei Bedarf in einen sicheren Zustand überführt werden kann. An electrically intrinsically safe battery module with a plurality of electrochemical battery cells, in particular with a plurality of electrochemical lithium-ion battery cells, preferably comprises a sensor system (sensor device) for measuring physical quantities for determining the state of the battery module. The sensor device (sensor system) is preferably designed for detecting physical variables for determining the state of the battery module and / or for detecting physical variables for determining the state of the battery cells of the battery module. The sensor device (sensor) is preferably designed to determine the state of the battery module from the physical quantities detected for determining the state of the battery cells. The electrically intrinsically safe battery module further preferably comprises a battery state detection and prediction device (state determining device) which can determine from the sensor signals the current state of the battery module (battery module state), in particular with regard to its safety and also predict (predict) the future behavior of the battery module, and a safety actuator ( Actuator device), with which the battery module can be converted into a safe state upon detection of a critical condition and / or operation of the battery module when needed.

Bevorzugt sind in den eigensicheren Batteriemodulen Sicherheitsfunktionen integriert, die ein jeweiligs Batteriemodul bei Vorliegen eines kritischen oder kritisch werdenden Batteriemodulzustandes sofort in einen sicheren Betriebsmodus überführen.Security functions are preferably integrated in the intrinsically safe battery modules, which immediately convert a respective battery module into a safe operating mode in the presence of a critical or critical battery module state.

Im Folgenden wird insbesondere die Realisierung der Diagnose eines erfindungsgemäßen eigensicheren Batteriemoduls, insbesondere eines eigensicheren Lithium-Ionen-Batteriemoduls, auf Basis von Impedanzspektroskopie beschrieben. Bevorzugt verfügt das erfindungsgemäße eigensichere Batteriemodul über eine geeignete Sensor- und Aktorelektronik zur Realisierung der Eigensicherheit, die dann ohne nennenswerten Zusatzaufwand genutzt werden kann, um eine Impedanzspektroskopie durchzuführen.In particular, the realization of the diagnosis of an intrinsically safe battery module according to the invention, in particular of an intrinsically safe lithium-ion battery module, based on impedance spectroscopy will be described below. Preferably, the intrinsically safe battery module according to the invention has a suitable sensor and actuator electronics for realizing the intrinsic safety, which can then be used without significant additional effort to perform an impedance spectroscopy.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung ist die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet, die Messströme und die Messspannungen innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen gleichzeitig und/oder jeweils mit einer vorbestimmten Widerholungsrate zu messen und/oder die Messung der Messströme und der Messspannungen jeweils mit einer vorbestimmten Messgenauigkeit durchzuführen.In a particularly preferred embodiment of the battery module device according to the invention, the sensor device is designed to measure the measurement currents and the measurement voltages within predetermined tolerance limits simultaneously and / or in each case at a predetermined repetition rate and / or to carry out the measurement of the measurement currents and the measurement voltages in each case with a predetermined measurement accuracy ,

Einfach ausgedrückt, die Sensorik eines eigensicheren Batteriemoduls muss bevorzugt so ausgelegt werden, dass die Anforderungen für die Durchführung einer Impedanzspektroskopie hinsichtlich der zeitlichen Synchronisierung und/oder der Widerholrate der Erfassung der Batteriemodulspannung und des Batteriemodulstroms und/oder hinsichtlich der Genauigkeitsanforderungen für diese beiden Signale erfüllt werden.Stated simply, the sensor system of an intrinsically safe battery module must preferably be designed to meet the requirements for performing impedance spectroscopy on the timing and / or repetition rate of battery module voltage and battery module current detection and / or the accuracy requirements for these two signals ,

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung ist die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet, die Messströme und die Messspannungen zu erfassen und/oder zur Messung der Messströme und der Messspannungen die durch eine jede der Batteriezellen im Impedanzspektroskopiemodus fließenden Batteriezellströme und die an einer jeden der Batteriezellen im Impedanzspektroskopiemodus anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen und aus den im Impedanzspektroskopiemodus erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen die Messströme und die Messspannungen zu ermitteln.In a very advantageous embodiment of the battery module device according to the invention, the sensor device is designed to detect the measuring currents and the measuring voltages and / or for measuring the measuring currents and the measured voltages, the battery cell currents flowing through each of the battery cells in the impedance spectroscopy mode and those on each of the battery cells in the impedance spectroscopy mode to detect applied battery cell voltages and to determine the measured currents and the measured voltages from the battery cell currents and battery cell voltages detected in the impedance spectroscopy mode.

Vorzugsweise umfasst die Sensorvorrichtung der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung eine Sensoreinheit, die in mehreren der Batteriezellen oder allen Batteriezellen zugeordnet und dazu ausgebildet ist, die durch eine jede der zugeordneten Batteriezellen im Impedanzspektroskopiemodus fließenden Batteriezellströme und die an einer jeden der zugeordneten Batteriezellen im Impedanzspektroskopiemodus anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen. Bevorzugt umfasst die Sensorvorrichtung für mindestens eine der Batteriezellen jeweils eine zugeordnete Sensoreinheit, die dazu ausgebildet ist, die durch die zugeordnete Batteriezelle im Impedanzspektroskopiemodus fließenden Batteriezellströme und die an der zugeordneten Batteriezelle im Impedanzspektroskopiemodus anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen. Weiter bevorzugt umfasst die Sensorvorrichtung eine Ermittlungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Messströme und die Messspannungen aus den im Impedanzspektroskopiemodus erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen zu ermitteln.Preferably, the sensor device of the battery module device according to the invention comprises a sensor unit which is assigned in a plurality of the battery cells or all battery cells and thereto is configured to detect the battery cell currents flowing through each of the associated battery cells in the impedance spectroscopy mode and the battery cell voltages applied to each of the associated battery cells in the impedance spectroscopy mode. Preferably, the sensor device for at least one of the battery cells each comprise an associated sensor unit, which is designed to detect the battery cell currents flowing through the associated battery cell in the impedance spectroscopy mode and the battery cell voltages applied to the associated battery cell in the impedance spectroscopy mode. More preferably, the sensor device comprises a determination unit, which is designed to determine the measurement currents and the measurement voltages from the battery cell currents and battery cell voltages detected in the impedance spectroscopy mode.

Die Sensoreinheit oder mindestens eine der Sensoreinheiten ist/sind bevorzugt dazu ausgebildet ist, zur Übertragung der von mittels der Sensoreinheit oder zur Übertragung der von mittels mindestens einer der Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen mit der Ermittlungsvorrichtung zu kommunizieren. Auch sind mindestens zwei der Sensoreinheiten bevorzugt dazu ausgebildet, zur Übertragung der von mittels mindestens einer der Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen untereinander zu kommunizieren. The sensor unit or at least one of the sensor units is / are preferably designed to communicate with the detection device for transmission of the battery cell currents and battery cell voltages detected by means of the sensor unit or for transmission of at least one of the sensor units. Also, at least two of the sensor units are preferably designed to communicate with one another for the purpose of transmitting the battery cell currents and battery cell voltages detected by at least one of the sensor units.

Bei einer anderen sehr bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Zustandsermittlungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, anhand einer Auswertung der von der Sensorvorrichtung bereitgestellten Messwerte der Messströme und Messspannungen die Amplituden der Messströme und der Messspannungen sowie die Phasenverschiebungen zwischen den Messströmen und den entsprechenden Messspannungen zu bestimmen und aus den bestimmten Amplituden und Phasenverschiebungen die komplexe Impedanz des Batteriemoduls in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb der vorbestimmten Toleranzgrenzen zu bestimmen und die komplexe Impedanz des Batteriemoduls in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme aufzuzeichnen. Bevorzugt ist die Zustandsermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet, die Abhängigkeit der komplexen Impedanz von der Frequenz der Messströme zur Gewinnung von Informationen über einen aktuellen oder künftigen Batteriemodulzustand auszuwerten.In another very preferred embodiment of the battery module device according to the invention, the monitoring device comprises a state determination device which is designed to evaluate the amplitudes of the measurement currents and the measurement voltages and the phase shifts between the measurement currents and the corresponding measurement voltages on the basis of an evaluation of the measurement values of the measurement currents and measurement voltages provided by the sensor device determine and from the determined amplitudes and phase shifts to determine the complex impedance of the battery module in dependence on the frequency of the measuring currents within the predetermined tolerance limits and to record the complex impedance of the battery module in dependence on the frequency of the measuring currents. Preferably, the state determination device is designed to evaluate the dependency of the complex impedance on the frequency of the measurement currents in order to obtain information about a current or future battery module state.

Somit kann bei geeigneter Auslegung der in einem eigensicheren Batteriemodul zur Messung der Batteriemodulspannung und des Batteriemodulstromes eingesetzten Sensorik eine Impedanzspektroskopie durchgeführt werden. Damit stehen bevorzugt der Batteriezustandserkennung und -prädiktion wesentlich bessere Informationen über den Zustand des Batteriemoduls zur Verfügung, als die Informationen über den Zustand des Batteriemoduls, die gemäß dem heutigen Stand der Technik gewonnen werden können. Diese Informationen können genutzt werden, um die Qualität der Batteriezustandserkennung und -prädiktion zu verbessern und/oder die Sicherheit eines eigensicheren Batteriemoduls beziehungsweise eines Batteriesystems mit eigensicheren Batteriemodulen zu erhöhen.Thus, with a suitable design of the sensors used in an intrinsically safe battery module for measuring the battery module voltage and the battery module current, an impedance spectroscopy can be performed. Thus, the battery state detection and prediction are preferably provided with much better information about the state of the battery module than the information about the state of the battery module, which can be obtained in accordance with the current state of the art. This information can be used to improve the quality of the battery state detection and prediction and / or to increase the safety of an intrinsically safe battery module or a battery system with intrinsically safe battery modules.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung umfasst die Überwachungsvorrichtung eine Schnellentladevorrichtung, die zum Entladen des Batteriemodule mit einem vorbestimmten Entladestrom vorgesehen ist und einen mit den Batteriemodulpolen verbundenen Leistungshalbleiter aufweist. Die Überwachungsvorrichtung umfasst bevorzugt eine erste Spannungseinstellungsvorrichtung, die zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals anliegenden Spannung, die der Batteriemodulspannung in positiver Orientierung oder einer Spannung von 0V entspricht, vorgesehen ist und die eine Halbbrücke mit zwei Leistungshalbleitern aufweist, die jeweils mit einem anderen der Batteriemodulpole direkt verbunden sind. Die Überwachungsvorrichtung umfasst weiter bevorzugt eine zweite Spannungseinstellungsvorrichtung, die zwei Halbbrücken mit jeweils zwei Leistungshalbleitern aufweist und zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals anliegenden Spannung vorgesehen ist, die der Batteriemodulspannung in positiver oder negativer Orientierung entspricht. Dabei sind die Leistungshalbleiter jeweils mit einem anderen der Batteriemodulpole direkt verbunden. Der Leistungshalbleiter(-Schalter) der Schnellentladevorrichtung und/oder mindestens einer der Leistungshalbleiter der ersten oder der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung sind für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt. Die Überwachungsvorrichtung umfasst ferner eine Ansteuerschaltung, die dazu ausgebildet ist, in dem Impedanzspektroskopiemodus den entsprechend ausgelegten Leistungshalbleiterschalter der Schnellentladevorrichtung und/oder den mindestens einen entsprechend ausgelegten Leistungshalbleiter der ersten und/oder der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung im aktiven Bereich zu betreiben und als linear arbeitender Stellglied, mittels dem ein Regelkreis zur Regelung eines durch die Batteriemodul fließenden Stroms realisierbar ist, bereitzustellen. Dabei sind dem in dem Impedanzspektroskopiemodus realisierbaren Regelkreis als Sollwertvorgabe für die Messströme, mit denen das Batteriemodul in dem Impedanzspektroskopiemodus beaufschlagt werden kann, sinusförmige Stromverläufe bei unterschiedlichen Frequenzen vorgebbar.In a very advantageous embodiment of the battery module device according to the invention, the monitoring device comprises a fast discharge device, which is provided for discharging the battery modules with a predetermined discharge current and has a power semiconductor connected to the battery module poles. The monitoring device preferably includes a first voltage setting device provided for adjusting a voltage applied to the battery module terminals corresponding to the battery module voltage in positive orientation or a voltage of 0V and having a half bridge with two power semiconductors each directly connected to another one of the battery module poles are connected. The monitoring device further preferably comprises a second voltage setting device, which has two half bridges each having two power semiconductors and is provided for setting a voltage applied to the battery module terminals, which corresponds to the battery module voltage in positive or negative orientation. The power semiconductors are each directly connected to another of the battery module poles. The power semiconductor (switch) of the fast discharge device and / or at least one of the power semiconductors of the first or the second voltage setting device are designed for operation in the active region. The monitoring device further comprises a drive circuit which is designed to operate in the impedance spectroscopy mode the correspondingly designed power semiconductor switch of the fast discharge device and / or the at least one appropriately designed power semiconductor of the first and / or the second voltage setting device in the active region and as a linearly operating actuator in which a control circuit for controlling a current flowing through the battery module can be realized. Here, the realizable in the impedance spectroscopic control loop as setpoint input for the measurement currents with which the battery module can be acted upon in the impedance spectroscopy mode, sinusoidal current waveforms at different frequencies can be specified.

Vorteilhaft dabei ist, dass auch bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung mit Schnellentladevorrichtung und/oder erster und/oder zweiter Spannungseinstellungsvorrichtung wichtige Informationen über den Batteriemodulzustand aus dem Verlauf der komplexen Impedanz des Batteriemoduls in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme ohne viel Mehraufwand gewonnen werden können. It is advantageous that even in this embodiment of the battery module device according to the invention with quick discharge and / or first and / or second voltage setting important information about the battery module state from the course of the complex impedance of the battery module depending on the frequency of the measuring currents can be obtained without much additional effort.

Einfach ausgedrückt, es kann ein elektrisch eigensicheres Batteriemodul optional eine zusätzliche auch als Schaltaktorik bezeichnete Elektronik (erste und/oder zweite Spannungseinstellungsvorrichtung) umfassen, mittels der die Ausgangsspannung des Batteriemoduls derartig geschaltet werden kann, dass an den Batteriemodulterminals die Batteriemodulspannung in positiver Orientierung oder die Batteriemodulpannung in negativer Orientierung oder eine Spannung von 0 V anliegen kann. Dabei müssen hier die Sicherheitsaktorik und die Spannungseinstellungselektronik so ausgelegt werden, dass das eigensichere Batteriemodul mit einem Impedanzspektroskopiemodus, in dem eine Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls durchführbar ist, betrieben werden kann. Stated simply, an electrically intrinsically safe battery module may optionally include additional electronics (first and / or second voltage setting device), also referred to as switching actuators, by means of which the output voltage of the battery module can be switched such that the battery module voltage in the positive orientation or the battery module voltage at the battery module terminals in negative orientation or a voltage of 0 V may be present. Here, the safety actuator and the voltage adjustment electronics must be designed so that the intrinsically safe battery module with an impedance spectroscopy mode in which an impedance spectrometry of the battery module can be performed, can be operated.

Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung ist der mit dem positiven Batteriemodulpol direkt verbundene Leistungshalbleiter der ersten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt. Dabei ist der mit dem negativen Batteriemodulpol direkt verbundene Leistungshalbleiter der ersten Spannungseinstellungsvorrichtung zum Leiten eines externen zwischen den Batteriemodulterminals fließenden Stroms über einen batteriemodulextern liegenden Strompfad vorgesehen. Vorzugsweise ist mindestens einer der zwei mit dem positiven oder negativen Batteriemodulpol direkt verbundenen Leistungshalbleiter der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt. Dabei sind die zwei mit dem negativen oder dem positiven Batteriemodulpol direkt verbundenen Leistungshalbleiter der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung zum Leiten eines externen zwischen den Batteriemodulterminals fließenden Stroms über einen batteriemodulextern liegenden Strompfad vorgesehen.In a very preferred embodiment of the battery module device according to the invention, the power semiconductor of the first voltage setting device directly connected to the positive battery module pole is designed for operation in the active region. In this case, the power semiconductor connected directly to the negative battery module pole of the first voltage setting device is provided for conducting an external current flowing between the battery module terminals via a current path that is external to the battery module. Preferably, at least one of the two power semiconductors of the second voltage setting device connected directly to the positive or negative battery module pole is designed for operation in the active region. In this case, the two power semiconductors, which are directly connected to the negative or the positive battery module pole, of the second voltage setting device are provided for conducting an external current flowing between the battery module terminals via a current path that is external to the battery module.

Sehr vorteilhaft bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung mit der ersten und/oder der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung ist, dass die Durchführung einer Impedanzspektroskopie in sehr einfacher Weise ermöglicht werden kann, indem mindestens einer der Leistungshalbleiter der ersten und/oder zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt ist und im aktiven Bereich betrieben werden kann, während solche zwischen den Batteriemodulterminals fließende externe Ströme, die nicht über das Batteriemodul geleitet werden sollen, weiterhin direkt durch mindestens einen weiteren für den Schaltbetrieb ausgelegten und im Schaltbetrieb arbeitenden Leistungshalbleiterschalter der ersten und/oder zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung fließen können.It is very advantageous in the embodiment of the battery module device according to the invention with the first and / or the second voltage setting device that the implementation of an impedance spectroscopy can be made very simple by at least one of the power semiconductors of the first and / or second voltage setting device for operation in the active region is designed and can be operated in the active area, while such between the battery module terminals flowing external currents that are not to be passed through the battery module, continue directly by at least one further designed for switching operation and operating in switching mode power semiconductor switch of the first and / or second voltage setting device can flow.

Das Batteriemodul der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung ist bevorzugt ein Lithium-Ionen-Batteriemodul mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Lithium-Ionen-Batteriezellen.The battery module of the battery module device according to the invention is preferably a lithium-ion battery module with a plurality of serially and / or parallel-connected lithium-ion battery cells.

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

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mindestens ein in der Batteriemoduleinrichtung angeordneter, für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegter und mit den Batteriemodulpolen verbindbarer Leistungshalbleiterschalter in dem Impedanzspektroskopiemodus im aktiven Bereich betrieben und mit den Batteriemodulpolen derartig verbunden, dass der mindestens eine Leistungshalbleiter ein linear arbeitendes Stellglied eines Regelkreises zur Regelung eines durch das Batteriemodul fließenden Stroms ausbildet. Bei dem Verfahren werden dem in dem Impedanzspektroskopiemodus realisierten Regelkreis als Sollwertvorgabe für die Messströme, mit denen das Batteriemodul in dem Impedanzspektroskopiemodus beaufschlagt wird, sinusförmige Stromverläufe bei unterschiedlichen Frequenzen vorgegeben.Preferably, in the method according to the invention, at least one power semiconductor switch arranged in the battery module device and designed for operation in the active region and connectable to the battery module poles is operated in the active region in the impedance spectroscopy mode and connected to the battery module poles such that the at least one power semiconductor is a linearly operating actuator Forming control circuit for controlling a current flowing through the battery module current. In the method, the closed-loop control circuit implemented in the impedance spectroscopy mode is preset as nominal value specification for the measuring currents applied to the battery module in the impedance spectroscopy mode, sinusoidal current waveforms at different frequencies.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtungen.Another aspect of the invention relates to a battery system having a battery with a plurality of the battery module devices according to the invention.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtungen.Another aspect of the invention relates to a vehicle having a battery system with a battery having a plurality of battery module devices according to the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen sind:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings are:

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 Fehlermechanismen einer aus dem Stand der Technik bekannten Lithium-Ionen-Batterie darstellt, die zu einem thermischen Durchgehen dieser Lithium-Ionen-Batterie führen können, 2 a diagram showing the failure mechanisms of a known from the prior art lithium-ion battery, which is a thermal runaway of this lithium-ion battery,

3 das Prinzipschaltbild eines aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystems mit einer aus mehreren Batteriezellen ausgebildeten Traktionsbatterie und einem 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 Batteriemoduleinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 4 3 shows the block diagram of a battery module 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 Batteriemodulzustandes ausgeführt werden kann, nach einer Ausführungsform der Erfindung, 5 3 is a flow chart of a model-based state determination and prediction with which the detection and / or prediction of a battery module state according to the invention can be carried out, according to an embodiment of the invention,

6 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 6 the schematic diagram of a battery module device according to a second embodiment of the invention,

7 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung, 7 the schematic diagram of a battery module device according to a third embodiment of the invention,

8 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, 8th the schematic diagram of a battery module device according to a fourth embodiment of the invention,

9 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung, 9 the schematic diagram of a battery module device according to a fifth embodiment of the invention,

10 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, 10 the schematic diagram of a battery module device according to a sixth embodiment of the invention,

11 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung, 11 the schematic diagram of a battery module device according to a seventh embodiment of the invention,

12 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer achten Ausführungsform der Erfindung, 12 the schematic diagram of a battery module device according to an eighth embodiment of the invention,

13 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung, 13 the schematic diagram of a battery module device according to a ninth embodiment of the invention,

14 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer zehnten Ausführungsform der Erfindung, 14 the schematic diagram of a battery module device according to a tenth embodiment of the invention,

15 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer elften Ausführungsform der Erfindung, 15 the schematic diagram of a battery module device according to an eleventh embodiment of the invention,

16 das Prinzipschaltbild einer Batteriemodulleinrichtung nach einer zwölften Ausführungsform der Erfindung, 16 the schematic diagram of a battery module device according to a twelfth embodiment of the invention,

17 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung, 17 the schematic diagram of a battery module device according to a thirteenth embodiment of the invention,

18 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung, und 18 the schematic diagram of a battery module device according to a fourteenth embodiment of the invention, and

19 das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung nach einer fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung. 19 the schematic diagram of a battery module device according to a fifteenth embodiment of the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 4 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst ein Batteriemodul 27 mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten und nicht separat dargestellten Batteriezellen, insbesondere ein Lithium-Ionen-Batteriemodul. Ferner umfasst die Batteriemoduleinrichtung 221 eine Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 zur Messung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls 27. Die Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 ist zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls 27 und/oder zur Erfassung physikalischer Größen zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezellen des Batteriemoduls 27 ausgebildet. Die Sensorvorrichtung (Sensorik) 240 ist ferner bevorzugt zur Ermittlung des Zustandes des Batteriemoduls 27 aus den zur Ermittlung des Zustandes der Batteriezellen erfassten physikalischen Größen ausgebildet. Ferner umfasst die Batteriemoduleinrichtung 221 eine Zustandsermittlungsvorrichtung 250 (Batteriezellzustandserkennung und -prädiktion), die aus den Sensorsignalen den aktuellen Batteriemodulzustand insbesondere hinsichtlich seiner Sicherheit erkennt und auch das zukünftige Verhalten des Batteriemoduls 27 vorhersagen beziehungsweise prädizieren kann, und eine Aktorvorrichtung (Sicherheitsaktorik) 260, mit der das Batteriemodul 27 beim Erkennen eines kritisch werdenden Batteriemodulzustands in einen sicheren Betriebsmodus überführt werden kann.In the 4 is the schematic diagram of a battery module device 221 illustrated according to a first embodiment of the invention. The battery module device 221 includes a battery module 27 with a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel and not shown separately, in particular a lithium-ion battery module. Furthermore, the battery module device comprises 221 a sensor device (sensor system) 240 for measuring physical quantities for determining the state of the battery module 27 , The sensor device (sensor system) 240 is for detecting physical quantities for determining the state of the battery module 27 and / or for detecting physical quantities for determining the state of the battery cells of the battery module 27 educated. The sensor device (sensor system) 240 is also preferred for determining the state of the battery module 27 formed from the physical quantities detected for determining the state of the battery cells. Furthermore, the battery module device comprises 221 a state detecting device 250 (Battery cell state detection and prediction), which detects from the sensor signals the current battery module state, in particular with regard to its safety and also the future behavior of the battery module 27 predict or predicate, and an actuator device (safety actuator) 260 with which the battery module 27 upon detection of a critical battery module state, may be transitioned to a safe mode of operation.

Ferner können von der Batteriemoduleinrichtung 221 Sicherheitsfunktionen 270 bereitgestellt werden, die das Batteriemodul 27 bei einem kritischen oder kritisch werdenden Batteriemodulzustand sofort in einen sicheren Betriebsmodus überführen. Weiterhin kann von der Batteriemoduleinrichtung 221 ein Impedanzspektroskopiemodus 275 bereitgestellt werden, in dem das Batteriemodul 27 zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls 27 mit Messströmen, die durch das Batteriemodul 27 fließen und Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, beaufschlagt werden kann.Further, from the battery module device 221 security features 270 be provided, which is the battery module 27 Immediately transfer to a safe operating mode in the event of a critical or critical battery module condition. Furthermore, from the battery module device 221 an impedance spectroscopy mode 275 be provided, in which the battery module 27 for performing an impedance spectroscopy of the battery module 27 with measuring currents flowing through the battery module 27 flow and AC currents with different frequencies include, can be acted upon.

Dabei ist die Sensorvorrichtung 240 dazu ausgebildet, die Batteriemodulspannung zu messen und zu überwachen und einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Strom zu messen und zu überwachen. Die Sensorvorrichtung 240 ist ferner dazu ausgebildet, die im Impedanzspektroskopiemodus 275 durch das Batteriemodul 27 fließenden Messströme und die entsprechende Messspannungen, die jeweils eine als Antwort auf einen Messstrom entstehende Batteriemodulspannung sind, derartig zu messen, dass aus den Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine komplexe Impedanz des Batteriemoduls 27 in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt werden kann.In this case, the sensor device 240 configured to measure and monitor the battery module voltage and one through the battery module 27 to measure and monitor the flow of electricity. The sensor device 240 is further adapted to be in the impedance spectroscopy mode 275 through the battery module 27 flowing measurement currents and the corresponding measurement voltages, each of which is a resulting in response to a measurement current battery module voltage to measure such that from the measured values of the measurement currents and the measurement voltages a complex impedance of the battery module 27 depending on the frequency of the measuring currents can be determined within predetermined tolerance limits.

Bevorzugt ist die Sensorvorrichtung 240 dazu ausgebildet, eine Batteriemodultemperatur und/oder bevorzugt einen Batteriemodulinnendruck, der einem durchschnittlichen Batteriezellinnendruck der Batteriezellen des Batteriemoduls 27 entspricht, und/oder eine lineare Beschleunigung und/oder eine Drehbeschleunigung des Batteriemoduls 27 zu messen.The sensor device is preferred 240 adapted to a battery module temperature and / or preferably a battery module internal pressure, the average battery cell internal pressure of the battery cells of the battery module 27 corresponds, and / or a linear acceleration and / or a rotational acceleration of the battery module 27 to eat.

Die Zustandsermittlungsvorrichtung 250 ist dazu ausgebildet, aus den von der Sensorvorrichtung 240 bereitgestellten Messwerten der Messströme und Messspannungen die Amplituden der Messströme und der Messspannungen sowie die Phasenverschiebungen zwischen den Messströmen und den entsprechenden Messspannungen zu bestimmen und aus den bestimmten Amplituden und Phasenverschiebungen die komplexe Impedanz des Batteriemoduls 27 in Abhängigkeit der Frequenz der Messströme innerhalb der vorbestimmten Toleranzgrenzen zu bestimmen und aufzuzeichnen und die Abhängigkeit der komplexen Impedanz von der Frequenz der Messströme zur Gewinnung von Informationen über einen aktuellen oder künftigen Batteriemodulzustand auszuwerten. Die Aktorvorrichtung 260 ist dazu ausgebildet, den von der Batteriemoduleinrichtung 221 bereitgestellten Impedanzspektroskopiemodus 275 zu aktivieren.The condition determination device 250 is designed to be from that of the sensor device 240 provided measured values of the measuring currents and measuring voltages to determine the amplitudes of the measuring currents and the measuring voltages and the phase shifts between the measuring currents and the corresponding measuring voltages and from the determined amplitudes and phase shifts the complex impedance of the battery module 27 depending on the frequency of the measurement currents within the predetermined tolerance limits to determine and record and to evaluate the dependence of the complex impedance of the frequency of the measurement currents to obtain information about a current or future battery module state. The actuator device 260 is adapted to that of the battery module device 221 provided impedance spectroscopy mode 275 to activate.

Die Aktorvorrichtung 260 ist ferner bevorzugt dazu ausgebildet, eine in der Batteriemoduleinrichtung 221 angeordnete Entladevorrichtung (nicht separat dargestellt) zu aktivieren. Die Entladevorrichtung ist dazu ausgebildet, das Batteriemodul 27 mit geeigneten Entladeströmen zu entladen. Die Entladevorrichtung umfasst bevorzugt eine Schnellentladevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Batteriemodul 27 mittels hoher Entladeströme nahe dem Kurzschlussstrom zu entladen. The actuator device 260 is also preferably designed to be one in the battery module device 221 arranged unloading device (not shown separately) to activate. The discharge device is designed to be the battery module 27 to discharge with suitable discharge currents. The discharge device preferably comprises a quick discharge device, which is designed to be the battery module 27 to discharge near the short-circuit current by means of high discharge currents.

Weiterhin ist die Aktorvorrichtung 260 bevorzugt dazu ausgebildet, auch einen in der Batteriemoduleinrichtung 221 angeordneten Strombypass (nicht separat dargestellt) zu aktivieren, der dazu ausgebildet ist, im aktivierten Zustand einen zwischen den Batteriemodulterminals 224, 225 fließenden Strom beider Polaritäten über einen batteriemodulextern liegenden Strompfad umzuleiten. Furthermore, the actuator device 260 preferably designed to be one in the battery module device 221 arranged power bypass (not shown separately), which is adapted, in the activated state, a between the battery module terminals 224 . 225 to redirect the flowing current of both polarities via a battery module external current path.

Optional umfasst die erfindungsgemäße Batteriemodulleinrichtung 221 eine Spannungseinstellungsvorrichtung (Schaltaktorik) 280, die dazu ausgebildet ist, die Ausgangsspannung des Batteriemoduls 27 derartig zu schalten, dass das Batteriemodul 27 an den Batteriemodulterminals 224, 225 die Batteriemodulspannung in positiver Orientierung oder keine Spannung (0V) oder die Batteriemodulspannung in negativer Orientierung abgeben kann. Optionally, the battery module device according to the invention comprises 221 a tension adjusting device (switching actuator) 280 , which is adapted to the output voltage of the battery module 27 to switch that the battery module 27 at the battery module terminals 224 . 225 can deliver the battery module voltage in positive orientation or no voltage (0V) or the battery module voltage in negative orientation.

Die Überwachungsvorrichtung 230 der in der 4 dargestellten erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst die zuvor genannten elektronischen Komponenten (die Sensorvorrichtung 240, die Zustandsermittlungsvorrichtung 250, die Aktorvorrichtung 260 und bevorzugt auch die Spannungseinstellungsvorrichtung 280) und Funktionalitäten (beispielsweise die Sicherheitsfunktionen 270 und/oder der Impedanzspektroskopiemodus 275) der Batteriemoduleinrichtung 221. Eine Batteriemoduleinrichtung 221 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung wird, wenn die Überwachungsvorrichtung 230 der Batteriemoduleinrichtung 221 in dem Batteriemodul 27 integriert wird, als elektrisch eigensicheres Batteriemodul bezeichnet.The monitoring device 230 the Indian 4 illustrated battery module device according to the invention 221 includes the aforementioned electronic components (the sensor device 240 , the condition determination device 250 , the actuator device 260 and preferably also the tension adjusting device 280 ) and functionalities (for example, the security functions 270 and / or the impedance spectroscopy mode 275 ) of the battery module device 221 , A battery module device 221 according to the first embodiment of the invention, when the monitoring device 230 the battery module device 221 in the battery module 27 is integrated, referred to as electrically intrinsically safe battery module.

In der 5 ist das Ablaufdiagramm einer modellbasierten Zustandsermittlung und -prädiktion gezeigt, mit der die erfindungsgemäße Erkennung und/oder Vorhersage eines Batteriemodulzustandes ausgeführt werden kann. Die Zustandsermittlung 510 wird an einer Batterie 20 durchgeführt, in der eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtungen 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 der 5 gezeigt wird, erhält das Batteriemodell 507 aktuelle Messwerte von unterschiedlichen, die Batterie 20 betreffenden physikalischen Größen. Diese umfassen insbesondere einen aktuellen Batteriemodulstrom IBatt, eine Batteriemodultemperatur TBatt, und auch einen Batteriemodulinnendruck PBatt, der einem durchschnittlichen Batteriezellinnendruck der Batteriezellen eines Batteriemoduls 27 entspricht. Die Batteriemodule 27 können dabei im Impedanzspektroskopiemodus 275 betrieben werden und mit einem Messstrom beaufschlagt werden, der in diesem Fall mit dem aktuellen Batteriemodulstrom IBatt übereinstimmt. Von der Zustandsermittlungsvorrichtung 250 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 geeignete modellbasierte Batteriespannung UMod mit einer gemessenen aktuellen Batteriespannung UBatt verglichen werden. In diesem Fall kann anhand des Vergleichs und einer dabei festgestellten Abweichung das angewandte Batteriemodell 507 entsprechend angepasst werden. In the 5 1, the flow chart of a model-based state determination and prediction with which the detection and / or prediction of a battery module state according to the invention can be performed is shown. The state determination 510 gets on a battery 20 performed in which a plurality of battery module 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. Like in the 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 module current I Batt , a battery module temperature T Batt , and also a battery module internal pressure P Batt , which corresponds to an average battery cell internal pressure of the battery cells of a battery module 27 equivalent. The battery modules 27 can do this in impedance spectroscopy mode 275 are operated and supplied with a measuring current, which in this case coincides with the current battery module current I Batt . Of the State detecting device 250 is done with the help of 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. Thus, for example, a suitable model-based battery voltage U Mod can be compared with a measured current battery voltage U Batt . In this case, the applied battery model can be determined on the basis of the comparison and a deviation ascertained 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 Batteriemodel 509 einfließen. Mit Hilfe des 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 Funktionszustand (SOF) 506 der Batterie 20, oder den vorhersehbaren Sicherheitszustand 512 der Batterie 20 getätigt. 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 further 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 course of a charging current I (t), which as an additional parameter in the battery model 509 incorporated. With the help of the 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 512 the battery 20 made. 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 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst ein Batteriemodul 27 mit mehreren seriell geschalteten Batteriezellen 21 und eine Überwachungsvorrichtung 230 zum Überwachen des Batteriemodulzustands. Die Batteriezellen 21 eines solchen Batteriemoduls 27 können grundsätzlich seriell und/oder parallel geschaltet sein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellen 21 ist dem Bezugszeichen 21 versehen.In the 6 is the schematic diagram of a battery module device 221 illustrated according to a second embodiment of the invention. This battery module device 221 includes a battery module 27 with several serially connected battery cells 21 and a monitoring device 230 for monitoring the battery module state. The battery cells 21 such a battery module 27 can in principle be connected in series and / or in parallel. To simplify the illustration, only one of the battery cells 21 is the reference 21 Mistake.

Die Überwachungsvorrichtung 230 umfasst eine Batteriemodulüberwachungseinheit 235 (Batteriemodulüberwachungselektronik) mit einer Schaltaktorik, die hier eine erste Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals 224, 225 anliegenden Spannung, die der Batteriemodulspannung in positiver Orientierung oder einer Spannung von 0V entspricht, vorgesehen ist.The monitoring device 230 includes a battery module monitoring unit 235 (Battery module monitoring electronics) with a switching actuator, which here comprises a first voltage setting device, which is used to set one to the battery module terminals 224 . 225 applied voltage corresponding to the battery module voltage in positive orientation or a voltage of 0V is provided.

Die erste Spannungseinstellungsvorrichtung ist aus einer Halbbrücke 290 mit zwei Leistungshalbleitern (Leistungshalbleiterschalter) 291 und 292 gebildet. Parallel zu den Leistungshalbleitern 291, 292 ist jeweils eine Diode 310 geschaltet, deren Durchlassrichtung entgegen der Durchlassrichtung des entsprechenden Leistungshalbleiters 291, 292 verläuft. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der zwei Dioden der Halbbrücke 290 mit dem Bezugszeichen 310 versehen.The first voltage adjustment device is a half-bridge 290 with two power semiconductors (power semiconductor switch) 291 and 292 educated. Parallel to the power semiconductors 291 . 292 is each a diode 310 whose forward direction is opposite to the forward direction of the corresponding power semiconductor 291 . 292 runs. For ease of illustration, only one of the two diodes of the half-bridge has been used 290 with the reference number 310 Mistake.

Der Leistungshalbleiter 291 der Halbbrücke 290 ist an einem ersten Anschluss der Halbbrücke 290 direkt mit dem positiven Batteriemodulpol 222 verbunden. Der andere Leistungshalbleiter 292 der Halbbrücke 290 ist an einem zweiten Anschluss der Halbbrücke 290 direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbunden. Diese Halbbrücke 290 ist ferner an einem Mittelanschluss direkt mit einem ersten Batteriemodulterminal 224 der Batteriemoduleinrichtung 221 verbunden. Der mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene zweite Anschluss der Halbbrücke 290 ist ferner auch mit einem zweiten Batteriemodulterminal 225 verbunden. The power semiconductor 291 the half bridge 290 is at a first port of the half bridge 290 directly with the positive battery module pole 222 connected. The other power semiconductor 292 the half bridge 290 is at a second port of the half bridge 290 directly with the negative battery module pole 223 connected. This half bridge 290 is also at a center connection directly to a first battery module terminal 224 the battery module device 221 connected. The one with the negative battery module pole 223 connected second terminal of the half-bridge 290 is also with a second battery module terminal 225 connected.

Die Batteriemodulüberwachungseinheit 235 der Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst ferner eine Schnellentladevorrichtung (UFDD) 320, die eine zwischen dem positiven Batteriemodulpol 222 und dem negativen Batteriemodulpol 223 angeschlossene Serienschaltung aus einen Leistungshalbleiter (Leistungshalbleiterschalter) 321 und einem Widerstand 322 aufweist. Die Schnellentladevorrichtung 320 ist in der Batteriemoduleinrichtung 221 zum Entladen des Batteriemoduls 27 mittels eines durch die Schnellentladevorrichtung 320 fließenden Entladestromes vorgesehen.The battery module monitoring unit 235 the battery module device 221 further includes a quick discharge device (UFDD) 320 one between the positive battery module pole 222 and the negative battery module pole 223 connected series circuit of a power semiconductor (power semiconductor switch) 321 and a resistance 322 having. The quick unloading device 320 is in the battery module device 221 for discharging the battery module 27 by means of a quick discharge device 320 provided flowing discharge.

Die Überwachungsvorrichtung 230 der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung 221 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner eine Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231, die als eine Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 232 ausgebildet ist, die mit jedem der Batteriezellpole der Batteriezellen 21 verbunden ist. Die Batteriezellüberwachungseinheit 232 ist dazu ausgebildet über eine Kommunikation 330 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheit 232 umfasst eine nicht separat dargestellte Sensorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen durch eine jede der Batteriezellen 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an einer jeden der Batteriezellen 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und über die Kommunikation 330 der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 bereitzustellen.The monitoring device 230 the battery module device according to the invention 221 according to the second embodiment of the invention further comprises a battery cell monitoring device 231 acting as a battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 232 is formed with each of the battery cell poles of the battery cells 21 connected is. The battery cell monitoring unit 232 is trained to communicate 330 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. The battery cell monitoring unit 232 includes a sensor device (not separately shown) configured to pass one through each of the battery cells 21 flowing battery cell current and a corresponding one of each of the battery cells 21 to detect applied battery cell voltage and from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage and via the communication 330 the battery module monitoring unit 235 provide.

Die Batteriemodulüberwachungseinheit 235 der Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst ferner eine nicht separat dargestellte Ansteuervorrichtung (Ansteuerschaltung) für die Ansteuerung der drei Leistungshalbleiter 291, 292, 321. The battery module monitoring unit 235 the battery module device 221 further comprises a drive device (drive circuit) not shown separately for driving the three power semiconductors 291 . 292 . 321 ,

Die Leistungshalbleiter 291, 292 der Halbbrücke 290 können mittels der Ansteuervorrichtung derartig angesteuert werden, dass diese im Schaltbetrieb arbeiten. Dabei können die im Schaltbetrieb arbeitenden Leistungshalbleiter 291, 292 derartig mittels der Ansteuervorrichtung geschaltet werden, dass das Batteriemodul 27 an den Batteriemodulterminals 224, 225, die Batteriemodulspannung in positiver oder eine Spannung von 0 V abgeben kann.The power semiconductors 291 . 292 the half bridge 290 can be controlled by the drive device such that they work in the switching mode. In this case, the working in switching mode power semiconductors 291 . 292 be switched by means of the drive device such that the battery module 27 at the battery module terminals 224 . 225 , which can deliver battery module voltage into positive or a voltage of 0V.

Der Leistungshalbleiter (Leistungshalbleiterschalter) 321 der Schnellentladevorrichtung 320 kann mittels der Ansteuervorrichtung im Schaltbetrieb derartig angesteuert werden, dass das Batteriemodul 27 mittels eines durch die Schnellentladevorrichtung 320 fließenden Entladestromes nahe des Kurzschlussstromes entladen werden kann.The power semiconductor (power semiconductor switch) 321 the quick-discharger 320 can be controlled by the driving device in switching operation such that the battery module 27 by means of a quick discharge device 320 flowing discharge current near the short-circuit current can be discharged.

Die Leistungshalbleiter 291, 292 der ersten Spannungseinstellungsvorrichtung und/oder der Leistungshalbleiter 321 der Schnellentladevorrichtung 320 können jeweils als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet sein.The power semiconductors 291 . 292 the first voltage setting device and / or the power semiconductor 321 the quick-discharger 320 may each be formed as a metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET).

Wenn die Überwachungsvorrichtung 230 der Batteriemoduleinrichtung 221 in dem Batteriemodul 27 integriert ist, bildet die Batteriemoduleinrichtung 221 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung ein elektrisch eigensicheres Batteriemodul mit schaltbarer Ausgangsspannung und Schnellentladevorrichtung aus.When the monitoring device 230 the battery module device 221 in the battery module 27 is integrated forms the battery module device 221 according to the second embodiment of the invention, an electrically intrinsically safe battery module with switchable output voltage and quick discharge from.

In der 7 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 7 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in der 6 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine durch die Ausbildungsart der Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 beziehungsweise der Sensorvorrichtung.In the 7 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a third embodiment of the invention. The in the 7 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 6 shown battery module device alone by the training of the battery cell monitoring device 231 or the sensor device.

Die Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 der Batteriemoduleinrichtung 221 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst für jede der Batteriezellen 21 eine zugeordnete Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 233, die mit jedem der Batteriezellpole der zugeordneten Batteriezelle 21 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellüberwachungseinheit mit dem Bezugszeichen 233 versehen. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind dazu ausgebildet, jeweils über einen zugeordneten Zweig einer gemeinsamen Kommunikation 331 mit einer Batteriezellhauptüberwachungseinheit (Batteriezellhauptüberwachungselektronik) 234 zu kommunizieren. Ferner ist die Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 330 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 umfassen jeweils eine nicht separat dargestellte Sensoreinheit. Die Sensoreinheiten sind jeweils dazu ausgebildet, einen durch die zugeordnete Batteriezelle 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an der zugeordneten Batteriezelle 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und jeweils über einen zugeordneten Zweig der gemeinsamen Kommunikation 331 einer in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 angeordneten und nicht separat dargestellten Ermittlungseinheit bereitzustellen. Die Ermittlungseinheit ist dazu ausgebildet, aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und jeweils über die Kommunikation 330 der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 bereitzustellen.The battery cell monitoring device 231 the battery module device 221 according to the third embodiment of the invention comprises for each of the battery cells 21 an associated battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 233 connected to each of the battery cell poles of the associated battery cell 21 connected is. For simplicity of illustration, only one of the battery cell monitoring unit has been designated by the reference numeral 233 Mistake. The battery cell monitoring units 233 are designed to each have an associated branch of a common communication 331 with a battery cell main monitoring unit (battery cell main monitoring electronics) 234 to communicate. Further, the battery cell main monitoring unit is 234 trained about communication 330 to communicate with the battery module monitoring unit. The battery cell monitoring units 233 each comprise a not separately shown sensor unit. The sensor units are each designed to be replaced by the associated battery cell 21 flowing battery cell current and a corresponding to the associated battery cell 21 to detect applied battery cell voltage and in each case via an associated branch of the common communication 331 one in the battery cell main monitoring unit 234 to provide arranged and not separately shown detection unit. The determination unit is designed to determine from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage and in each case via the communication 330 the battery module monitoring unit 235 provide.

In der 8 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 8 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 7 dargestellten Batteriemoduleinrichtung 221 alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 332 mit der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 332 mit dem Bezugszeichen 332 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, die erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen jeweils über die zugeordnete Kommunikation 332 der in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 8th is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a fourth embodiment of the invention. The in the 8th illustrated battery module device 221 differs from the one in the 7 shown battery module device 221 solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are each designed to have an associated communication 332 with the battery cell main monitoring unit 234 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 332 with the reference number 332 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are designed accordingly to the detected battery cell currents and battery cell voltages respectively via the associated communication 332 in the battery cell main monitoring unit 234 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 9 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 9 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 8 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, untereinander über Kommunikationen 333 jeweils zu kommunizieren. Ferner ist die direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 221 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 mit der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 333 mit dem Bezugszeichen 333 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 333 die von den ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 vorherig angeordneten Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen zu empfangen und über eine weitere zugeordnete Kommunikation 333 die empfangenen und die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen einer ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 nächsten Sensoreinheit bereitzustellen. Ferner ist die Sensoreinheit der direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 233 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 die empfangenen und die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen der in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 angeordneten und nicht separat dargestellten Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 9 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a fifth embodiment of the invention. The in the 9 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 8th shown battery module device solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are designed to communicate with each other communications 333 each communicate. Furthermore, it is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 221 trained about communication 334 with the battery cell main monitoring unit 234 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 333 with the reference number 333 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are trained accordingly, in each case via an associated communication 333 that of the starting from the positive battery module pole 222 previously received sensor units to receive detected battery cell currents and battery cell voltages and via a further associated communication 333 the received and the respective self-detected battery cell currents and battery cell voltages one from the positive Batteriemodulpol 222 to provide next sensor unit. Furthermore, the sensor unit is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 233 trained about communication 334 the received and each self-detected battery cell currents and battery cell voltages of the battery cell main monitoring unit 234 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 10 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 10 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 6 bis 9 dargestellten Batteriemoduleinrichtungen alleine durch die Ausbildungsart der Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 beziehungsweise der Sensorvorrichtung. In the 10 is the schematic diagram of a battery module device 221 according to a sixth embodiment of the invention. The in the 10 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 6 to 9 shown battery module devices alone by the training of the battery cell monitoring device 231 or the sensor device.

Die Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 der Batteriemoduleinrichtung 221 nach der sechsten Ausführungsform der Erfindung umfasst für jede der Batteriezellen 22 eine zugeordnete Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 233, die mit jedem der Batteriezellpole der zugeordneten Batteriezelle 21 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellüberwachungseinheiten mit dem Bezugszeichen 233 versehen. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind dazu ausgebildet jeweils über einen zugeordneten Zweig einer gemeinsamen Kommunikation 331 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 umfassen jeweils eine nicht separat dargestellte Sensoreinheit. Die Sensoreinheiten sind jeweils dazu ausgebildet, einen durch die zugeordnete Batteriezelle 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an der zugeordneten Batteriezelle 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und jeweils über einen zugeordneten Zweig der gemeinsamen Kommunikation 331 einer in dem Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. Die Ermittlungseinheit ist dazu ausgebildet, aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zur weiteren Auswertung bereitzustellen.The battery cell monitoring device 231 the battery module device 221 according to the sixth embodiment of the invention comprises for each of the battery cells 22 an associated battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 233 connected to each of the battery cell poles of the associated battery cell 21 connected is. For ease of illustration, only one of the battery cell monitoring units has been designated by the reference numeral 233 Mistake. The battery cell monitoring units 233 are each trained on an associated branch of a common communication 331 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. The battery cell monitoring units 233 each comprise a not separately shown sensor unit. The sensor units are each designed to be replaced by the associated battery cell 21 flowing battery cell current and a corresponding to the associated battery cell 21 to detect applied battery cell voltage and in each case via an associated branch of the common communication 331 one in the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit. The determination unit is designed to determine from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage to be applied and the battery module monitoring unit 235 to provide for further evaluation.

In der 11 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 11 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in der 10 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 332 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 332 mit dem Bezugszeichen 332 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, die erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen jeweils über die zugeordnete Kommunikation 332 der in der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellten Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 11 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a seventh embodiment of the invention. The in the 11 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 10 shown battery module device solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are each designed to have an associated communication 332 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 332 with the reference number 332 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are designed accordingly to the detected battery cell currents and battery cell voltages respectively via the associated communication 332 in the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 12 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer achten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 12 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in der 11 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, untereinander über Kommunikationen 333 jeweils zu kommunizieren. Ferner ist die direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 221 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 333 mit dem Bezugszeichen 333 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 333 die von den ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 vorherig angeordneten Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen zu empfangen und/oder über eine weitere zugeordnete Kommunikation 333 die empfangenen und/oder die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen einer ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 nächsten Sensoreinheit bereitzustellen. Ferner ist die Sensoreinheit der direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundenen Batteriezellüberwachungseinheit 233 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 die empfangenen und die jeweils selbst ermittelten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen der in der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 12 is the schematic diagram of a battery module device 221 illustrated according to an eighth embodiment of the invention. The in the 12 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 11 shown battery module device solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are trained to communicate with each other via communications 333 each communicate. Furthermore, it is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 221 trained about communication 334 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 333 with the reference number 333 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are trained accordingly, in each case via an associated communication 333 that of the starting from the positive battery module pole 222 previously received sensor units to receive detected battery cell currents and battery cell voltages and / or via a further associated communication 333 the received and / or the respective self-detected battery cell currents and battery cell voltages one from the positive Batteriemodulpol 222 to provide next sensor unit. Furthermore, the sensor unit is directly connected to the negative battery module pole 223 related Battery cell monitoring unit 233 trained about communication 334 the received and each self-determined battery cell currents and battery cell voltages of the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit.

Die Kommunikationen 330, 331, 332, 333, 334 können drahtverbunden sein und beispielsweise als CAN-Bussystem und/oder Flex-Rey-Bussystem ausgebildet sein. Auch können die Kommunikationen 330, 331, 332, 333, 334 drahtlos sein und beispielsweise als Bluetooth-Funkübertragung ausgebildet sein. The communications 330 . 331 . 332 . 333 . 334 may be wire-connected and designed, for example, as a CAN bus system and / or Flex Rey bus system. Also, the communications can 330 . 331 . 332 . 333 . 334 be wireless and be designed for example as a Bluetooth radio transmission.

Um mit der in den 6 bis 12 dargestellten Anordnungen eine Impedanzspektroskopie durchführen zu können, müssen entweder der Leistungshalbleiter 321 in der Schnellentladevorrichtung 320 und/oder mindestens einer der Leistungshalbleiter 291, 292 der Halbbrücke 290 so ausgelegt sein, dass der Leistungshalbleiter im aktiven Bereich betrieben werden kann. Um einen Leistungshalbleiter im aktiven Bereich betreiben können, muss die Ansteuervorrichtung jeder dieser Batteriemoduleinrichtungen 221 so ausgelegt sein, dass sie den mindestens einen für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegten Leistungshalbleiterschalter linear ansteuern kann. Dies ist bei Standardansteuerungen üblicherweise nicht der Fall, da Leistungshalbleiter üblicherweise nur im Schaltbetrieb genutzt werden. Der Mehraufwand für eine lineare Ansteuerung von Leistungshalbleitern ist allerdings gering. To deal with in the 6 to 12 shown arrangements to perform an impedance spectroscopy, either the power semiconductor 321 in the quick-discharger 320 and / or at least one of the power semiconductors 291 . 292 the half bridge 290 be designed so that the power semiconductor can be operated in the active area. In order to operate a power semiconductor in the active area, the drive device must each of these battery module devices 221 be designed so that it can drive the at least one designed for operation in the active area power semiconductor switch linearly. This is usually not the case with standard drives, since power semiconductors are usually only used in switching operation. However, the extra effort for a linear control of power semiconductors is low.

Mittels des mindestens einen im aktiven Bereich ansteuerbaren Leistungshalbleiters der Leistungshalbleiter 291, 292, 321 kann eine Stromregelung realisiert werden. Mit Hilfe des aktiv betriebenen Leistungshalbleiters wird dann ein linear arbeitendes Stellglied bereitgestellt, mit dessen Hilfe ein Stromregelkreis für den Strom, der durch das Batteriemodul (der elektrochemische Teil der Batteriemoduleinrichtung) 27 fließt, realisiert wird. By means of the at least one activatable in the active region power semiconductor of the power semiconductors 291 . 292 . 321 a current control can be realized. With the aid of the actively operated power semiconductor, a linearly operating actuator is then provided, with the aid of which a current control circuit for the current flowing through the battery module (the electrochemical part of the battery module device) is provided. 27 flows, is realized.

Falls der direkt mit dem positiven Batteriemodulpol 222 verbundene Leistungshalbleiter 291 der Halbbrücke 290 für den Betrieb im aktiven Bereich (Aktivbetrieb) ausgelegt ist, kann das Batteriemodul 27 gegebenenfalls über den Leistungshalbleiter 292 im Strombypass für die Führung der externen Ströme (Bypassströme) betrieben werden, oder umgekehrt, falls der direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Leistungshalbleiter 292 der Halbbrücke 290 für die Impedanzspektroskopie genutzt wird.If the directly with the positive Batteriemodulpol 222 connected power semiconductors 291 the half bridge 290 is designed for operation in the active area (active operation), the battery module 27 optionally via the power semiconductor 292 in the current bypass for the conduction of external currents (bypass currents) are operated, or vice versa, if the directly with the negative Batteriemodulpol 223 connected power semiconductors 292 the half bridge 290 is used for impedance spectroscopy.

Zur Durchführung der Impedanzspektroskopie wird dem mittels des mindestens einen im aktiven Bereich betriebenen Leistungshalbleiters realisierten Stromregelkreis als Sollwertvorgabe für den Batteriemodulstrom sinnvollerweise ein sinusförmiger Stromverlauf vorgegeben. Zur Erfassung des Batteriemodulstromes und der Spannungsantwort des entsprechenden Batteriemoduls 27 wird die vorhin beschriebene und in den 6 bis 12 hier nicht separat dargestellte Sensorvorrichtung (Sensorik) der Batteriemoduleinrichtung 221 eingesetzt. Bei allen in den 6 bis 12 dargestellten Anordnungen kann aus der Amplitude des Verlaufes der Batteriemodulstromes, der Phasenverschiebung, und der Amplitude der Spannungsantwort des Batteriemoduls 27 der komplexe Innenwiderstand des Batteriemoduls 27 über der Frequenz bevorzugt jeweils mittels einer in der entsprechenden Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellten Zustandsermittlungsvorrichtung der entsprechenden Batteriemoduleinrichtung (Batteriezellzustandserkennung und -prädiktion) 221 bestimmt und/oder aufgezeichnet werden. Aus dem Verlauf der Impedanz über der Frequenz können wichtige Informationen über den Batteriemodulzustand gewonnen werden.To carry out the impedance spectroscopy, a sinusoidal current profile is expediently specified as the setpoint input for the battery module current by means of the at least one power semiconductor implemented in the active region. For detecting the battery module current and the voltage response of the corresponding battery module 27 is the previously described and in the 6 to 12 not shown separately sensor device (sensor) of the battery module device 221 used. At all in the 6 to 12 The arrangements shown may be based on the amplitude of the course of the battery module current, the phase shift, and the amplitude of the voltage response of the battery module 27 the complex internal resistance of the battery module 27 preferably over the frequency in each case by means of one in the corresponding battery module monitoring unit 235 arranged and not separately shown state detection device of the corresponding battery module device (battery cell state detection and prediction) 221 determined and / or recorded. From the course of the impedance over the frequency important information about the battery module state can be obtained.

In der 13 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Batteriemoduleinrichtung 221 umfasst ein Batteriemodul 27 mit mehreren seriell geschalteten Batteriezellen 21 und eine Überwachungsvorrichtung 230 zum Überwachen des Batteriemodulzustands. Die Batteriezellen 21 eines solchen Batteriemoduls 27 können grundsätzlich seriell und/oder parallel geschaltet sein. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellen mit dem Bezugszeichen 21 versehen.In the 13 is the schematic diagram of a battery module device 221 according to a ninth embodiment of the invention. This battery module device 221 includes a battery module 27 with several serially connected battery cells 21 and a monitoring device 230 for monitoring the battery module state. The battery cells 21 such a battery module 27 can in principle be connected in series and / or in parallel. For simplicity of illustration, only one of the battery cells has been designated by the reference numeral 21 Mistake.

Die Überwachungsvorrichtung 230 umfasst eine Batteriemodulüberwachungseinheit 235 mit einer Schaltaktorik, die hier eine zweite Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals 224, 225 anliegenden Spannung, die der Batteriemodulspannung in positiver Orientierung oder negativer Orientierung entspricht, vorgesehen ist. The monitoring device 230 includes a battery module monitoring unit 235 with a switching actuator, which here comprises a second voltage setting device used to set one to the battery module terminals 224 . 225 applied voltage corresponding to the battery module voltage in positive orientation or negative orientation, is provided.

Die zweite Spannungseinstellungsvorrichtung ist aus zwei Halbbrücken 290, 300 mit jeweils zwei Leistungshalbleitern (Leistungshalbleiterschalter) gebildet. Die eine Halbbrücke 290 umfasst die Leistungshalbleiter 291 und 292. Die andere Halbbrücke 300 umfasst die Leistungshalbleiter 301 und 302. Die beiden Halbbrücken 290, 300 bilden zusammen eine Vollbrückenschaltung mit vier Leistungshalbleitern 291, 292, 301, 302. Parallel zu den Leistungshalbleitern 291, 292, 301, 302 ist jeweils eine Diode 310 geschaltet, deren Durchlassrichtung entgegen der Durchlassrichtung des entsprechenden Leistungshalbleiters verläuft. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine Diode pro Halbbrücke 290, 300 mit dem Bezugszeichen 310 versehen. The second tension adjustment device is made of two half bridges 290 . 300 each formed with two power semiconductors (power semiconductor switch). The one half bridge 290 includes the power semiconductors 291 and 292 , The other half bridge 300 includes the power semiconductors 301 and 302 , The two half bridges 290 . 300 together form a full bridge circuit with four power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 , Parallel to the power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 is each a diode 310 switched, whose forward direction runs opposite to the forward direction of the corresponding power semiconductor. To simplify the illustration, only one diode per half bridge was used 290 . 300 with the reference number 310 Mistake.

Der Leistungshalbleiter 291 der einen Halbbrücke 290 ist an einem ersten Anschluss der einen Halbbrücke 290 direkt mit dem positiven Batteriemodulpol 222 verbunden. Ferner ist der andere Leistungshalbleiter 292 der einen Halbbrücke 290 an einem zweiten Anschluss der einen Halbbrücke 290 direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbunden. Diese eine Halbbrücke 290 ist ferner an einem Mittelanschluss direkt mit einem ersten Ausgangsterminal 224 der Batteriemoduleinrichtung 221 verbunden. The power semiconductor 291 the one half bridge 290 is at a first port of a half bridge 290 directly with the positive battery module pole 222 connected. Further, the other power semiconductor 292 the one half bridge 290 at a second terminal of a half-bridge 290 directly with the negative battery module pole 223 connected. This one half bridge 290 is also at a center port directly to a first outlet terminal 224 the battery module device 221 connected.

Der Leistungshalbleiter 301 der anderen Halbbrücke 300 ist an einem ersten Anschluss dieser anderen Halbbrücke 300 direkt mit dem positiven Batteriemodulpol 222 verbunden. Ferner ist der andere Leistungshalbleiter 302 der anderen Halbbrücke 300 an einem zweiten Anschluss dieser anderen Halbbrücke 300 direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbunden. Diese andere Halbbrücke ist ferner an einem Mittelanschluss direkt mit einem zweiten Ausgangsterminal 225 der Batteriemoduleinheit 221 verbunden.The power semiconductor 301 the other half bridge 300 is at a first port of this other half bridge 300 directly with the positive battery module pole 222 connected. Further, the other power semiconductor 302 the other half bridge 300 at a second port of this other half bridge 300 directly with the negative battery module pole 223 connected. This other half-bridge is further connected to a center connection directly to a second output terminal 225 the battery module unit 221 connected.

Die Batteriemodulüberwachungseinheit 235 der Batteriemoduleinrichtung 221 nach der neunten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Schnellentladevorrichtung (UFDD) 320, die eine zwischen dem positiven Batteriemodulpol 222 und dem negativen Batteriemodulpol 223 angeschlossene Serienschaltung aus einem Leistungshalbleiter (Leistungshalbleiterschalter) 321 und einem Widerstand 322 aufweist. Die Schnellentladevorrichtung 320 ist in der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 der Batteriemoduleinrichtung 221 zum Entladen des Batteriemoduls 27 mittels eines durch die Schnellentladevorrichtung 310 fließenden Entladestromes vorgesehen.The battery module monitoring unit 235 the battery module device 221 according to the ninth embodiment of the invention comprises a quick discharge device (UFDD) 320 one between the positive battery module pole 222 and the negative battery module pole 223 connected series circuit of a power semiconductor (power semiconductor switch) 321 and a resistance 322 having. The quick unloading device 320 is in the battery module monitoring unit 235 the battery module device 221 for discharging the battery module 27 by means of a quick discharge device 310 provided flowing discharge.

Die Überwachungsvorrichtung 230 der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtung 221 nach der neunten Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner eine Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231, die als eine Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 232 ausgebildet ist, die mit jedem der Batteriezellpole der Batteriezellen 21 verbunden ist. Die Batteriezellüberwachungseinheit 232 ist dazu ausgebildet, über eine Kommunikation 330 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheit 232 umfasst eine nicht separat dargestellte Sensorvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen durch eine jede der Batteriezellen 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an einer jeden der Batteriezellen 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und über die Kommunikation 330 der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 bereitzustellen.The monitoring device 230 the battery module device according to the invention 221 According to the ninth embodiment of the invention further comprises a battery cell monitoring device 231 acting as a battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 232 is formed with each of the battery cell poles of the battery cells 21 connected is. The battery cell monitoring unit 232 is trained to communicate 330 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. The battery cell monitoring unit 232 includes a sensor device (not separately shown) configured to pass one through each of the battery cells 21 flowing battery cell current and a corresponding one of each of the battery cells 21 to detect applied battery cell voltage and from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage and via the communication 330 the battery module monitoring unit 235 provide.

Die Batteriemodulüberwachungseinheit 235 der erfindungsgemäßen Batteriemoduleinheit 221 umfasst ferner eine nicht separat dargestellte Ansteuervorrichtung (Ansteuerschaltung) für die Ansteuerung der fünf Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 302, 321. The battery module monitoring unit 235 the battery module unit according to the invention 221 further comprises a drive device (drive circuit), not shown separately, for driving the five power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 . 321 ,

Die Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 302 können mittels der Ansteuervorrichtung derartig angesteuert werden, dass diese im Schaltbetrieb arbeiten. Dabei können die im Schaltbetrieb arbeitenden Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 302 derartig mittels der Ansteuervorrichtung geschaltet werden, dass das Batteriemodul 27 an den Batteriemodulterminals 224, 225 die Batteriemodulspannung in positiver oder negativer Orientierung abgeben kann.The power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 can be controlled by the drive device such that they work in the switching mode. In this case, the working in switching mode power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 be switched by means of the drive device such that the battery module 27 at the battery module terminals 224 . 225 can deliver the battery module voltage in positive or negative orientation.

Der Leistungshalbleiter (Leistungshalbleiterschalter) 321 der Schnellentladevorrichtung 320 kann mittels der Ansteuervorrichtung im Schaltbetrieb derartig angesteuert werden, dass das Batteriemodul 27 mittels eines durch die Schnellentladevorrichtung 310 fließenden Entladestromes nahe des Kurzschlussstromes entladen werden kann.The power semiconductor (power semiconductor switch) 321 the quick-discharger 320 can be controlled by the driving device in switching operation such that the battery module 27 by means of a quick discharge device 310 flowing discharge current near the short-circuit current can be discharged.

Die Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 302 der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung und/oder der Leistungshalbleiter 321 der Schnellentladevorrichtung 320 können jeweils als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet sein.The power semiconductors 291 . 292 . 301 . 302 the second voltage setting device and / or the power semiconductor 321 the quick-discharger 320 may each be formed as a metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFET).

Wenn die Überwachungsvorrichtung 230 der Batteriemoduleinrichtung 221 in dem Batteriemodul 27 integriert ist, bildet die Batteriemoduleinrichtung 221 nach der neunten Ausführungsform der Erfindung ein elektrisch eigensicheres Batteriemodul mit umpolbarer Ausgangsspannung und Schnellentladevorrichtung aus.When the monitoring device 230 the battery module device 221 in the battery module 27 is integrated forms the battery module device 221 According to the ninth embodiment of the invention, an electrically intrinsically safe battery module with umpolbarer output voltage and quick discharge from.

In der 14 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer zehnten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 14 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in der 13 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine durch die Ausbildungsart der Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 beziehungsweise der Sensorvorrichtung. In the 14 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a tenth embodiment of the invention. The in the 14 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 13 shown battery module device alone by the training of the battery cell monitoring device 231 or the sensor device.

Die Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 der Batteriemoduleinrichtung 221 nach der zehnten Ausführungsform der Erfindung umfasst für jede der Batteriezellen 21 eine zugeordnete Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 233, die mit jedem der Batteriezellpole der zugeordneten Batteriezelle 21 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellüberwachungseinheit mit dem Bezugszeichen 233 versehen. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind dazu ausgebildet, jeweils über einen zugeordneten Zweig einer gemeinsamen Kommunikation 331 mit einer Batteriezellhauptüberwachungseinheit (Batteriezellhauptüberwachungselektronik) 234 zu kommunizieren. Ferner ist die Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 330 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 umfassen jeweils eine nicht separat dargestellte Sensoreinheit. Die Sensoreinheiten sind jeweils dazu ausgebildet, einen durch die zugeordnete Batteriezelle 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an der zugeordneten Batteriezelle 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und jeweils über einen zugeordneten Zweig der gemeinsamen Kommunikation 331 einer in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit (Batteriezellhauptüberwachungselektronik) 234 angeordneten und nicht separat dargestellten Ermittlungseinheit bereitzustellen. Die Ermittlungseinheit ist dazu ausgebildet, aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und jeweils über die Kommunikation 330 der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 bereitzustellen.The battery cell monitoring device 231 the battery module device 221 According to the tenth embodiment of the invention comprises for each of the battery cells 21 an associated battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 233 connected to each of the battery cell poles of the associated battery cell 21 connected is. For simplicity of illustration, only one of the battery cell monitoring unit has been designated by the reference numeral 233 Mistake. The battery cell monitoring units 233 are designed to each have an associated branch of a common communication 331 with a battery cell main monitoring unit (battery cell main monitoring electronics) 234 to communicate. Further, the battery cell main monitoring unit is 234 trained about communication 330 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. The battery cell monitoring units 233 each comprise a not separately shown sensor unit. The sensor units are each designed to be replaced by the associated battery cell 21 flowing battery cell current and a corresponding to the associated battery cell 21 to detect applied battery cell voltage and in each case via an associated branch of the common communication 331 one in the battery cell main monitoring unit (battery cell main monitoring electronics) 234 to provide arranged and not separately shown detection unit. The determination unit is designed to determine from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage and in each case via the communication 330 the battery module monitoring unit 235 provide.

In der 15 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer elften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 15 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 14 dargestellten Batteriemoduleinrichtung 221 alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, über eine jeweils zugeordnete Kommunikation 332 mit der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 332 mit dem Bezugszeichen 332 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, die erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen jeweils über die zugeordnete Kommunikation 332 der in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 15 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to an eleventh embodiment of the invention. The in the 15 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 14 shown battery module device 221 solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are designed to have a respective assigned communication 332 with the battery cell main monitoring unit 234 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 332 with the reference number 332 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are designed accordingly to the detected battery cell currents and battery cell voltages respectively via the associated communication 332 in the battery cell main monitoring unit 234 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 16 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer zwölften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 16 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 15 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, untereinander über Kommunikationen 333 jeweils zu kommunizieren. Ferner ist die direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 221 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 mit der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 333 mit dem Bezugszeichen 333 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 333 die von den ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 vorherig angeordneten Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen zu empfangen und über eine weitere zugeordnete Kommunikation 333 die empfangenen und die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen einer ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 nächsten Sensoreinheit bereitzustellen. Ferner ist die Sensoreinheit der direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 233 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 die empfangenen und die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen der in der Batteriezellhauptüberwachungseinheit 234 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 16 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a twelfth embodiment of the invention. The in the 16 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 15 shown battery module device solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are trained to communicate with each other via communications 333 each communicate. Furthermore, it is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 221 trained about communication 334 with the battery cell main monitoring unit 234 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 333 with the reference number 333 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are trained accordingly, in each case via an associated communication 333 that of the starting from the positive battery module pole 222 previously received sensor units to receive detected battery cell currents and battery cell voltages and via a further associated communication 333 the received and the respective self-detected battery cell currents and battery cell voltages one from the positive Batteriemodulpol 222 to provide next sensor unit. Furthermore, the sensor unit is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 233 trained about communication 334 the received and each self-detected battery cell currents and battery cell voltages of the battery cell main monitoring unit 234 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 17 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 17 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 13 bis 16 dargestellten Batteriemoduleinrichtungen alleine durch die Ausbildungsart der Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 beziehungsweise der Sensorvorrichtung. In the 17 is the schematic diagram of a battery module device 221 shown according to a thirteenth embodiment of the invention. The in the 17 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 13 to 16 shown battery module devices alone by the training of the battery cell monitoring device 231 or the sensor device.

Die Batteriezellüberwachungsvorrichtung 231 der Batteriemoduleinrichtung 221 nach der dreizehnten Ausführungsform der Erfindung umfasst für jede der Batteriezellen 21 eine zugeordnete Batteriezellüberwachungseinheit (Batteriezellüberwachungselektronik) 233, die mit jedem der Batteriezellpole der zugeordneten Batteriezelle 21 verbunden ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Batteriezellüberwachungseinheit mit dem Bezugszeichen 233 versehen. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind dazu ausgebildet, jeweils über einen zugeordneten Zweig einer gemeinsamen Kommunikation 331 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 umfassen jeweils eine nicht separat dargestellte Sensoreinheit. Die Sensoreinheiten sind jeweils dazu ausgebildet, einen durch die zugeordnete Batteriezelle 21 fließenden Batteriezellstrom und eine entsprechende an der zugeordneten Batteriezelle 21 anliegende Batteriezellspannung zu erfassen und jeweils über einen zugeordneten Zweig der gemeinsamen Kommunikation 331 einer in dem Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. Die Ermittlungseinheit ist dazu ausgebildet, aus den erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen einen durch das Batteriemodul 27 fließenden Batteriemodulstrom und eine entsprechende an dem Batteriemodul 27 anliegende Batteriemodulspannung zu ermitteln und der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zur weiteren Auswertung bereitzustellen.The battery cell monitoring device 231 the battery module device 221 according to the thirteenth embodiment of the invention comprises for each of the battery cells 21 an associated battery cell monitoring unit (battery cell monitoring electronics) 233 connected to each of the battery cell poles of the associated battery cell 21 connected is. For simplicity of illustration, only one of the battery cell monitoring unit has been designated by the reference numeral 233 Mistake. The battery cell monitoring units 233 are designed to each have an associated branch of a common communication 331 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. The battery cell monitoring units 233 each comprise a not separately shown sensor unit. The sensor units are each designed to be replaced by the associated battery cell 21 flowing battery cell current and a corresponding to the associated battery cell 21 to detect applied battery cell voltage and in each case via an associated branch of the common communication 331 one in the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit. The determination unit is designed to determine from the detected battery cell currents and battery cell voltages through the battery module 27 flowing battery module current and a corresponding to the battery module 27 to determine the battery module voltage to be applied and the battery module monitoring unit 235 to provide for further evaluation.

In der 18 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer vierzehnten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 18 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 17 dargestellten Batteriemoduleinrichtung 221 alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet, über eine jeweils zugeordnete Kommunikation 332 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 332 mit dem Bezugszeichen 332 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, die erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen jeweils über die zugeordnete Kommunikation 332 der in der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellten Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 18 is the schematic diagram of a battery module device 221 according to a fourteenth embodiment of the invention. The in the 18 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 17 shown battery module device 221 solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 designed to have a respective assigned communication 332 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 332 with the reference number 332 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are designed accordingly to the detected battery cell currents and battery cell voltages respectively via the associated communication 332 in the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit.

In der 19 ist das Prinzipschaltbild einer Batteriemoduleinrichtung 221 nach einer fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in der 19 dargestellte Batteriemoduleinrichtung 221 unterscheidet sich gegenüber der in den 18 dargestellten Batteriemoduleinrichtung alleine dadurch, dass die Batteriezellüberwachungseinheiten 233 dazu ausgebildet sind, untereinander über Kommunikationen 333 jeweils zu kommunizieren. Ferner ist die direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundene Batteriezellüberwachungseinheit 233 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 mit der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 zu kommunizieren. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde nur eine der Kommunikationen 333 mit dem Bezugszeichen 333 versehen. Die Sensoreinheiten der Batteriezellüberwachungseinheiten 233 sind entsprechend dazu ausgebildet, jeweils über eine zugeordnete Kommunikation 333 die von den ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 vorherig angeordneten Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen zu empfangen und/oder über eine weitere zugeordnete Kommunikation 333 die empfangenen und/oder die jeweils selbst erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen einer ausgehend von dem positiven Batteriemodulpol 222 nächsten Sensoreinheit bereitzustellen. Ferner ist die Sensoreinheit der direkt mit dem negativen Batteriemodulpol 223 verbundenen Batteriezellüberwachungseinheit 233 dazu ausgebildet, über die Kommunikation 334 die empfangenen und die jeweils selbst ermittelten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen der in der Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellte Ermittlungseinheit bereitzustellen. In the 19 is the schematic diagram of a battery module device 221 according to a fifteenth embodiment of the invention. The in the 19 illustrated battery module device 221 differs from the one in the 18 shown battery module device solely by the fact that the battery cell monitoring units 233 are trained to communicate with each other via communications 333 each communicate. Furthermore, it is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 233 trained about communication 334 with the battery module monitoring unit 235 to communicate. To simplify the presentation, only one of the communications became 333 with the reference number 333 Mistake. The sensor units of the battery cell monitoring units 233 are trained accordingly, in each case via an associated communication 333 that of the starting from the positive battery module pole 222 previously received sensor units to receive detected battery cell currents and battery cell voltages and / or via a further associated communication 333 the received and / or the respective self-detected battery cell currents and battery cell voltages one from the positive Batteriemodulpol 222 to provide next sensor unit. Furthermore, the sensor unit is directly connected to the negative battery module pole 223 connected battery cell monitoring unit 233 trained about communication 334 the received and each self-determined battery cell currents and battery cell voltages of the battery module monitoring unit 235 to provide arranged and not separately shown detection unit.

Die Kommunikationen 330, 331, 332, 333, 334 können drahtverbunden sein und beispielsweise als CAN-Bussystem und/oder Flex-Rey-Bussystem ausgebildet sein. Auch können die Kommunikationen 330, 331, 332, 333, 334 drahtlos sein und beispielsweise als Bluetooth-Funkübertragung ausgebildet sein. The communications 330 . 331 . 332 . 333 . 334 may be wire-connected and designed, for example, as a CAN bus system and / or Flex Rey bus system. Also, the communications can 330 . 331 . 332 . 333 . 334 be wireless and be designed for example as a Bluetooth radio transmission.

Um mit der in den 13 bis 19 dargestellten Anordnungen eine Impedanzspektroskopie durchführen zu können, müssen entweder der Leistungshalbleiter 321 in der Schnellentladevorrichtung 320 oder mindestens einer der Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 202 der Vollbrückenschaltung so ausgelegt sein, dass dieser Leistungshalbleiter im aktiven Bereich betrieben werden kann. Um ein Leistungshalbleiter im aktiven Bereich betreiben können, muss die Ansteuervorrichtung auch bei jeder dieser Batteriezelleinrichtungen 221 so ausgelegt sein, dass sie den mindestens einen für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegten Leistungshalbleiter linear ansteuern kann. To deal with in the 13 to 19 shown arrangements to perform an impedance spectroscopy, either the power semiconductor 321 in the quick-discharger 320 or at least one of the power semiconductors 291 . 292 . 301 . 202 the full bridge circuit be designed so that this power semiconductor can be operated in the active area. In order to operate a power semiconductor in the active area, the drive device must also in each of these battery cell devices 221 be designed so that it can drive the at least one designed for operation in the active region power semiconductor linearly.

Mittels des mindestens einen im aktiven Bereich ansteuerbaren Leistungshalbleiters der Leistungshalbleiter 291, 292, 301, 202, 321 kann auch hier eine Stromregelung realisiert werden. Mit Hilfe des aktiv betriebenen Leistungshalbleiters wird dann ein linear arbeitendes Stellglied bereitgestellt, mit dessen Hilfe auch hier ein Stromregelkreis für den Strom, der durch das Batteriemodul 27 fließt, realisiert wird. Diesem Strom kann gegebenenfalls noch ein externer Strom (Bypassstrom) überlagert sein, welcher zwischen den Batteriemodulterminals 224, 225 direkt durch die Leistungshalbleiter der Vollbrückenschaltung fließt, ohne über das Batteriemodul 27 geleitet zu werden. By means of the at least one activatable in the active region power semiconductor of the power semiconductors 291 . 292 . 301 . 202 . 321 can also be realized here a current control. With the help of the actively operated power semiconductor, a linearly operating actuator is then provided, with the aid of which a current control circuit for the current passing through the battery module 27 flows, is realized. If necessary, an external current (bypass current), which is located between the battery module terminals, can be superimposed on this current 224 . 225 flows directly through the power semiconductors of the full bridge circuit, without the battery module 27 to be guided.

Falls einer der direkt mit dem positiven Batteriemodulpol 222 verbundenen Leistungshalbleiterschalter 291, 301 der Vollbrückenschaltung für den Betrieb im aktiven Bereich (Aktivbetrieb) ausgelegt ist, kann das Batteriemodul 27 gegebenenfalls über die direkt mit dem negativen Batteriemodul 223 verbundenen Leistungshalbleiterschalter 292, 302 der Vollbrückenschaltung im Strombypass für die Führung der externen Ströme (Bypassströme) betrieben werden, oder umgekehrt, falls einer der direkt mit dem negativen Batteriemodul 223 verbundenen Leistungshalbleiterschalter 292, 302 der Vollbrückenschaltung für die Impedanzspektroskopie genutzt wird.If one of the directly with the positive Batteriemodulpol 222 connected power semiconductor switch 291 . 301 the full bridge circuit is designed for operation in the active area (active operation), the battery module 27 optionally via the directly to the negative battery module 223 connected power semiconductor switch 292 . 302 the full bridge circuit in the current bypass for the management of external currents (bypass currents) are operated, or vice versa, if one of the directly with the negative battery module 223 connected power semiconductor switch 292 . 302 the full bridge circuit is used for the impedance spectroscopy.

Zur Durchführung der Impedanzspektroskopie wird auch hier dem mittels des mindestens einen im aktiven Bereich betriebenen Leistungshalbleiters realisierten Stromregelkreis als Sollwertvorgabe für den Batteriemodulstrom in sinnvoller Weise ein sinusförmiger Stromverlauf vorgegeben. Zur Erfassung des Batteriemodulstromes und der Spannungsantwort des entsprechenden Batteriemoduls 27 wird die genannte und nicht separat dargestellte Sensorvorrichtung (Sensorik) der entsprechenden Batteriemoduleinrichtung 221 eingesetzt. Bei allen in den 13 bis 19 dargestellten Anordnungen kann aus der Amplitude des Verlaufes der Batteriezellstromes, der Phasenverschiebung, und der Amplitude der Spannungsantwort des Batteriemoduls 27 der komplexe Innenwiderstand des Batteriemoduls 27 über der Frequenz bevorzugt jeweils mittels einer in der entsprechenden Batteriemodulüberwachungseinheit 235 angeordneten und nicht separat dargestellten Zustandsermittlungsvorrichtung der entsprechenden Batteriemoduleinrichtung (Batteriezellzustandserkennung und -prädiktion) 221 bestimmt und/oder aufgezeichnet werden. Aus dem Verlauf der Impedanz über der Frequenz können wichtige Informationen über den Batteriemodulzustand gewonnen werden. To carry out the impedance spectroscopy, the current control loop implemented by means of the at least one power semiconductor operated in the active region is also given a sinusoidal current profile as a setpoint value for the battery module current in a meaningful manner. For detecting the battery module current and the voltage response of the corresponding battery module 27 is the said sensor device (sensor) of the corresponding battery module device, not shown separately 221 used. At all in the 13 to 19 The arrangements shown can be based on the amplitude of the course of the battery cell current, the phase shift, and the amplitude of the voltage response of the battery module 27 the complex internal resistance of the battery module 27 preferably over the frequency in each case by means of one in the corresponding battery module monitoring unit 235 arranged and not separately shown state detection device of the corresponding battery module device (battery cell state detection and prediction) 221 determined and / or recorded. From the course of the impedance over the frequency important information about the battery module state can be obtained.

Durch die erfindungsgemäße Batteriemoduleinrichtungen 221 nach der zweiten bis fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung (die in den 6 bis 19 dargestellten Anordnungen) kann mittels einer Impedanzspektroskopie der komplexe Innenwiderstand des Batteriemoduls 27 über der Frequenz bestimmt und/oder aufgezeichnet werden. Aus dem Verlauf der Impedanz über der Frequenz können wichtige Informationen über den Batteriemodulzustand gewonnen werden. Beispielsweise kann aus dem Verlauf der Impedanz über der Frequenz auch erkannt werden, wenn die beiden Elektroden der Batteriezellen 21 des Batteriemoduls 27 asymmetrisch altern.By the battery module devices according to the invention 221 according to the second to fifteenth embodiments of the invention (incorporated in the 6 to 19 illustrated arrangements) can by means of impedance spectroscopy, the complex internal resistance of the battery module 27 determined and / or recorded over the frequency. From the course of the impedance over the frequency important information about the battery module state can be obtained. For example, from the course of the impedance over the frequency can also be detected when the two electrodes of the battery cells 21 of the battery module 27 age asymmetrically.

Dieser Alterungseffekt kann über eine Kapazitätsmessung des Batteriemoduls 27 nicht oder nur sehr bedingt festgestellt werden. Wenn das Batteriemodul 27 aus Lithium-Ionen-Batteriezellen besteht, kann eine schnellere Alterung der Anode der Batteriezellen 21, die bei Vorliegen einer schnelleren als erwartet fortschreitenden Kapazitätsminderung erkannt werden kann, beispielsweise dazu führen, dass der Ladestromgrenzwert für die Vermeidung von Lithiumablagerung (Lithium-Plating) zu hoch angesetzt wird, und das Lithium-Ionen-Batteriemodul auch bei Strömen unterhalb des ermittelten Grenzwertes schon eine Lithiumablagerung (Lithium-Plating) in den Batteriezellen 21 aufweist. Dies kann dann ein Wachstum von batteriezellintern liegenden Dendriten bewirken, was zu einer Beschädigung des Separators der betroffenen Lithium-Ionen-Batteriezellen 21 des Lithium-Ionen-Batteriemoduls 27 führen kann, die einen batteriezellintern liegenden elektrischen Kurzschluss und dadurch auch einen batteriemodulintern liegenden elektrischen Kurzschluss hervorrufen kann. Infolge eines solchen batteriemodulintern liegenden Kurzschlusses kann eine lokale Erwärmung der betroffenen Batteriezelle und dadurch auch eine lokale Erwärmung des entsprechenden Batteriemoduls auftreten, die zu einem thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) dieser Batteriezelle und dadurch auch des entsprechenden Batteriemoduls führen kann.This aging effect can be achieved by measuring the capacitance of the battery module 27 not or only conditionally determined. If the battery module 27 consists of lithium-ion battery cells, a faster aging of the anode of the battery cells 21 which may be detected in the event of a capacity decrease that is faster than expected, for example, causing the lithium-plating charge current limit to be set too high, and the lithium-ion battery module, even at currents below the determined limit even a lithium deposit (lithium plating) in the battery cells 21 having. This may then cause growth of battery cell internal dendrites, resulting in damage to the separator of the affected lithium ion battery cells 21 of the lithium-ion battery module 27 can cause a battery cell internal lying electrical short circuit and thereby also a batteriemodulintern lying electrical short circuit. As a result of such a battery module lying inside short circuit local heating of the affected battery cell and thereby also a local heating of the corresponding battery module can occur, which can lead to a thermal runaway (thermal runaway) of this battery cell and thereby also the corresponding battery module.

Mit den erfindungsgemäßen Batteriemoduleinrichtungen 221 nach der zweiten bis fünfzehnten Ausführungsform der Erfindung (die in den 6 bis 19 dargestellten Anordnungen) kann bei geeigneter Auslegung der Ansteuervorrichtung bezüglich der Ansteuerung der Leistungshalbleiter und der zur Erfassung des Batteriemodulstroms und der Batteriemodulspannung eingesetzten Sensorvorrichtung (Sensorik) auf sehr einfache Art und Weise eine Impedanzspektroskopie durchgeführt werden. Damit stehen der Zustandsermittlungsvorrichtung wesentlich bessere Informationen über den Batteriemodulzustand zur Verfügung, als es gemäß dem heutigen Stand der Technik möglich ist. Diese Information kann genutzt werden, um die Qualität der Batteriezustandserkennung und -prädiktion zu verbessern und/oder die Sicherheit eines Batteriemoduls 27 beziehungsweise eines Batteriesystems mit einer Batterie mit mehreren solchen Batteriemodulen 27 zu erhöhen.With the battery module devices according to the invention 221 according to the second to fifteenth embodiments of the invention (incorporated in the 6 to 19 shown arrangements) can be carried out with a suitable design of the drive device with respect to the control of the power semiconductor and the sensor device used for detecting the battery module current and the battery module voltage (sensor) in a very simple manner an impedance spectroscopy. Thus, much better information about the battery module state is available to the state determination device than is possible according to the current state of the art. This information can be used to improve the quality of the battery state detection and prediction and / or the safety of a battery module 27 or a battery system with a battery having a plurality of such battery modules 27 to increase.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 19 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 to 19 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 (13)

Batteriemoduleinrichtung (221) mit einem Batteriemodul (27) mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen (21) und einer Überwachungsvorrichtung (230) zum Überwachen des Zustandes des Batteriemoduls (27), dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung (230) eine Aktorvorrichtung (260), die dazu ausgelegt ist, einen Impedanzspektroskopiemodus (275) der Batteriemoduleinrichtung (221) zu aktivieren, in dem das Batteriemodul (27) zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie mit Messströmen beaufschlagt werden kann, die Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, und ferner eine Sensorvorrichtung (240) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Messströme und die entsprechenden, als Antwort auf die Messströme auftretenden Batteriemodulspannungen als Messspannungen derartig zu messen, dass aus den Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt werden kann.Battery module device ( 221 ) with a battery module ( 27 ) with a plurality of serially and / or parallel connected battery cells ( 21 ) and a monitoring device ( 230 ) for monitoring the state of the battery module ( 27 ), characterized in that the monitoring device ( 230 ) an actuator device ( 260 ), which is adapted to an impedance spectroscopy mode ( 275 ) of the battery module device ( 221 ), in which the battery module ( 27 ) can be acted upon to carry out an impedance spectroscopy with measuring currents comprising alternating currents with different frequencies, and also a sensor device ( 240 ), which is designed to measure the measurement currents and the corresponding battery module voltages occurring in response to the measurement currents as measurement voltages in such a way that a complex impedance of the battery module can be determined from the measured values of the measurement currents and the measurement voltages. 27 ) can be determined as a function of the frequency of the measuring currents within predetermined tolerance limits. Batteriemoduleinrichtung (221) nach Anspruch 1, wobei die Sensorvorrichtung (240) dazu ausgebildet ist, die Messströme und die Messspannungen innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen gleichzeitig und/oder jeweils mit einer vorbestimmten Widerholungsrate zu messen und/oder die Messungen der Messströme und der Messspannungen jeweils mit einer vorbestimmten Messgenauigkeit durchzuführen.Battery module device ( 221 ) according to claim 1, wherein the sensor device ( 240 ) is designed to measure the measurement currents and the measurement voltages within predetermined tolerance limits simultaneously and / or in each case at a predetermined repetition rate and / or to carry out the measurements of the measurement currents and the measurement voltages in each case with a predetermined measurement accuracy. Batteriemoduleinrichtung (221) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Sensorvorrichtung (240) dazu ausgebildet ist, die Messströme und die Messspannungen zu erfassen und/oder zur Messung der Messströme und der Messspannungen die durch eine jede der Batteriezellen (21) im Impedanzspektroskopiemodus (75) fließenden Batteriezellströme und die an einer jeden der Batteriezellen (21) im Impedanzspektroskopiemodus (75) anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen und aus den im Impedanzspektroskopiemodus erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen die Messströme und die Messspannungen zu ermitteln.Battery module device ( 221 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the sensor device ( 240 ) is designed to detect the measuring currents and the measuring voltages and / or for measuring the measuring currents and the measuring voltages that are generated by each of the battery cells ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 75 ) flowing battery cell currents and at each of the battery cells ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 75 ) to detect applied battery cell voltages and to determine the measured currents and the measured voltages from the battery cell currents and battery cell voltages detected in the impedance spectroscopy mode. Batteriemoduleinrichtung (221) nach Anspruch 3, wobei die Sensorvorrichtung (240) eine Sensoreinheit umfasst, die mehreren der Batteriezellen (21) oder allen Batteriezellen (21) zugeordnet und dazu ausgebildet ist, die durch eine jede der zugeordneten Batteriezellen (21) im Impedanzspektroskopiemodus (75) fließenden Batteriezellströme und die an einer jeden der zugeordneten Batteriezellen (21) im Impedanzspektroskopiemodus (75) anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen, und/oder die Sensorvorrichtung (240) für mindestens eine der Batteriezellen (22) jeweils eine zugeordnete Sensoreinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die durch die zugeordnete Batteriezelle (21) im Impedanzspektroskopiemodus (75) fließenden Batteriezellströme und die an der zugeordneten Batteriezellen (21) im Impedanzspektroskopiemodus (275) anliegenden Batteriezellspannungen zu erfassen, und/oder die Sensorvorrichtung (240) eine Ermittlungseinheit umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Messströme und die Messspannungen aus den im Impedanzspektroskopiemodus (75) erfassten Batteriezellströmen und Batteriezellspannungen zu ermitteln. Battery module device ( 221 ) according to claim 3, wherein the sensor device ( 240 ) comprises a sensor unit which comprises a plurality of battery cells ( 21 ) or all battery cells ( 21 ) and is adapted to be connected through each of the associated battery cells ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 75 ) flowing battery cell currents and at each of the associated battery cells ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 75 ) to detect adjacent battery cell voltages, and / or the sensor device ( 240 ) for at least one of the battery cells ( 22 ) each comprise an associated sensor unit which is adapted to be replaced by the associated battery cell ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 75 ) flowing battery cell currents and at the associated battery cells ( 21 ) in impedance spectroscopy mode ( 275 ) to detect adjacent battery cell voltages, and / or the sensor device ( 240 ) comprises a determination unit which is designed to detect the measurement currents and the measurement voltages from those in the impedance spectroscopy mode ( 75 ) detected battery cell currents and battery cell voltages. Batteriemoduleinrichtung (221) nach Anspruch 4, wobei die Sensoreinheit oder mindestens eine der Sensoreinheiten dazu ausgebildet ist, zur Übertragung der von mittels der Sensoreinheit oder zur Übertragung der von mittels mindestens einer der Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen mit der Ermittlungsvorrichtung zu kommunizieren, und/oder mindestens zwei der Sensoreinheiten dazu ausgebildet sind, zur Übertragung der von mittels mindestens einer der Sensoreinheiten erfassten Batteriezellströme und Batteriezellspannungen untereinander zu kommunizieren. Battery module device ( 221 ) according to claim 4, wherein the sensor unit or at least one of the sensor units is adapted to communicate with the detection device for transmitting the by means of the sensor unit or for transmitting the detected by at least one of the sensor units battery cell currents and battery cell voltages, and / or at least two of Sensor units are adapted to communicate with each other for the transmission of the detected by at least one of the sensor units battery cell currents and battery cell voltages. Batteriemoduleinrichtung (221) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung (230) eine Zustandsermittlungsvorrichtung (250) umfasst, die dazu ausgebildet ist, anhand einer Auswertung der von der Sensorvorrichtung (240) bereitgestellten Messwerte der Messströme und Messspannungen die Amplituden der Messströme und der Messspannungen sowie die Phasenverschiebungen zwischen den Messströmen und den entsprechenden Messspannungen zu bestimmen, aus den bestimmten Amplituden und Phasenverschiebungen die komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb der vorbestimmten Toleranzgrenzen zu bestimmen, die komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme aufzuzeichnen, und die Abhängigkeit der komplexen Impedanz von der Frequenz der Messströme vorzugsweise zur Gewinnung von Informationen über einen aktuellen oder künftigen Batteriemodulzustand auszuwerten.Battery module device ( 221 ) according to one of the preceding claims, wherein the monitoring device ( 230 ) a state determination device ( 250 ), which is designed to be evaluated by means of an evaluation of the sensor device ( 240 ) to determine the amplitudes of the measuring currents and the measuring voltages as well as the phase shifts between the measuring currents and the corresponding measuring voltages, from the determined amplitudes and phase shifts the complex impedance of the battery module ( 27 ) depending on the frequency of the measurement currents within the predetermined tolerance limits, the complex impedance of the battery module ( 27 ) in response to the frequency of the measurement currents, and to evaluate the dependence of the complex impedance on the frequency of the measurement currents, preferably for obtaining information about a current or future battery module state. Batteriemoduleinrichtung (221) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Überwachungsvorrichtung (230) eine Schnellentladevorrichtung (320) umfasst, die zum Entladen des Batteriemoduls (27) mit einem vorbestimmten Entladestrom vorgesehen ist und einen mit den Batteriemodulpolen (222, 223) verbundenen Leistungshalbleiter (321) aufweist, und/oder eine erste Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals (224, 225) anliegenden Spannung, die der Batteriespannung in positiver Orientierung oder einer Spannung von 0 V entspricht, vorgesehen ist und eine Halbbrücke (290) mit zwei Leistungshalbleitern (291, 292), die jeweils mit einem anderen der Batteriemodulpole (222, 223) direkt verbunden sind, aufweist, und/oder eine zweite Spannungseinstellungsvorrichtung umfasst, die zum Einstellen einer an den Batteriemodulterminals (224, 225) anliegenden Spannung, die der Batteriemodulspannung in positiver oder negativer Orientierung entspricht, vorgesehen ist und zwei Halbbrücken (290, 300) mit jeweils zwei Leistungshalbleitern (291, 292, 301, 302), die jeweils mit einem anderen der Batteriemodulpole (222, 223) direkt verbunden sind, aufweist, wobei der Leistungshalbleiter (321) der Schnellentladevorrichtung (320) und/oder mindestens einer der Leistungshalbleiter (291, 292, 301, 302) der ersten oder der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt sind und die Überwachungsvorrichtung (230) weiter eine Ansteuervorrichtung umfasst, die dazu ausgebildet ist, im aktivierten Impedanzspektroskopiemodus (275) den entsprechend ausgelegten Leistungshalbleiter (321) der Schnellentladevorrichtung (320) und/oder den mindestens einen entsprechend ausgelegten Leistungshalbleiter (291, 292, 301, 302) der ersten und/oder der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung im aktiven Bereich und als linear arbeitendes Stellglied zu betreiben, mittels dem ein Regelkreis zur Regelung eines durch das Batteriemodul (27) fließenden Stroms realisierbar ist, wobei dem Regelkreis als Sollwertvorgabe für die Messströme, mit denen das Batteriemodul (27) in dem Impedanzspektroskopiemodus (275) beaufschlagt werden kann, sinusförmige Stromverläufe bei unterschiedlichen Frequenzen vorgebbar sind.Battery module device ( 221 ) according to one of the preceding claims, wherein the monitoring device ( 230 ) a quick discharge device ( 320 ) for discharging the battery module ( 27 ) is provided with a predetermined discharge current and one with the battery module poles ( 222 . 223 ) connected power semiconductors ( 321 ), and / or comprises a first voltage setting device, which is used to set a signal to the battery module ( 224 . 225 ) applied voltage, the battery voltage in positive orientation or a voltage of 0 V corresponds, is provided and a half-bridge ( 290 ) with two power semiconductors ( 291 . 292 ), each with a different one of the battery module poles ( 222 . 223 ), and / or comprises a second voltage setting device, which is used to set a signal to the battery module terminals ( 224 . 225 ) voltage corresponding to the battery module voltage in positive or negative orientation is provided, and two half-bridges ( 290 . 300 ) each with two power semiconductors ( 291 . 292 . 301 . 302 ), each with a different one of the battery module poles ( 222 . 223 ) are directly connected, wherein the power semiconductor ( 321 ) of the quick discharge device ( 320 ) and / or at least one of the power semiconductors ( 291 . 292 . 301 . 302 ) of the first or the second voltage setting device are designed for operation in the active region and the monitoring device ( 230 ) further comprises a drive device, which is designed to operate in the activated impedance spectroscopy mode ( 275 ) the correspondingly designed power semiconductor ( 321 ) of the quick discharge device ( 320 ) and / or the at least one appropriately designed power semiconductor ( 291 . 292 . 301 . 302 ) of the first and / or the second voltage adjustment device in the active region and to operate as a linearly operating actuator, by means of which a control circuit for controlling a by the battery module ( 27 ) is realizable, wherein the control circuit as setpoint specification for the measuring currents with which the battery module ( 27 ) in the impedance spectroscopy mode ( 275 ) can be acted upon, sinusoidal current waveforms can be specified at different frequencies. Batteriemoduleinrichtung (221) nach Anspruch 7, wobei der mit dem positiven Batteriemodulpol (223) direkt verbundene Leistungshalbleiter (291) der ersten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt ist und der mit dem negativen Batteriemodulpol (223) direkt verbundene Leistungshalbleiter (292) der ersten Spannungseinstellungsvorrichtung zum Leiten eines über einen batteriemodulextern liegenden Strompfad zwischen den Batteriemodulterminals (224, 225) fließenden externen Stromes vorgesehen ist, oder wobei mindestens einer der zwei mit dem positiven Batteriemodulpol (224) oder dem negativen Batteriemodulpol (225) direkt verbundenen Leistungshalbleiter (291, 301, 292, 302) der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung für den Betrieb im aktiven Bereich ausgelegt ist und die zwei mit dem negativen Batteriemodulpol (224) oder dem positiven Batteriemodulpol (225) direkt verbundenen Leistungshalbleiter (291, 301, 292, 302) der zweiten Spannungseinstellungsvorrichtung zum Leiten eines über einen batteriemodulextern liegenden Strompfad zwischen den Batteriemodulterminals (224, 225) fließenden externen Stromes vorgesehen sind.Battery module device ( 221 ) according to claim 7, wherein the one with the positive battery module pole ( 223 ) directly connected power semiconductors ( 291 ) of the first voltage setting device is designed for operation in the active area and the negative battery module pole ( 223 ) directly connected power semiconductors ( 292 ) of the first voltage setting device for conducting a current path, which is external to a battery module, between the battery module terminals ( 224 . 225 ) or at least one of the two is connected to the positive battery module pole ( 224 ) or the negative battery module pole ( 225 ) directly connected power semiconductors ( 291 . 301 . 292 . 302 ) of the second voltage setting device is designed for operation in the active area and the two are connected to the negative battery module pole ( 224 ) or the positive battery module pole ( 225 ) directly connected power semiconductors ( 291 . 301 . 292 . 302 ) of the second voltage setting device for conducting a current path that is external to a battery module between the battery module terminals ( 224 . 225 ) are provided flowing external current. Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz eines in einer Batteriemoduleinrichtung (221) angeordneten Batteriemoduls (27) mit mehreren seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (27) in einem mittels einer in der Batteriemoduleinrichtung (221) angeordneten Aktorvorrichtung (260) aktivierten Impedanzspektroskopiemodus (275) der Batteriemoduleinrichtung (221) betrieben wird, in dem das Batteriemodul (27) zur Durchführung einer Impedanzspektroskopie des Batteriemoduls (27) mit Messströmen beaufschlagt wird, die Wechselströme mit unterschiedlichen Frequenzen umfassen, und die Messströme und die entsprechenden, durch die Messströme entstandenen Batteriemodulspannungen als Messspannungen derartig mittels einer in der Batteriemoduleinrichtung (221) angeordneten Sensorvorrichtung (240) gemessen werden, dass aus den mittels der Sensorvorrichtung (240) bereitgestellten Messwerten der Messströme und der Messspannungen eine aktuelle komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt wird.Method for determining a complex impedance of a battery module device ( 221 ) arranged battery module ( 27 ) with a plurality of serially and / or parallel connected battery cells ( 21 ), characterized in that the battery module ( 27 ) in one by means of one in the battery module device ( 221 ) arranged actuator device ( 260 ) activated impedance spectroscopy mode ( 275 ) of the battery module device ( 221 ), in which the battery module ( 27 ) for performing an impedance spectroscopy of the battery module ( 27 ) is supplied with measuring currents which comprise alternating currents with different frequencies, and the measuring currents and the corresponding battery module voltages resulting from the measuring currents are in the form of measuring voltages in such a way in the battery module device ( 221 ) arranged sensor device ( 240 ) can be measured that from the means of the sensor device ( 240 ) provided measured values of the measuring currents and the measuring voltages a current complex impedance of the battery module ( 27 ) is determined as a function of the frequency of the measuring currents within predetermined tolerance limits. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Messströme und die Messspannungen innerhalb von vorbestimmten Toleranzgrenzen gleichzeitig und/oder jeweils mit einer vorbestimmten Widerholungsrate mittels der Sensorvorrichtung (240) gemessen werden und/oder die Messungen der Messströme und der Messspannungen jeweils mit einer vorbestimmten Messgenauigkeit mittels der Sensorvorrichtung durchgeführt werden.The method of claim 9, wherein the measurement currents and the measurement voltages within predetermined tolerance limits simultaneously and / or in each case with a predetermined repetition rate by means of the sensor device ( 240 ) and / or the measurements of the measurement currents and the measurement voltages are each performed with a predetermined measurement accuracy by means of the sensor device. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei mittels einer in der Batteriemodulleinrichtung (221) angeordnete Zustandsermittlungsvorrichtung (250) anhand einer Auswertung der von der Sensorvorrichtung (250) bereitgestellten Messwerte der Messströme und Messspannungen die Amplituden der Messströme und der Messspannungen sowie die Phasenverschiebungen zwischen den Messströmen und den entsprechenden bestimmt werden, aus den bestimmten Amplituden und Phasenverschiebungen die komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme innerhalb der vorbestimmten Toleranzgrenzen bestimmt wird, die komplexe Impedanz des Batteriemoduls (27) in Abhängigkeit von der Frequenz der Messströme insbesondere aufgezeichnet wird, und die Abhängigkeit der komplexen Impedanz des Batteriemoduls (27) von der Frequenz der Messströme vorzugsweise zur Gewinnung von Informationen über einen aktuellen oder künftigen Batteriemodulzustand ausgewertet wird.Method according to one of claims 9 or 10, wherein by means of one in the battery module device ( 221 ) state detecting device ( 250 ) based on an evaluation of the of the sensor device ( 250 ) provided measured values of the measuring currents and measuring voltages, the amplitudes of the measuring currents and the measuring voltages and the phase shifts between the measuring currents and the corresponding determined from the determined amplitudes and phase shifts the complex impedance of the battery module ( 27 ) is determined as a function of the frequency of the measuring currents within the predetermined tolerance limits, the complex impedance of the battery module ( 27 ) is recorded as a function of the frequency of the measuring currents, and the dependence of the complex impedance of the battery module ( 27 ) is preferably evaluated by the frequency of the measurement currents for obtaining information about a current or future battery module state. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in dem Impedanzspektroskopiemodus (275) mindestens ein in der Batteriemoduleinrichtung (221) angeordneter und mit den Batteriemodulpolen (223, 224) verbindbarer Leistungshalbleiter (291, 292, 301, 302, 321) im aktiven Bereich betrieben und mit den Batteriemodulpolen (223, 224) derartig verbunden wird, dass der mindestens eine Leistungshalbleiter (291, 292, 301, 302, 321) ein linear arbeitendes Stellglied ausbildet, mittels dem ein Regelkreis zur Regelung eines durch das Batteriemodul (27) fließenden Stroms realisiert wird, wobei dem Regelkreis als Sollwertvorgabe für die Messströme, mit denen das Batteriemodul (27) in dem Impedanzspektroskopiemodus (275) beaufschlagt wird, sinusförmige Stromverläufe bei unterschiedlichen Frequenzen vorgegeben werden.Method according to one of claims 9 to 11, wherein in the impedance spectroscopy mode ( 275 ) at least one in the battery module device ( 221 ) arranged and with the battery module poles ( 223 . 224 ) connectable power semiconductors ( 291 . 292 . 301 . 302 . 321 ) in the active area and with the battery module poles ( 223 . 224 ) is connected in such a way that the at least one power semiconductor ( 291 . 292 . 301 . 302 . 321 ) forms a linearly operating actuator, by means of which a control circuit for controlling a through the battery module ( 27 ) is realized, wherein the control loop as setpoint specification for the measuring currents with which the battery module ( 27 ) in the impedance spectroscopy mode ( 275 ) is applied, sinusoidal current waveforms are given at different frequencies. Fahrzeug mit einem Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren Batteriemoduleinrichtungen (221) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.Vehicle having a battery system with a battery having a plurality of battery module devices ( 221 ) according to one of claims 1 to 8.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017109049A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Vito Nv Device for measuring characteristics of high voltage batteries
DE102017211993A1 (en) 2017-07-13 2019-01-17 Robert Bosch Gmbh Driver unit, driver and diagnostic interface, battery cell, cell assembly and working device
DE102019200510A1 (en) 2019-01-16 2020-07-16 Audi Ag Measuring arrangement, high-voltage battery, motor vehicle and method for determining a complex impedance
DE102019202465A1 (en) * 2019-02-22 2020-08-27 Audi Ag Method for operating a battery system in a motor vehicle and a correspondingly operable battery system and motor vehicle
WO2021229000A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Analog Devices International Unlimited Company Differential electrical impedance spectroscopy
US11525865B2 (en) 2019-06-28 2022-12-13 Audi Ag Electric energy supply system having at least one cell element and motor vehicle
DE102021210298A1 (en) 2021-09-16 2023-03-16 Heimdalytics GmbH battery measurement system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
DE10338003A1 (en) * 2002-10-21 2004-05-13 Hitachi, Ltd. Battery system and method for monitoring battery status
DE102009000336A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Impedance measurement of electrochemical energy storage in vehicles
AT510877A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-15 Oesterreichisches Forschungs Und Pruefzentrum Arsenal Ges M B H METHOD FOR DETERMINING THE MAXIMUM LOAD CAPACITY AVAILABLE IN THE MOMENT
DE102012208426A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) An estimator for recharging batteries using the impedance response of a battery
DE102013103921A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 GM Global Technology Operations LLC Cell temperature and degradation measurement in lithium battery systems using cell voltage and current measurement and the cell impedance to temperature relation based on a signal given by the inverter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
DE10338003A1 (en) * 2002-10-21 2004-05-13 Hitachi, Ltd. Battery system and method for monitoring battery status
DE102009000336A1 (en) * 2009-01-21 2010-07-22 Robert Bosch Gmbh Impedance measurement of electrochemical energy storage in vehicles
AT510877A1 (en) * 2010-12-30 2012-07-15 Oesterreichisches Forschungs Und Pruefzentrum Arsenal Ges M B H METHOD FOR DETERMINING THE MAXIMUM LOAD CAPACITY AVAILABLE IN THE MOMENT
DE102012208426A1 (en) * 2011-05-24 2012-11-29 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) An estimator for recharging batteries using the impedance response of a battery
DE102013103921A1 (en) * 2012-05-15 2013-11-21 GM Global Technology Operations LLC Cell temperature and degradation measurement in lithium battery systems using cell voltage and current measurement and the cell impedance to temperature relation based on a signal given by the inverter

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ISO 26262

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017109049A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Vito Nv Device for measuring characteristics of high voltage batteries
CN108431618A (en) * 2015-12-22 2018-08-21 威拓股份有限公司 Equipment for the characteristic for measuring high-voltage battery
JP2019502920A (en) * 2015-12-22 2019-01-31 ヴィート エヌブイ Device for measuring the characteristics of high-voltage batteries
CN108431618B (en) * 2015-12-22 2021-03-26 威拓股份有限公司 Apparatus for measuring characteristics of high voltage battery
DE102017211993A1 (en) 2017-07-13 2019-01-17 Robert Bosch Gmbh Driver unit, driver and diagnostic interface, battery cell, cell assembly and working device
DE102019200510A1 (en) 2019-01-16 2020-07-16 Audi Ag Measuring arrangement, high-voltage battery, motor vehicle and method for determining a complex impedance
US11519968B2 (en) 2019-01-16 2022-12-06 Audi Ag Measurement arrangement, high-voltage battery, motor vehicle and method for determining a complex impedance
DE102019202465A1 (en) * 2019-02-22 2020-08-27 Audi Ag Method for operating a battery system in a motor vehicle and a correspondingly operable battery system and motor vehicle
US11525865B2 (en) 2019-06-28 2022-12-13 Audi Ag Electric energy supply system having at least one cell element and motor vehicle
WO2021229000A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Analog Devices International Unlimited Company Differential electrical impedance spectroscopy
US11415636B2 (en) 2020-05-12 2022-08-16 Analog Devices International Unlimited Company Differential electrical impedance spectroscopy
DE102021210298A1 (en) 2021-09-16 2023-03-16 Heimdalytics GmbH battery measurement system

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