DE102014018706A1 - Battery and vehicle with a battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (3), welche eine vorgegebene Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (1) und eine zentrale Batterieelektronik (4) zur Überwachung der Einzelzellen (1) umfasst. Erfindungsgemäß ist je Einzelzelle (1) eine integrierte Zellelektronik (2) zur Überwachung der zugehörigen Einzelzelle (1) vorgesehen, wobei die jeweilige integrierte Zellelektronik (2) mit der zentralen Batterieelektronik (4) koppelbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie (3).The invention relates to a battery (3) which comprises a predetermined number of individual cells (1) connected in parallel and / or in series with one another and central battery electronics (4) for monitoring the individual cells (1). According to the invention, an integrated cell electronics (2) for monitoring the associated individual cell (1) is provided for each individual cell (1), wherein the respective integrated cell electronics (2) can be coupled to the central battery electronics (4). Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a battery (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche eine vorgegebene Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen und eine Batterieelektronik zur Überwachung der Einzelzellen umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.The invention relates to a battery which comprises a predetermined number of parallel and / or series-connected individual cells and a battery electronics for monitoring the individual cells. The invention further relates to a vehicle with such a battery.

Batterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge und/oder mit Brennstoffzellen betriebene Fahrzeuge, oder für Stationäranwendungen, wie beispielsweise Stromversorger und Stromspeicher, umfassen eine Anzahl von seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und eine Batterieelektronik zur Überwachung der Einzelzellen. Zur elektrischen Verschaltung der Einzelzellen sind diese mittels elektrisch leitfähiger Zellverbinder verbunden. Elektrische Pole der Einzelzellen sind mittels stoff- und/oder formschlüssiger Verfahren aneinander befestigbar. Zudem ist der jeweilige Zellpol oder jeder Zellverbinder mit einer Zellelektronik zur Zellspannungsmessung und Überwachung sowie zum Ladungsausgleich zwischen den Einzelzellen verbunden, wobei die Zellelektronik als Platine ausgebildet und einer vorgegebenen Anzahl von Einzelzellen zugeordnet ist. Einzelne Spannungssignale sind über Leiterbahnen einen Anschlusselement zuführbar, welcher drahtgebunden mit der Batterieelektronik gekoppelt ist.Batteries for vehicle applications, in particular for electric vehicles, hybrid vehicles and / or fuel cell-powered vehicles, or for stationary applications, such as electricity supplier and power storage, comprise a number of connected in series and / or parallel single cells and battery electronics for monitoring the individual cells. For the electrical connection of the individual cells, these are connected by means of electrically conductive cell connectors. Electric poles of the individual cells can be fastened to one another by means of material and / or positive locking methods. In addition, the respective cell pole or each cell connector is connected to a cell electronics for cell voltage measurement and monitoring and for charge balance between the individual cells, the cell electronics is designed as a board and assigned to a predetermined number of individual cells. Individual voltage signals can be fed via conductor tracks to a connecting element which is connected in a wired manner to the battery electronics.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie mit einer vorgegebenen Anzahl parallel und/oder seriell miteinander verschalteter Einzelzellen und einer Batterieelektronik zur Überwachung sowie ein verbessertes Fahrzeug mit einer solchen Batterie anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved battery with a predetermined number of parallel and / or serially interconnected single cells and a battery electronics for monitoring and an improved vehicle with such a battery.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Batterie durch die in Anspruch 1 und hinsichtlich des Fahrzeuges durch die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved in terms of the battery by the in claim 1 and in terms of the vehicle by the features specified in claim 10.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Batterie umfasst eine vorgegebene Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen und eine zentrale Batterieelektronik zur Überwachung der Einzelzellen. Erfindungsgemäß umfasst die Batterie je Einzelzelle eine integrierte Zellelektronik zur Überwachung der zugehörigen Einzelzelle, wobei die jeweilige integrierte Zellelektronik mit der zentralen Batterieelektronik koppelbar ist.A battery comprises a predetermined number of parallel and / or series interconnected individual cells and a central battery electronics for monitoring the individual cells. According to the invention, the battery per individual cell comprises integrated cell electronics for monitoring the associated individual cell, wherein the respective integrated cell electronics can be coupled to the central battery electronics.

Durch die zellintegrierte Anordnung der Zellelektronik sind ein Bauraumbedarf und auch ein Montageaufwand der Batterie verringert, wodurch eine Kostenersparnis in Bezug auf die Herstellung der Batterie erzielt werden kann.The cell-integrated arrangement of the cell electronics, a space requirement and also an assembly cost of the battery are reduced, whereby a cost savings in terms of the production of the battery can be achieved.

Darüber hinaus ist es mittels der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich, eine aus dem Stand der Technik bekannte und zur Überwachung, beispielsweise zur Zellspannungsmessung, vorgesehene Platine in Abhängigkeit der Anzahl der Einzelzellen anzufertigen und anzupassen.Moreover, it is not necessary by means of the solution according to the invention to make and adapt a board known from the prior art and intended for monitoring, for example for cell voltage measurement, as a function of the number of individual cells.

In einer möglichen Ausführungsform ist die jeweilige integrierte Zellelektronik unmittelbar an oder in der jeweiligen Einzelzelle angeordnet, wobei die Zellelektronik mit der außerhalb der Einzelzelle angeordneten, zentralen Batterieelektronik verbunden ist.In one possible embodiment, the respective integrated cell electronics is arranged directly on or in the respective individual cell, the cell electronics being connected to the central battery electronics arranged outside the individual cell.

In einer möglichen Ausführungsform ist die Zellelektronik zur Überwachung mit der Batterieelektronik drahtlos verbunden. Dadurch kann in besonders vorteilhafter Weise ein Verkabelungsaufwand entfallen, wodurch eine Montagezeit und somit wiederum Kosten eingespart werden können. Darüber hinaus ist mittels der drahtlosen Verbindung zumindest das Risiko einer mechanischen Beschädigung einer Verkabelung zur Signalübertragung zwischen der jeweiligen Einzelzelle und der Batterieelektronik vermindert.In one possible embodiment, the cell electronics for monitoring with the battery electronics is wirelessly connected. As a result, a cabling effort can be eliminated in a particularly advantageous manner, whereby an assembly time and thus in turn costs can be saved. In addition, at least the risk of mechanical damage to a wiring for signal transmission between the respective individual cell and the battery electronics is reduced by means of the wireless connection.

Insbesondere ist eine im Rahmen der Überwachung mittels der Zellelektronik ermittelte Zellspannung mittels Funkwellen, Ultraschall- und/oder Infrarotwellen drahtlos an die Batterieelektronik übertragbar, wobei eine bidirektionale Signalübertragung, beispielsweise zur Übermittlung von Anweisungen, möglich ist.In particular, a cell voltage determined as part of the monitoring by means of the cell electronics can be transmitted wirelessly to the battery electronics by means of radio waves, ultrasound and / or infrared waves, bidirectional signal transmission, for example for the transmission of instructions, being possible.

Jeder Einzelzelle sind bzw. ist eine bestimmte Frequenz und/oder Wellenlänge und/oder Sende- und Empfangszeit zur Signalübertragung codiert zugeordnet, um übertragene Signale zwischen der jeweiligen Zellelektronik und der Batterieelektronik eindeutig zuordnen zu können.Each individual cell is or is associated with a specific frequency and / or wavelength and / or transmission and reception time coded for signal transmission in order to be able to unambiguously assign transmitted signals between the respective cell electronics and the battery electronics.

Die Zellelektronik zur zellbezogenen Überwachung ist in einer weiteren möglichen Ausführungsform zusätzlich zum passiven Ladungsausgleich vorgesehen. Mittels des passiven Ladungsausgleiches ist es besonders vorteilhaft möglich, eine Überladung von Einzelzellen weitestgehend auszuschließen, so dass eine Lebensdauer, insbesondere von nicht überladungsfähigen Einzelzellen, erhöht werden kann. Im Rahmen des passiven Ladungsausgleiches sind die Einzelzellen mit einem verhältnismäßig hohen Ladezustand entladbar, wobei deren entladene Energie Einzelzellen mit einem geringeren Ladezustand zuführbar ist bis alle Einzelzellen im Wesentlichen den gleichen Ladezustand aufweisen.The cell electronics for cell-related monitoring is provided in a further possible embodiment in addition to the passive charge balance. By means of the passive charge compensation, it is particularly advantageous possible to exclude an overload of individual cells as far as possible, so that a lifetime, especially of non-overloadable single cells, can be increased. In the context of passive charge equalization, the individual cells can be discharged with a relatively high state of charge, with their discharged energy being able to be supplied to individual cells with a lower charge state until all individual cells have substantially the same state of charge.

In einer Weiterbildung umfasst die Zellelektronik Kontaktelemente und ein Gehäuse, in welchem eine entsprechend ausgestaltete Elektronik zur Zellüberwachung, insbesondere zur Zellspannungsmessung und zum Ladungsausgleich, angeordnet ist, wobei jeweils ein Kontaktelement mit einem Ableiter der Einzelzelle verbunden ist. In a further development, the cell electronics comprises contact elements and a housing in which a correspondingly configured electronics for cell monitoring, in particular for cell voltage measurement and charge equalization, is arranged, wherein in each case a contact element is connected to a trap of the single cell.

In einer möglichen Ausbildung der Zellelektronik sind die Kontaktelemente, insbesondere zur formschlüssigen Fixierung an den Ableitern, klammerförmig ausgebildet. Mittels der klammerförmigen Ausbildung ist insbesondere eine Vorfixierung an den Ableitern möglich, so dass eine Handhabung, beispielsweise zur stoffschlüssigen Anordnung der Zellelektronik an den Ableitern, vereinfacht ist.In a possible embodiment of the cell electronics, the contact elements, in particular for positive fixing to the arresters, are designed in the shape of a clamp. By means of the clamp-shaped design, it is possible, in particular, to pre-fix it to the arresters, so that handling, for example, for the cohesive arrangement of the cell electronics on the arresters, is simplified.

Darüber hinaus ist die Zellelektronik über die stoffschlüssige Verbindung zwischen den die Zellpole bildenden Ableitern der Einzelzelle fest gehalten, wobei ein ungewolltes Lösen weitestgehend ausgeschlossen werden kann.In addition, the cell electronics on the cohesive connection between the cell poles forming arresters of the single cell is held firmly, with an unwanted loosening can be largely excluded.

In einer weiteren möglichen Ausbildung sind die Kontaktelemente stoffschlüssig an den Ableitern befestigt, wobei die stoffschlüssige Verbindung aufgrund der Vorfixierung vergleichsweise einfach herstellbar ist.In a further possible embodiment, the contact elements are firmly bonded to the arresters, wherein the cohesive connection is relatively easy to produce due to the prefixing.

Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.In addition, the invention relates to a vehicle with such a battery.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch ein Prinzipschaltbild einer integrierten Zellelektronik zur Zellspannungsmessung und/oder zum Ladungsausgleich, 1 schematically a block diagram of an integrated cell electronics for cell voltage measurement and / or for charge compensation,

2 schematisch ein Prinzipschaltbild elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen mit jeweils zellintegrierter Zellelektronik zur Zellspannungsmessung und einer mit den Zellelektroniken der Einzelzellen koppelbaren Batterieelektronik, 2 schematically a schematic diagram of electrically interconnected single cells each with cell-integrated cell electronics for cell voltage measurement and a coupled with the cell electronics of the individual cells battery electronics,

3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Zellelektronik zur Zellspannungsmessung, 3 schematically a perspective view of a cell electronics for cell voltage measurement,

4 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung einer Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere innenliegender, Zellelektronik, 4 1 is a schematic perspective view of an exploded view of a single cell with cell-integrated, in particular internal, cell electronics,

5 schematisch eine perspektivische Ansicht einer teilweise montierten Einzelzellen mit zellintegrierter, insbesondere innenliegender, Zellelektronik, 5 1 is a perspective view of a partially assembled single cell with cell-integrated, in particular internal, cell electronics,

6 schematisch eine perspektivische Ansicht einen vergrößerten Ausschnittes einer Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere innenliegender, Zellelektronik, 6 1 is a schematic perspective view of an enlarged detail of a single cell with cell-integrated, in particular internal, cell electronics;

7 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Einzelzelle im montierten Zustand, 7 schematically a perspective view of a single cell in the assembled state,

8 schematisch eine Schnittdarstellung der Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere innenliegender, Zellelektronik, 8th schematically a sectional view of the single cell with cell-integrated, in particular internal, cell electronics,

9 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittdarstellung der Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere innenliegender, Zellelektronik, 9 FIG. 2 schematically, an enlarged detail of the sectional view of the single cell with cell-integrated, in particular internal, cell electronics, FIG.

10 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere externer oder außen anliegender, Zellelektronik und 10 schematically a perspective view of a single cell with cell-integrated, in particular external or external, cell electronics and

11 schematisch eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle mit zellintegrierter, insbesondere externer oder außen anliegender, Zellelektronik. 11 schematically a perspective view of an enlarged section of the single cell with cell-integrated, in particular external or external adjacent cell electronics.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Einzelzelle 1 mit einer zellintegrierten Zellelektronik 2 zur Zellspannungsmessung und/oder zum passiven Ladungsausgleich. 1 shows a block diagram of a single cell 1 with a cell-integrated cell electronics 2 for cell voltage measurement and / or for passive charge compensation.

Die Einzelzelle 1 umfasst einen Pluspol 1.1 und einen Minuspol 1.2, im Weiteren als Zellpole 1.1, 1.2 bezeichnet, die mit der Zellelektronik 2 verbunden sind, wobei die Zellelektronik 2 in einem mit gestrichelter Linie dargestelltem Gehäuse 2.1 angeordnet ist.The single cell 1 includes a plus pole 1.1 and a negative pole 1.2 , hereinafter referred to as cell poles 1.1 . 1.2 referred to with the cell electronics 2 are connected, the cell electronics 2 in a housing shown with a dashed line 2.1 is arranged.

Die Zellelektronik 2 umfasst eine Zellspannungsmesseinheit 2.2, die eine Zellspannung der Einzelzelle 1 zur Zellüberwachung erfasst, wobei die Zellspannungsmesseinheit 2.2 mit einem Steuerungselement 2.3 mit einem Sender und einem Empfänger bzw. mit einem Modulator und einem Demodulator als Sende- und Empfangseinheit 2.4 verbunden ist.The cell electronics 2 comprises a cell voltage measuring unit 2.2 , which is a cell voltage of the single cell 1 detected for cell monitoring, wherein the cell voltage measuring unit 2.2 with a control element 2.3 with a transmitter and a receiver or with a modulator and a demodulator as transmitting and receiving unit 2.4 connected is.

Das Steuerungselement 2.3 ist weiterhin mit einem schaltbaren Widerstand 2.5 gekoppelt, welcher derart innerhalb der Einzelzelle 1 angeordnet ist, dass dieser wiederum thermisch mit einer Komponente der Einzelzelle 1 gekoppelt ist, welche temperierbar, insbesondere kühlbar, ist.The control element 2.3 is still with a switchable resistor 2.5 coupled, which is so within the single cell 1 is arranged that this in turn thermally with a component of the single cell 1 is coupled, which is tempered, in particular coolable, is.

Der Widerstand 2.5 ist zum passiven Ladungsausgleich zwischen Einzelzellen 1 einer in 2 mittels eines weiteren Prinzipschaltbildes dargestellten Batterie 3 vorgesehen.The resistance 2.5 is for passive charge balancing between single cells 1 one in 2 by means of another schematic diagram illustrated battery 3 intended.

Die Batterie 3 ist insbesondere eine Fahrzeugbatterie, d. h. eine Traktionsbatterie, für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.The battery 3 In particular, it is a vehicle battery, ie, a traction battery, for an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell-powered vehicle.

Im Detail zeigt 2 sechs elektrisch seriell miteinander verschaltete Einzelzellen 1, die jeweils eine solche in 1 beschriebene Zellelektronik 2 umfassen, deren jeweilige Sende- und Empfangseinheit 2.4 drahtlos mit einer zentralen Batterieelektronik 4 verbunden ist.In detail shows 2 six individual cells electrically connected in series 1 , each one such in 1 described cell electronics 2 include, their respective transmitting and receiving unit 2.4 wireless with a central battery electronics 4 connected is.

Die mittels der jeweiligen Zellspannungsmesseinheit 2.2 erfassten Signale der entsprechenden Einzelzelle 1 sind mittels der Sende- und Empfangseinheit 2.4 drahtlos über Funk-, Ultraschall- und/oder Infrarotwellen an die Batterieelektronik 4 übertragbar.The means of the respective cell voltage measuring unit 2.2 detected signals of the corresponding single cell 1 are by means of the transmitting and receiving unit 2.4 wirelessly via radio, ultrasonic and / or infrared waves to the battery electronics 4 transferable.

Die anhand der erfassten Signale ermittelten Zellspannungen werden miteinander verglichen, wobei mittels der Batterieelektronik 4 bei verhältnismäßig großen Unterschieden in Bezug auf die Zellspannungen über die drahtlose Verbindung eine Anweisung für einen sogenannten passiven Ladungsausgleich an die Einzelzellen 1 mit verhältnismäßig hoher Zellspannung gesendet wird.The cell voltages determined on the basis of the detected signals are compared with one another, whereby by means of the battery electronics 4 for comparatively large differences in cell voltages over the wireless link, an instruction for so-called passive charge balancing to the single cells 1 is sent with relatively high cell voltage.

Unter dem passiven Ladungsausgleich, d. h. einem passiven Balancing, ist zu verstehen, dass insbesondere bei nicht überladungsfähigen Einzelzellen 1, die Einzelzellen 1 mit verhältnismäßig hoher Zellspannung auf eine niedrigere Zellspannung entladen werden. Die entnommene elektrische Energie ist den Einzelzellen 1 mit verhältnismäßig niedriger Zellspannung zuführbar, so dass die Einzelzellen 1 der Batterie 3 im Wesentlichen die gleiche Zellspannung und insbesondere einen gleichen Ladezustand aufweisen.By passive charge balancing, ie passive balancing, it is to be understood that in particular in the case of non-overloadable single cells 1 , the single cells 1 be discharged to a lower cell voltage with relatively high cell voltage. The extracted electrical energy is the single cells 1 be fed with relatively low cell voltage, so that the individual cells 1 the battery 3 have substantially the same cell voltage and in particular a same state of charge.

Beim passiven Ladungsausgleich sind nur die Einzelzellen 1 mit einer höchsten Zellspannung bzw. einem höchsten Ladezustand über den schaltbaren Widerstand 2.5 um einen vorgegebenen Betrag entladbar, bis alle Einzelzellen 1 der Batterie 3 weitestgehend die gleiche Zellspannung bzw. den gleichen Ladezustand aufweisen.In passive charge balancing are only the single cells 1 with a highest cell voltage or a highest state of charge via the switchable resistor 2.5 dischargeable by a predetermined amount until all the individual cells 1 the battery 3 have largely the same cell voltage or the same state of charge.

Um die an die Batterieelektronik 4 übertragenen Signale der Einzelzellen 1 zuordnen zu können, sind die Signale entsprechend codiert. Dazu ist jeder Einzelzelle 1 eine Sende- und Empfangseinheit 2.4 zugeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist jeder Einzelzelle 1 eine bestimmte Frequenz und/oder eine bestimmte Wellenlänge zugeordnet.To the battery electronics 4 transmitted signals of the individual cells 1 To assign, the signals are coded accordingly. This is every single cell 1 a transmitting and receiving unit 2.4 assigned. Alternatively or additionally, each individual cell 1 associated with a particular frequency and / or wavelength.

Wiederum alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jede Einzelzelle 1 zur Überwachung ausschließlich ihre Zellspannung an die Batterieelektronik 4 übersendet und der passive Ladungsausgleich ohne ein zusätzliches Signal bei einem Überschreiten eines bestimmten vorgegebenen Spannungswertes mittels der Zellelektronik 2 selbst vornehmbar ist. In diesem Fall stellt die drahtlose Verbindung eine Einwegverbindung dar.Again alternatively or additionally, it may be provided that each individual cell 1 for monitoring only their cell voltage to the battery electronics 4 transmitted and the passive charge compensation without an additional signal when exceeding a certain predetermined voltage value by means of the cell electronics 2 itself is vornehmbar. In this case, the wireless connection is a one-way connection.

Der schaltbare Widerstand 2.5 der Zellelektronik 2 der jeweiligen Einzelzelle 1 ist, wie oben beschrieben, thermisch mit einer Komponente der Einzelzelle 1 gekoppelt, welche temperierbar, insbesondere kühlbar, ist. Zur Temperierung ist eine nicht gezeigte Temperiervorrichtung vorgesehen, die thermisch mit den Einzelzellen 1 verbunden ist, so dass der schaltbare Widerstand 2.5, welcher sich beim passiven Ladungsausgleich erwärmt, über die Temperiervorrichtung und die Einzelzelle 1 kühlbar ist.The switchable resistor 2.5 the cell electronics 2 the respective single cell 1 is, as described above, thermally with a component of the single cell 1 coupled, which can be tempered, in particular cooled, is. For temperature control, a temperature control, not shown, is provided which thermally with the individual cells 1 connected so that the switchable resistor 2.5 , which heats up during passive charge equalization, via the temperature control device and the single cell 1 is coolable.

Beispielsweise erfolgt die thermische Kopplung zwischen den Zellpolen 1.1, 1.2 und dem Widerstand 2.5 bei einer Zellpolkühlung oder über eine Anbindung des Widerstandes 2.5 an ein in u. a. in 7 dargestelltes Zellgehäuse 1.3 bei Temperierung, insbesondere Kühlung der Einzelzelle 1 über das Zellgehäuse 1.3.For example, the thermal coupling between the cell poles takes place 1.1 . 1.2 and the resistance 2.5 in a Zellpolkühlung or via a connection of the resistor 2.5 to a in ua in 7 illustrated cell housing 1.3 at temperature, in particular cooling of the single cell 1 over the cell case 1.3 ,

Zudem kann vorgesehen sein, dass die Zellelektronik 2 weitere Sensoren, z. B. Temperatur- und/oder Drucksensoren, umfasst, deren erfasste Signale der zentralen Batterieelektronik 4 zusätzlich zuführbar sind.In addition, it can be provided that the cell electronics 2 additional sensors, eg. As temperature and / or pressure sensors includes, whose detected signals of the central battery electronics 4 are additionally fed.

Als eine weitere Möglichkeit zur Informationsübertragung zwischen der jeweiligen Zellelektronik 2 und der Batterieelektronik 4 kann eine Aufmodulation von Signalen auf einen ohnehin bereits bestehenden Strompfad, insbesondere Hochvolt-Strompfad, vorgesehen sein.As a further possibility for information transmission between the respective cell electronics 2 and the battery electronics 4 a modulation of signals to an already existing current path, in particular high-voltage current path, can be provided.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht der mit der Batterieelektronik 4 gekoppelten Zellelektronik 2 zur Überwachung einer einzelnen Einzelzelle 1. 3 shows a perspective view of the battery with the electronics 4 coupled cell electronics 2 for monitoring a single single cell 1 ,

Die Zellelektronik 2 mit der Zellspannungsmesseinheit 2.2, der Sende- und Empfangseinheit 2.4 sowie dem schaltbaren Widerstand 2.5 ist in dem Gehäuse 2.1 geschützt angeordnet.The cell electronics 2 with the cell voltage measuring unit 2.2 , the transmitting and receiving unit 2.4 as well as the switchable resistor 2.5 is in the case 2.1 protected arranged.

Die in dem Gehäuse 2.1 angeordnete Zellelektronik 2 ist mit zwei von dem Gehäuse 2.1 seitlich abragenden Kontaktelementen 2.6 verbunden, deren freie Enden 2.6.1 klammerförmig ausgebildet sind.The in the case 2.1 arranged cell electronics 2 is with two of the case 2.1 laterally projecting contact elements 2.6 connected, whose free ends 2.6 .1 are clamp-shaped.

Ein Kontaktelement 2.6 ist mit einem einen Zellpol 1.1, 1.2 bildenden Ableiter der Einzelzelle 1 verbunden. Zum einen dienen die Kontaktelemente 2.6 einer Kopplung der Zellelektronik mit den Zellpolen 1.1, 1.2 und zum anderen zur Wärmeableitung des Widerstandes 2.5.A contact element 2.6 is one with a cell pole 1.1 . 1.2 forming arrester of the single cell 1 connected. On the one hand serve the contact elements 2.6 a coupling of the cell electronics with the cell poles 1.1 . 1.2 and on the other hand for heat dissipation of the resistor 2.5 ,

Eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung einer Einzelzelle 1 ist in 4 dargestellt. Die Einzelzelle 1 ist als sogenannte Pouchzelle ausgeführt, deren elektrochemischer Inhalt von einer Folie 1.4 eingefasst ist, wobei die die Zellpole 1.1, 1.2 bildenden Ableiter aus Blech an einer Schmalseite aus der das Zellgehäuse 1.3 bildenden Folie 1.4 herausgeführt sind.A perspective view of an exploded view of a single cell 1 is in 4 shown. The single cell 1 is designed as a so-called pouch cell whose electrochemical content of a film 1.4 is enclosed, wherein the cell poles 1.1 . 1.2 forming arrester made of sheet metal on a narrow side of the cell housing 1.3 forming film 1.4 led out.

Der elektrochemisch aktive Inhalt umfasst eine Elektrodenfolienanordnung 1.5, welche als Stapel und/oder Wickel ausgeführt sein kann. Die Elektrodenfolienanordnung 1.5 besteht aus Lagen aus Kathodenfolien und Anodenfolien, die jeweils mittels eines Separators elektrisch voneinander isoliert sind.The electrochemically active content comprises an electrode foil assembly 1.5 , which can be designed as a stack and / or winding. The electrode foil arrangement 1.5 consists of layers of cathode foils and anode foils, which are each electrically isolated from each other by means of a separator.

Die Kathodenfolien und Anodenfolien sind an mindestens einem Rand unbeschichtet und ragen als Fahnen 1.5.1 aus der Elektrodenfolienanordnung 1.5 heraus, wobei Elektrodenfolien einer Polarität miteinander verbunden, d. h. aneinander geheftet, sind.The cathode foils and anode foils are uncoated on at least one edge and protrude as flags 1.5 .1 from the electrode foil assembly 1.5 out, with electrode films of one polarity connected to each other, ie, stapled to each other are.

Diese Fahnen 1.5.1 sind mit den die Zellpole 1.1, 1.2 bildenden Ableitern, z. B. mittels Ultraschallschweißung und/oder Laserschweißung, verbindbar, wobei nach einem Einfüllen eines Elektrolyten die Folie 1.4 unter vorherrschendem Unterdruck, insbesondere in einem Heißpressvorgang, verschlossen wird. Hierzu ist eine Innenseite der Folie 1.4 mit einem Thermoplast beschichtet, der zum Verschluss der Einzelzelle 1 zumindest partiell aufschmelzbar ist.These flags 1.5 .1 are with the cell poles 1.1 . 1.2 forming arresters, z. B. by ultrasonic welding and / or laser welding, connectable, wherein after filling an electrolyte, the film 1.4 under prevailing negative pressure, in particular in a hot pressing process, is closed. This is an inside of the film 1.4 coated with a thermoplastic, which is used to seal the single cell 1 at least partially melted.

Die Ableiter sind mittels einer Siegelnaht elektrisch isoliert aus der Folie 1.4 herausgeführt und dienen als Zellpole 1.1, 1.2 einer Stromein- und einer Stromausleitung der Einzelzelle 1.The arresters are electrically insulated from the film by means of a sealed seam 1.4 led out and serve as cell poles 1.1 . 1.2 a Stromein- and a current outlet of the single cell 1 ,

Wie oben beschrieben, befindet sich die Zellelektronik 2 in dem Gehäuse 2.1 und ist über die beiden Kontaktelemente 2.6 mit den die Zellpole 1.1, 1.2 bildenden Ableitern verbunden, wie in den 5 und 6 näher dargestellt ist.As described above, there is the cell electronics 2 in the case 2.1 and is about the two contact elements 2.6 with the cell poles 1.1 . 1.2 connected to forming arresters, as in the 5 and 6 is shown in more detail.

Die klammerförmige Ausbildung der freien Enden 2.6.1 dient einer erleichterten Vorfixierung der Zellelektronik 2 an den Zellpolen 1.1, 1.2, wobei diese anschließend mittels Ultraschallschweißung und/oder Laserschweißung stoffschlüssig miteinander verbindbar sind.The clamp-shaped design of the free ends 2.6.1 serves to facilitate prefixing of cell electronics 2 at the cell poles 1.1 . 1.2 , which are then connected by means of ultrasonic welding and / or laser welding cohesively with each other.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer teilweise montierten Einzelzelle 1 mit der Zellelektronik 2 zur Überwachung derselben und in 6 ist eine perspektivische Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes der Einzelzelle 1 im Bereich der Zellpole 1.1, 1.2 gezeigt. 5 shows a perspective view of a partially assembled single cell 1 with the cell electronics 2 to monitor the same and in 6 is a perspective view of an enlarged detail of the single cell 1 in the area of the cell poles 1.1 . 1.2 shown.

Die Einzelzelle 1 im vollständig montierten Zustand und einer zellintegrierten, insbesondere intern angeordneten oder innen liegenden, Zellelektronik 2 zur Überwachung ist in einer perspektivischen Ansicht in 7 näher dargestellt.The single cell 1 in the fully assembled state and a cell-integrated, in particular internally arranged or internal, cell electronics 2 for monitoring is in a perspective view in 7 shown in more detail.

8 zeigt eine Schnittdarstellung der Einzelzelle 1 mit in dieser angeordneter Zellelektronik 2 und in 9 ist ein vergrößerter Ausschnitt der Schnittdarstellung gemäß 8 im Bereich der zellintegrierten Zellelektronik 2 zur Überwachung der Einzelzelle 1 dargestellt. 8th shows a sectional view of the single cell 1 with arranged in this cell electronics 2 and in 9 is an enlarged section of the sectional view according to 8th in the field of cell-integrated cell electronics 2 for monitoring the single cell 1 shown.

Die 10 und 11 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Anordnung der zellintegrierten Zellelektronik 2 zur Überwachung der Einzelzelle 1.The 10 and 11 show a further embodiment of the arrangement of the cell-integrated cell electronics 2 for monitoring the single cell 1 ,

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß der 10 und 11 ist die Zellelektronik 2 außen an der Einzelzelle 1 angeordnet.In the present embodiment according to the 10 and 11 is the cell electronics 2 outside on the single cell 1 arranged.

Insbesondere ist die Zellelektronik 2 außerhalb des mittels der Folie 1.4 gebildeten Zellgehäuses 1.3 an den Zellpolen 1.1, 1.2 stoffschlüssig befestigt.In particular, the cell electronics 2 outside of the film 1.4 formed cell housing 1.3 at the cell poles 1.1 . 1.2 firmly attached.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Einzelzellesingle cell
1.11.1
Pluspolpositive pole
1.21.2
Minuspolminuspol
1.31.3
Zellgehäusecell case
1.41.4
Foliefoil
1.51.5
ElektrodenfolienanordnungElectrode foil arrangement
1.5.11.5.1
FahneBanner, flag
22
Zellelektronikcell electronics
2.12.1
Gehäusecasing
2.22.2
ZellspannungsmesseinheitCell voltage measuring unit
2.32.3
Steuerungselementcontrol element
2.42.4
Sende- und EmpfangseinheitTransmitting and receiving unit
2.52.5
Widerstandresistance
2.62.6
Kontaktelementcontact element
2.6.12.6.1
freies Endefree end
33
Batteriebattery
44
Batterieelektronikbattery electronics

Claims (10)

Batterie (3), umfassend eine vorgegebene Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (1) und eine zentrale Batterieelektronik (4) zur Überwachung der Einzelzellen (1), dadurch gekennzeichnet, dass je Einzelzelle (1) eine integrierte Zellelektronik (2) zur Überwachung der zugehörigen Einzelzelle (1) vorgesehen ist, wobei die jeweilige integrierte Zellelektronik (2) mit der zentralen Batterieelektronik (4) koppelbar ist.Battery ( 3 ), comprising a predetermined number of parallel and / or serially interconnected single cells ( 1 ) and a central battery electronics ( 4 ) for monitoring the individual cells ( 1 ), characterized in that each individual cell ( 1 ) an integrated cell electronics ( 2 ) for monitoring the associated individual cell ( 1 ) is provided, wherein the respective integrated cell electronics ( 2 ) with the central battery electronics ( 4 ) can be coupled. Batterie (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zellelektronik (2) zur Überwachung mit der Batterieelektronik (4) drahtlos verbunden ist. Battery ( 3 ) according to claim 1, characterized in that the integrated cell electronics ( 2 ) for monitoring with the battery electronics ( 4 ) is wirelessly connected. Batterie (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels der integrierten Zellelektronik (2) erfasste Zellspannung mittels Funk-, Ultraschall- und/oder Infrarotwellen an die Batterieelektronik (4) übertragbar ist.Battery ( 3 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a means of the integrated cell electronics ( 2 ) detected cell voltage by means of radio, ultrasonic and / or infrared waves to the battery electronics ( 4 ) is transferable. Batterie (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einzelzelle (1) eine bestimmte Frequenz und/oder Wellenlänge und/oder Sende- und Empfangseinheit (2.4) zur Signalübertragung zugeordnet sind bzw. ist.Battery ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each individual cell ( 1 ) a particular frequency and / or wavelength and / or transmitting and receiving unit ( 2.4 ) are assigned to signal transmission or is. Batterie (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zellelektronik (2) zum passiven Ladungsausgleich ausgestattet und vorgesehen ist.Battery ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the integrated cell electronics ( 2 ) is equipped and provided for passive charge equalization. Batterie (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Widerstand (2.5) zum passiven Ladungsausgleich thermisch mit zumindest einer Komponente der Einzelzelle (1) gekoppelt ist.Battery ( 3 ) according to claim 5, characterized in that a resistor ( 2.5 ) for passive charge compensation thermally with at least one component of the single cell ( 1 ) is coupled. Batterie (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Zellelektronik (2) Kontaktelemente (2.6) umfasst und in einem Gehäuse (2.1) angeordnet ist, wobei jeweils ein Kontaktelement (2.6) mit einem Ableiter der Einzelzelle (1) verbunden ist.Battery ( 3 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the integrated cell electronics ( 2 ) Contact elements ( 2.6 ) and in a housing ( 2.1 ) is arranged, wherein in each case a contact element ( 2.6 ) with a trap of the single cell ( 1 ) connected is. Batterie (3) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (2.6), insbesondere zur formschlüssigen Fixierung an den Ableitern, klammerförmig ausgebildet sind.Battery ( 3 ) according to claim 7, characterized in that the contact elements ( 2.6 ), in particular for the positive fixing to the arresters, are clamp-shaped. Batterie (3) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (2.6) stoffschlüssig an den Ableitern befestigt sind.Battery ( 3 ) according to claim 7 or 8, characterized in that the contact elements ( 2.6 ) are firmly bonded to the arresters. Fahrzeug mit einer Batterie (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Vehicle with a battery ( 3 ) according to any one of the preceding claims.
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