DE102014204959A1 - Battery cell device with a battery cell and a temperature measuring circuit for determining the temperature of the battery cell and corresponding method - Google Patents

Battery cell device with a battery cell and a temperature measuring circuit for determining the temperature of the battery cell and corresponding method Download PDF

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DE102014204959A1 DE102014204959.8A DE102014204959A DE102014204959A1 DE 102014204959 A1 DE102014204959 A1 DE 102014204959A1 DE 102014204959 A DE102014204959 A DE 102014204959A DE 102014204959 A1 DE102014204959 A1 DE 102014204959A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Spannungsmesseinheit, die dazu vorgesehen ist, die zwischen zwei Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle anliegende Spannung zu messen, wobei jeweils ein Batteriezellmessanschluss der zwei Batteriezellmessanschlüsse der Batteriezelle einem Batteriezellpol von zwei Batteriezellpolen der Batteriezelle zugeordnet ist und mit dem zugeordneten Batteriezellpol verbunden ist. Die Batteriezelleinrichtung weist ferner eine zwischen den Batteriezellpolen und den Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle angeordnete Temperaturmessschaltung auf, die einen Kondensator und eine Schalteinheit umfasst. Dabei ist der Kondensator beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit zwischen die beiden Batteriezellmessanschlüsse geschaltet und von der Batteriezelle auf eine vordefiniere Ladespannung aufladbar. Ferner ist der Kondensator beim Vorliegen der in ihren nicht leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit über einen geschlossenen, in der Temperaturmessschaltung angeordneten und über den Kondensator verlaufenden Entladestromkreis vollständig entladbar.The present invention relates to a battery cell device having a battery cell and a voltage measuring unit, which is provided to measure the voltage applied between two battery cell measuring terminals of the battery cell voltage, wherein each battery cell measuring terminal of the two battery cell measuring terminals of the battery cell is assigned to a battery cell pole of two battery cell poles of the battery cell and with the associated battery cell pole is connected. The battery cell device further has a temperature measuring circuit arranged between the battery cell poles and the battery cell measuring terminals of the battery cell, which comprises a capacitor and a switching unit. In this case, the capacitor is connected in the presence of the switching unit connected in its conducting state between the two battery cell measuring terminals and can be charged by the battery cell to a predefined charging voltage. Furthermore, in the presence of the switching unit connected in its non-conductive state, the capacitor can be completely discharged via a closed discharge circuit arranged in the temperature measuring circuit and extending across the capacitor.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Temperaturmessschaltung zum Bestimmen der Temperatur der Batteriezelle. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einer Batteriezelle einer solchen Batteriezelleinrichtung mittels einer in der Batteriezelleinrichtung angeordneten Temperaturmessschaltung. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemanagementsystem für ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren solchen Batteriezelleinrichtungen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren wie zuvor genannten Batteriezelleinrichtungen und einem wie zuvor genannten Batteriemanagementsystem.The present invention relates to a battery cell device having a battery cell and a temperature measuring circuit for determining the temperature of the battery cell. The invention also relates to a method for determining the temperature of a battery cell of such a battery cell device by means of a temperature measuring circuit arranged in the battery cell device. Furthermore, the invention relates to a battery management system for a battery system with a battery having a plurality of such battery cell devices. Furthermore, the invention relates to a battery system with a battery having a plurality of battery cell devices as mentioned above and a battery management system as mentioned above.

Stand der TechnikState of the art

Bei den meisten Batteriesystemen werden Temperatursensoren nicht direkt an den Batteriezellen der Batterie eines Batteriesystems angebracht, sondern beispielsweise an den Batteriezellenisolatoren der Batteriezellen, die sich jeweils zwischen je zwei benachbarten Batteriezellen befinden. Die an den Batteriezellisolatoren gemessenen Temperaturen können im extremen Fall von den realen Batteriezelltemperaturen stark abweichen. Dies ist der Fall beim Vorliegen von schnell ansteigenden Batteriezelltemperaturen oder beim Vorliegen einer lokalen Temperaturentwicklung in den Batteriezellen. Die realen Batteriezelltemperaturen können von solchen an den Batteriezellisolatoren angebrachten Temperatursensoren nur zeitlich verzögert erfasst werden. Dies könnte je nach Fehler fatale Folgen haben. Beispielsweise kann das Vorliegen eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle (thermal run-away) nicht rechtzeitig erkannt werden.In most battery systems, temperature sensors are not attached directly to the battery cells of the battery of a battery system, but for example to the battery cell insulators of the battery cells, which are each between two adjacent battery cells. The temperatures measured at the battery cell insulators may in extreme cases deviate greatly from the real battery cell temperatures. This is the case in the presence of rapidly increasing battery cell temperatures or in the presence of local temperature development in the battery cells. The real battery cell temperatures can only be detected delayed by such mounted on the battery cell insulators temperature sensors. This could have fatal consequences depending on the error. For example, the presence of a thermal run-through of a battery cell can not be detected in time.

In der 1 wird ein aus dem Stand der Technik bekanntes Batteriesystem 10 dargestellt. Das Batteriesystem 10 umfasst eine Batterie 11 mit mehreren Batteriezelleinrichtungen 20, die jeweils eine Batteriezelle 21 umfassen. Die Batteriezellen 21 der Batteriezelleinrichtungen 20 sind in Reihe geschaltet. Dabei umfasst jede Batteriezelle 21 einen positiven Batteriezellpol 23 und einen negativen Batteriezellpol 24. Ferner ist der positive Batteriezellpol 23 einer Batteriezelle 21 mit dem negativen Batteriezellpol 24 einer benachbarten Batteriezelle 21 verbunden und der negative Batteriezellpol 24 derselben Batteriezelle 21 mit dem positiven Batteriezellpol 23 einer anderen benachbarten Batteriezelle 21 verbunden. Weiterhin umfasst jede Batteriezelle 21 einen Batteriezellmessanschluss 25, der mit dem positiven Batteriezellpol 23 der Batteriezelle 21 verbunden ist, und einen weiteren Batteriezellmessanschluss 26, der mit dem negativen Batteriezellpol 24 der Batteriezelle 21 verbunden ist. Jede Batteriezelleinrichtung 20 umfasst ferner eine Spannungsmesseinheit 30, die an die Batteriezellmessanschlüsse 25, 26 der Batteriezelle 21 der entsprechenden Batteriezelleinrichtung 22 angeschlossen ist und zum Messen der zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 beziehungsweise zwischen den Batteriezellpolen 23, 24 der Batteriezelle 21 der entsprechenden Batteriezelleinrichtung 20 anliegenden Spannung vorgesehen ist. Zur Vereinfachung der Darstellung wurde die Spannungsmesseinheit 30 einer einzelnen Batteriezelleinrichtung 20 dargestellt. Aus demselben Grund wurden nur die Batteriezellpole 23, 24 und die Batteriezellmessanschlüsse 25, 26 der Batteriezelle 21 dieser einzelnen Batteriezelleinrichtung 20, deren Spannungsmesseinheit 30 dargestellt wurde, mit Bezugszeichen versehen.In the 1 becomes a battery system known from the prior art 10 shown. The battery system 10 includes a battery 11 with several battery cell devices 20 , each one a battery cell 21 include. The battery cells 21 the battery cell devices 20 are connected in series. In this case, each battery cell includes 21 a positive battery cell pole 23 and a negative battery cell pole 24 , Furthermore, the positive battery cell pole 23 a battery cell 21 with the negative battery cell pole 24 an adjacent battery cell 21 connected and the negative battery cell pole 24 the same battery cell 21 with the positive battery cell pole 23 another adjacent battery cell 21 connected. Furthermore, each battery cell includes 21 a battery cell measurement port 25 that with the positive battery cell pole 23 the battery cell 21 is connected, and another battery cell measuring terminal 26 that with the negative battery cell pole 24 the battery cell 21 connected is. Each battery cell device 20 further comprises a voltage measuring unit 30 connected to the battery cell measuring terminals 25 . 26 the battery cell 21 the corresponding battery cell device 22 is connected and for measuring between the battery cell measuring terminals 25 . 26 or between the battery cell poles 23 . 24 the battery cell 21 the corresponding battery cell device 20 applied voltage is provided. To simplify the illustration, the voltage measuring unit 30 a single battery cell device 20 shown. For the same reason, only the battery cell poles became 23 . 24 and the battery cell measuring terminals 25 . 26 the battery cell 21 this single battery cell device 20 , their voltage measuring unit 30 has been shown, provided with reference numerals.

Aus dem Dokument DE 10 2011 075 361 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Temperatur einer in einer Fahrzeugbatterie angeordneten Batteriezelle bekannt. Dazu werden ein durch die Batteriezelle fließender Strom und eine über der Batteriezelle anliegende Spannung gemessen. Daraus wird der Innenwiderstand der Batteriezelle ermittelt. Aus dem ermittelten Widerstand der Batteriezelle wird auf die Temperator der Batteriezelle geschlossen. Nachteilig dabei ist, dass zur Bestimmung des Innenwiderstandes der Batteriezelle ein Strom durch die Batteriezelle fließen muss.From the document DE 10 2011 075 361 A1 For example, a method for monitoring the temperature of a battery cell arranged in a vehicle battery is known. For this purpose, a current flowing through the battery cell and a voltage applied across the battery cell voltage are measured. From this, the internal resistance of the battery cell is determined. From the determined resistance of the battery cell is closed to the temperature of the battery cell. The disadvantage here is that for determining the internal resistance of the battery cell, a current must flow through the battery cell.

Aus dem Dokument DE 10 2011 011 920 A1 ist eine Leistungsschaltung für eine Batterie bekannt. Die Leistungsschaltung umfasst eine Batterie, einen Speicherkondensator und eine Steuerschaltung, die zwischen der Batterie und dem Speicherkondensator gekoppelt ist. Die Steuerschaltung ist dazu eingerichtet, das Aufladen des Speicherkondensators von der Batterie zu ermöglichen, während eine Batteriespannung mit einem minimalen Spannungsniveau aufrechterhalten wird. Dabei wird der Speicherkondensator sehr schnell aufgeladen, wenn der Innenwiderstand der Batteriezelle niedrig ist, oder sehr langsam, wenn der Innenwiderstand der Batteriezelle hoch ist.From the document DE 10 2011 011 920 A1 is known a power circuit for a battery. The power circuit includes a battery, a storage capacitor and a control circuit coupled between the battery and the storage capacitor. The control circuit is configured to enable the charging of the storage capacitor from the battery while maintaining a battery voltage with a minimum voltage level. In this case, the storage capacitor is charged very quickly when the internal resistance of the battery cell is low, or very slowly when the internal resistance of the battery cell is high.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelleinrichtung mit einer Batteriezelle und einer Spannungsmesseinheit bereitgestellt, wobei die Spannungsmesseinheit dazu vorgesehen ist, die zwischen zwei Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle anliegende Spannung zu messen. Dabei ist jeweils ein Batteriezellmessanschluss der zwei Batteriezellmessanschlüsse einem Batteriezellpol von zwei Batteriezellpolen der Batteriezelle zugeordnet und mit dem zugeordneten Batteriezellpol verbunden. Die Batteriezelleinrichtung umfasst ferner eine zwischen den Batteriezellpolen und den Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle angeordnete Temperaturmessschaltung, die einen Kondensator und eine Schalteinheit umfasst. Ferner ist der Kondensator beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit zwischen die beiden Batteriezellmessanschlüsse geschaltet und von der Batteriezelle auf eine vordefiniere Ladespannung aufladbar. Weiterhin ist der Kondensator beim Vorliegen der in ihren nicht leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit über einen geschlossenen, in der Temperaturmessschaltung angeordneten und über den Kondensator verlaufenden Entladestromkreis vollständig entladbar.According to the invention, a battery cell device having a battery cell and a voltage measuring unit is provided, wherein the voltage measuring unit is provided to measure the voltage present between two battery cell measuring terminals of the battery cell. In each case, a battery cell measuring connection of the two battery cell measuring terminals is assigned to a battery cell pole of two battery cell poles of the battery cell and connected to the associated battery cell pole. The battery cell device further comprises a temperature measuring circuit arranged between the battery cell poles and the battery cell measuring terminals of the battery cell, which has a capacitor and a capacitor Switching unit comprises. Further, in the presence of the switching unit connected in its conducting state, the capacitor is connected between the two battery cell measuring terminals and can be charged by the battery cell to a predefined charging voltage. Furthermore, in the presence of the switching unit connected in its non-conducting state, the capacitor can be completely discharged via a closed discharge circuit arranged in the temperature measuring circuit and passing over the capacitor.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einer Batteriezelle einer Batteriezelleinrichtung mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Aufladen eines Kondensators auf eine vordefinierte Ladespannung durch die Batteriezelle, Ermitteln der dafür benötigte Ladezeit und Bestimmen der Temperatur der Batteriezelle anhand eines aus der ermittelten Ladezeit bestimmten Innenwiderstandes der Batteriezelle.According to the invention, a method for determining the temperature of a battery cell of a battery cell device is further provided with the following steps: charging a capacitor to a predefined charging voltage by the battery cell, determining the charging time required therefor and determining the temperature of the battery cell based on an internal resistance determined from the determined charging time battery cell.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur der Batteriezelle einer Batteriezelleinrichtung bereitgestellt. Dabei ist jeweils ein Batteriezellmessanschluss von zwei Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle einem Batteriezellpol von zwei Batteriezellpolen der Batteriezelle zugeordnet und mit dem zugeordneten Batteriezellpol verbunden. Bei dem Verfahren wird eine in der Batteriezelleinrichtung zwischen den Batteriezellpolen und den Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezelle angeordnete Temperaturmessschaltung mit einem Kondensator und einer Schalteinheit verwendet. Dabei wird der vollständig entladene Kondensator zum Aufladen durch die Batteriezelle auf eine vordefinierte Ladespannung zwischen die Batteriezellmessanschlüsse geschaltet, indem die Schalteinheit von ihrem nicht leitenden in ihren leitenden Zustand geschaltet wird. Ferner wird mittels einer in der Batteriezelleinrichtung angeordneten Spannungsmesseinheit die beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit zwischen den Batteriezellmessanschlüssen anliegende Spannung gemessen. Weiterhin werden die zum Aufladen des Kondensators von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit aus dem zeitabhängigen Verlauf der beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit mittels der Spannungsmesseinheit gemessenen Spannung ermittelt, aus der ermittelten Ladezeit des Kondensators der Innenwiderstand der Batteriezelle und daraus die Temperatur der Batteriezelle bestimmt.The invention further provides a method for determining the temperature of the battery cell of a battery cell device. In each case, a battery cell measuring connection of two battery cell measuring terminals of the battery cell is assigned to a battery cell pole of two battery cell poles of the battery cell and connected to the associated battery cell pole. In the method, a temperature measuring circuit having a capacitor and a switching unit disposed in the battery cell device between the battery cell poles and the battery cell measuring terminals of the battery cell is used. In this case, the fully discharged capacitor is switched for charging by the battery cell to a predefined charging voltage between the battery cell measuring terminals by the switching unit is switched from its non-conductive to its conductive state. Furthermore, by means of a voltage measuring unit arranged in the battery cell device, the voltage present in the presence of the switching unit connected in its conducting state between the battery cell measuring terminals is measured. Furthermore, the charging time required for charging the capacitor from a voltage of 0 V to the predefined charging voltage is determined from the time-dependent course of the voltage measured in the presence of the switching unit connected in its conducting state by means of the voltage measuring unit, from the determined charging time of the capacitor the internal resistance of the battery cell and determines the temperature of the battery cell.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Bei einer sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensator derartig vorgesehen, dass beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit die Temperaturmessschaltung der Spannungsmesseinheit die an dem Kondensator anliegende Spannung bereitstellt. The dependent claims show preferred developments of the invention. In a very preferred embodiment of the invention, the capacitor is provided in such a way that, in the presence of the switching unit connected in its conducting state, the temperature measuring circuit of the voltage measuring unit provides the voltage applied to the capacitor.

Erfindungsgemäß kann in einer sehr einfachen Weise ein Zeitraum gemessen werden, der von einem Zeitpunkt, zu dem der Kondensator vollständig entladen ist und die Schalteinheit von ihrem nicht leitenden Zustand in ihren leitenden Zustand geschaltet wird, bis zu einem weiteren Zeitpunkt, zu dem an dem Kondensator und gleichzeitig zwischen den Batteriezellmessanschlüssen die vordefinierte Ladespannung anliegt, vergeht. Der gemessene Zeitraum entspricht der zum Aufladen des Kondensators von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigten Ladezeit, die von dem Innenwiderstand der Batteriezelle abhängig ist, der wiederrum von der Temperatur dieser Batteriezelle abhängig ist. Aus der gemessenen Ladezeit können dann der Innenwiderstand der Batteriezelle und daraus die Temperatur der Batteriezelle bestimmt werden. According to the invention, a period can be measured in a very simple manner, which is switched from a time when the capacitor is completely discharged and the switching unit is switched from its non-conducting state to its conducting state until another time, to the capacitor and at the same time the predefined charging voltage is applied between the battery cell measuring terminals, passes. The measured period corresponds to the charging time required for charging the capacitor from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage, which is dependent on the internal resistance of the battery cell, which in turn depends on the temperature of this battery cell. From the measured charging time then the internal resistance of the battery cell and from it the temperature of the battery cell can be determined.

Bei einer weiteren sehr bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Entladestromkreis derartig vorgesehen, dass beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit die Temperaturmessschaltung der Spannungsmesseinheit eine von der an dem Kondensator anliegenden Spannung und von einer zwischen den Batteriezellpolen der Batteriezelle anliegenden Spannung linear abhängigen Spannung bereitstellt. Dabei ist die zum Entladen des Kondensators von der vordefinierten Ladespannung auf eine Spannung von 0 Volt benötigte Entladezeit alleine von der Ausbildungsart des Entladestromkreises abhängig. Diese Entladezeit ist von dem Innenwiderstand der Batteriezelle unabhängig.In a further very preferred embodiment of the invention, the discharge circuit is provided in such a way that, in the presence of the switching unit connected in its conducting state, the temperature measuring circuit of the voltage measuring unit provides a voltage which depends on the voltage across the capacitor and a voltage which is linearly dependent on the voltage applied between the battery cell poles of the battery cell , In this case, the discharge time required for discharging the capacitor from the predefined charging voltage to a voltage of 0 volt alone depends on the type of training of the discharge circuit. This discharge time is independent of the internal resistance of the battery cell.

Erfindungsgemäß kann nach dem Ablaufen dieser bekannten Entladezeit die Schalteinheit zum erneuten Aufladen des Kondensators von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung erneut von ihrem nicht leitenden Zustand in ihren leitenden Zustand geschaltet werden. Die zum Aufladen des Kondensators von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit kann dann widerholt gemessen werden. Ferner können aus der widerholt gemessenen Ladezeit auch der Innenwiderstand der Batteriezelle und daraus die Temperatur der Batteriezelle widerholt gemessen werden.According to the invention, after the expiration of this known discharge time, the switching unit for recharging the capacitor from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage can be switched again from its non-conducting state to its conducting state. The charging time required to charge the capacitor from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage can then be repeatedly measured. Furthermore, the internal resistance of the battery cell and from this the temperature of the battery cell can be repeatedly measured from the repeated measured charging time.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem für ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen. Dabei ist das Batteriemanagementsystem dazu ausgebildet, die Schalteinheiten der Batteriezelleinrichtungen anzusteuern und die zum Aufladen des Kondensators jeder Batteriezelleinrichtung von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit aus dem zeitabhängigen Verlauf der beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit der entsprechenden Batteriezelleinrichtung mittels der Spannungsmesseinheit der entsprechenden Batteriezelleinrichtung gemessenen Spannung zu ermitteln und aus der ermittelten Ladezeit des Kondensators jeder Batteriezelleinrichtung den Innenwiderstand der Batteriezelle der entsprechenden Batteriezelleinrichtung und daraus die Temperatur der Batteriezelle der entsprechenden Batteriezelleinrichtung zu bestimmen. Another aspect of the invention relates to a battery management system for a battery system with a battery having a plurality of battery cell devices according to the invention. In this case, the battery management system is designed to control the switching units of the battery cell devices and the charging time required for charging the capacitor of each battery cell device from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage determine the time-dependent course of the measured in the conducting state switching unit of the corresponding battery cell means by the voltage measuring unit of the corresponding battery cell device voltage and from the determined charging time of the capacitor of each battery cell device, the internal resistance of the battery cell of the corresponding battery cell device and from the temperature of the battery cell of the corresponding Battery cell device to determine.

Erfindungsgemäß sind die Ladezeiten eines Kondensators einer Temperaturmessschaltung jeder Batteriezelleinrichtung von der Temperatur der Batteriezelle der entsprechenden Batteriezelleinrichtung abhängig. Zur Bestimmung der Temperatur jeder Batteriezelle der Batteriezelleinrichtungen wird genau diese Information von der Software eines Batteriemanagementsystems eines Batteriesystems mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen zyklisch ausgewertet.According to the invention, the charging times of a capacitor of a temperature measuring circuit of each battery cell device are dependent on the temperature of the battery cell of the corresponding battery cell device. To determine the temperature of each battery cell of the battery cell devices, precisely this information is evaluated cyclically by the software of a battery management system of a battery system having a plurality of battery cell devices according to the invention.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batteriemanagementsystem weiter dazu ausgebildet, die bestimmte Temperatur der Batteriezelle jeder Batteriezelleinrichtung mit einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert zu vergleichen und beim Vorliegen einer bestimmten Temperatur der Batteriezelle einer der Batteriezelleinrichtungen, die den Temperaturgrenzwert überschreitet, einen defekten Zustand der Batteriezelle dieser Batteriezelleinrichtung zu erkennen.In a further preferred embodiment of the invention, the battery management system is further configured to compare the particular temperature of the battery cell of each battery cell device with a predetermined temperature limit and, in the presence of a certain temperature of the battery cell of one of the battery cell devices that exceeds the temperature limit, a defective state of the battery cell Battery cell device to recognize.

Die erfindungsgemäß ermittelte Temperatur der Batteriezelle jeder erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung kann mit einem Temperaturgrenzwert, das heißt, mit einer definierten maximalen Grenztemperatur, von der Software eines Batteriemanagementsystems eines Batteriesystems mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen verglichen werden. Somit kann eine kritische Temperaturentwicklung in jeder Batteriezelle der Batteriezelleinrichtungen rechtzeitig, das heißt, vor dem Eintreten irreversibler elektrochemische Prozesse, mittels des Batteriemanagementsystems erkannt werden. Nachdem das Vorliegen einer kritischen Temperaturentwicklung in einer Batteriezelle der Batteriezelleinrichtungen erkannt worden ist, kann das Batteriesystem von dem Batteriemanagementsystem in einen sicheren Zustand überführt werden.The inventively determined temperature of the battery cell of each battery cell device according to the invention can be compared with a temperature limit, that is, with a defined maximum temperature limit, the software of a battery management system of a battery system with several battery cell devices according to the invention. Thus, a critical temperature development in each battery cell of the battery cell devices can be detected in good time, that is, before the occurrence of irreversible electrochemical processes, by means of the battery management system. After the presence of a critical temperature development in a battery cell of the battery cell devices has been detected, the battery system can be transferred from the battery management system to a safe state.

Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen je zwei benachbarten Batteriezelleinrichtungen der Batterie des Batteriesystems je ein Temperatursensor angeordnet, der vorzugsweise an den Batteriezellisolatoren der Batteriezellen der entsprechenden benachbarten Batteriezelleinrichtungen angebracht ist. Dabei ist das Batteriemanagementsystem weiter dazu ausgebildet, zur Plausibilisierung der mittels der Temperatursensoren gemessenen Temperaturen der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen diese gemessenen Temperaturen der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen mit den aus den Innenwiderständen der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen bestimmten Temperaturen der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen zu vergleichen.In a very advantageous embodiment of the invention, a respective temperature sensor is arranged between each two adjacent battery cell devices of the battery of the battery system, which is preferably attached to the battery cell insulators of the battery cells of the corresponding adjacent battery cell devices. In this case, the battery management system is further configured to compare the measured temperatures of the battery cells of the battery cell devices with the measured from the internal resistances of the battery cells of the battery cell devices temperatures of the battery cells of the battery cell devices for plausibility of the measured by the temperature sensors temperatures of the battery cell devices.

Erfindungsgemäß kann ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren Batteriezelleinrichtungen mehrere integrierte Temperatursensoren umfassen, das heißt, über eine Batteriezellentemperaturmessung verfügen, die mehrere Temperatursensoren umfasst, die jeweils zwischen jeweils anderen zwei benachbarten Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen der Batterie angeordnet sind. Dabei kann die erfindungsgemäß ermittelte Temperatur der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen als redundante Information zur Plausibilisierung der mittels der Temperatursensoren gemessenen Temperatur der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen verwendet werden.According to the invention, a battery system having a battery with a plurality of battery cell devices may include a plurality of integrated temperature sensors, that is, having a battery cell temperature measurement comprising a plurality of temperature sensors each disposed between each other two adjacent battery cells of the battery cell devices of the battery. In this case, the inventively determined temperature of the battery cells of the battery cell devices can be used as redundant information for plausibility of the measured by means of temperature sensors temperature of the battery cells of the battery cell devices.

Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die funktionellen Merkmale des erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystems einzeln oder in Kombination.The method according to the invention preferably comprises the functional features of the battery management system according to the invention individually or in combination.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen, wobei zwischen je zwei benachbarten Batteriezelleinrichtungen der Batterie bevorzugt je ein Temperatursensor angeordnet ist, der vorzugsweise an den Batteriezellisolatoren der Batteriezellen der entsprechenden benachbarten Batteriezelleinrichtungen angebracht ist. Das Batteriesystem umfasst ferner ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem.Another aspect of the invention relates to a battery system with a battery having a plurality of battery cell devices according to the invention, wherein between each two adjacent battery cell devices of the battery preferably each a temperature sensor is arranged, which is preferably attached to the battery cell insulators of the battery cells of the respective adjacent battery cell devices. The battery system further comprises a battery management system according to the invention.

Vorzugsweise sind die Batteriezellen Lithium-Ionen-Batteriezellen. Preferably, the battery cells are lithium-ion battery cells.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem.Furthermore, the invention relates to a vehicle with a battery system according to the invention.

Die Erfindung ermöglicht eine Überwachung beziehungsweise eine Bestimmung der Temperatur der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen der Batterie eines Batteriesystems mittels eines Batteriemanagementsystems des Batteriesystems, ohne dass eine Verwendung von Temperatursensoren notwendig ist. Die Erfindung ermöglicht ferner eine Überwachung beziehungsweise eine Bestimmung der Temperatur der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen der Batterie eines erfindungsgemäßen Batteriesystems auch in dem Zustand, in dem die Batteriezellen passiv sind und keinen Strom an einen an die Batterieanschlüsse der Batterie eines solchen Batteriesystems angeschlossenen Verbraucher abgeben. Ferner wird durch den Vergleich der erfindungsgemäß bestimmten Temperatur der Batteriezellen (Batteriezellentemperatur) der Batteriezelleinrichtungen der Batterie eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer von den integrierten Temperatursensoren gemessenen Temperaturen dieser Batteriezellen die Sicherheit eines solchen Batteriesystems erhöht. The invention makes it possible to monitor or determine the temperature of the battery cells of the battery cell devices of the battery of a battery system by means of a battery management system of the battery system, without it being necessary to use temperature sensors. The invention also makes it possible to monitor or determine the temperature of the battery cells of the battery cell devices of the battery of a battery system according to the invention even in the state in which the battery cells are passive and no current to a consumer connected to the battery terminals of the battery of such a battery system submit. Furthermore, the safety of such a battery system is increased by comparing the inventively determined temperature of the battery cells (battery cell temperature) of the battery cell devices of the battery of a battery system according to the invention with a temperature measured by the integrated temperature sensors of these battery cells.

Anders ausgedrückt wird bei der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung einer in einem erfindungsgemäßen Batteriesystem eingebauten Batteriezelltemperaturmessung eine Erhöhung eines Diagnosedeckungsgrades beziehungsweise eine Erhöhung der Entdeckungswahrscheinlichkeit einer jeden in der Batterie des erfindungsgemäßen Batteriesystems angeordneten Batteriezelle, die eine kritische Temperaturentwicklung aufweist, erreicht. Dadurch wird die Sicherheit eines solchen Batteriesystems erhöht.In other words, in the present invention, by using a battery cell temperature measurement incorporated in a battery system according to the present invention, an increase of a diagnostic coverage or an increase in detection probability of each battery cell arranged in the battery of the battery system of the present invention having a critical temperature development is achieved. This increases the safety of such a battery system.

Sehr vorteilhaft bei der Erfindung ist ferner, dass für die erfindungsgemäße Bestimmung der Temperatur der Batteriezellen der Batteriezelleinrichtungen der Batterie eines erfindungsgemäßen Batteriesystems keine oder nur geringe zusätzlichen Hardwarekosten generiert werden müssen, weil die für die erfindungsgemäße Bestimmung der Temperatur der Batteriezellen notwendige Spannungswerte die Spannungswerte der zwischen den Batteriezellmessanschlüssen der Batteriezellen anliegenden Spannungen sind, die mittels der in einem herkömmlichen Batteriesystem bereits vorhandenen Spannungsmesseinheiten (Spannungsmessungen) der Batteriezelleinrichtungen gemessen werden können. Very advantageous in the invention is further that for the determination according to the invention of the temperature of the battery cells of the battery cell devices of the battery of a battery system according to the invention no or only small additional hardware costs must be generated, because the voltage values necessary for the inventive determination of the temperature of the battery cells, the voltage values between the battery cell measuring terminals of the battery cells are voltages that can be measured by means of the already existing in a conventional battery system voltage measurement units (voltage measurements) of the battery cell devices.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnungen im Detail beschrieben. Dabei werden für gleiche Komponenten auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, the same reference numerals are used for the same components. In the drawings:

1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Batteriesystem, 1 a known from the prior art battery system,

2 eine Batteriezelleinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, und, 2 a battery cell device according to a first embodiment of the invention, and,

3 der zeitabhängige Verlauf der für drei unterschiedliche Temperaturen der Batteriezelle der Batteriezelleinrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung vorkommenden Spannungen, die jeweils an einem Kondensator einer Temperaturmessschaltung anliegen, die in derselben Batteriezelleinrichtung angeordnet ist. 3 the time-dependent course of occurring for three different temperatures of the battery cell of the battery cell device according to the first embodiment of the invention, each voltage applied to a capacitor of a temperature measuring circuit, which is arranged in the same battery cell device.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 2 wird eine Batteriezelleinrichtung 20 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Batteriezelleinrichtung 20 umfasst eine Batteriezelle 21, eine Spannungsmesseinheit 30 und eine Temperaturmessschaltung 40. Die Batteriezelle 21 hat einen positiven Batteriezellpol 23 und einen negativen Batteriezellpol 24. Ferner hat die Batteriezelle 21 einen Batteriezellmessanschluss 25, der mit dem positiven Batteriezellpol 23 verbunden ist und einen weiteren Batteriezellmessanschluss 26, der mit dem negativen Batteriezellpol 24 verbunden ist. Zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 ist die Spannungsmesseinheit 30 zum Messen der zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 der Batteriezelle 21 anliegenden Spannung geschaltet. In the 2 becomes a battery cell device 20 illustrated according to a first embodiment of the invention. The battery cell device 20 includes a battery cell 21 , a voltage measuring unit 30 and a temperature measuring circuit 40 , The battery cell 21 has a positive battery cell pole 23 and a negative battery cell pole 24 , Furthermore, the battery cell has 21 a battery cell measurement port 25 that with the positive battery cell pole 23 is connected and another battery cell measuring connection 26 that with the negative battery cell pole 24 connected is. Between the battery cell measuring connections 25 . 26 is the voltage measuring unit 30 for measuring between the battery cell measuring terminals 25 . 26 the battery cell 21 connected voltage.

Die Temperaturmessschaltung 40 ist zwischen den Batteriezellpolen 23, 24 der Batteriezelle 21 und den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 angeordnet und umfasst einen Kondensator 50 und eine Schalteinheit 60. Der Kondensator 50 ist an einem ersten Anschluss mit dem Batteriezellmessanschluss 25 verbunden, der mit dem positiven Batteriezellpol 23 verbundenen ist. Ferner ist der Kondensator 50 an seinem zweiten Anschluss über die Schalteinheit 60 auch mit dem weiteren Batteriezellmessanschluss 26 verbindbar, der mit dem negativen Batteriezellpol 24 verbundenen ist. The temperature measuring circuit 40 is between the battery cell poles 23 . 24 the battery cell 21 and the battery cell test leads 25 . 26 arranged and includes a capacitor 50 and a switching unit 60 , The capacitor 50 is at a first connection to the battery cell test port 25 connected to the positive battery cell pole 23 is connected. Further, the capacitor 50 at its second connection via the switching unit 60 also with the further battery cell measuring connection 26 connectable to the negative battery cell pole 24 is connected.

Zum Verbinden des Kondensators 50 mit dem weiteren Batteriezellmessanschluss 26, der mit dem negativen Batteriezellpol 24 verbunden ist, das heißt, zum Schalten des Kondensators 50 zwischen die Batteriezellmessanschlüsse 25, 26, wird die Schalteinheit 60 von ihrem nicht leitenden Zustand in ihren leitenden Zustand geschaltet. Der zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 geschaltete Kondensator 50 kann dann von der Batteriezelle 21 auf eine vordefinierte Ladespannung aufgeladen werden. Die zum Aufladen des Kondensators 50 auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit ist von dem Innenwiderstand 22 der Batteriezelle 21 abhängig, der wiederrum von der Temperatur der Batteriezelle 21 abhängig ist. For connecting the capacitor 50 with the further battery cell measuring connection 26 that with the negative battery cell pole 24 is connected, that is, for switching the capacitor 50 between the battery cell measuring terminals 25 . 26 , becomes the switching unit 60 switched from its non-conductive state to its conductive state. The between the battery cell measuring connections 25 . 26 switched capacitor 50 can then from the battery cell 21 be charged to a predefined charging voltage. The for charging the capacitor 50 The charging time required for the predefined charging voltage is determined by the internal resistance 22 the battery cell 21 depending in turn on the temperature of the battery cell 21 is dependent.

Ist die Schalteinheit 60 in ihren leitenden Zustand geschaltet, so wird mittels der Spannungsmesseinheit 30 die an dem Kondensator 50 anliegende Spannung, die gleichzeitig die zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 24, 25 anliegende Spannung ist, gemessen. Is the switching unit 60 switched to its conducting state, so by means of the voltage measuring unit 30 the on the capacitor 50 voltage applied, which at the same time between the battery cell measuring terminals 24 . 25 applied voltage is measured.

Ferner umfasst die Schalteinheit 60 der in der 3 dargestellten Batteriezelleinrichtung 20 einen Feldeffekttransistor 61, der an seinem Drain-Anschluss 63 mit dem Kondensator 50 und an seinem Source-Anschluss 62 mit dem negativen Batteriezellpol 24 der Batteriezelle 21 und mit dem weiteren Batteriezellmessanschluss 26 verbunden ist. Zum Schalten des Kondensators 50 zwischen die Batteriezellmessanschlüsse 25, 26 wird der Transistor 61 von seinem nicht leitenden Zustand in seinen leitenden Zustand geschaltet. Zum Schalten des Transistors 61 von seinem nicht leitenden Zustand in seinem leitenden Zustand wird der Gate-Anschluss 64 des Transistors 61 auf Masse geschaltet. Bedingt durch den Vorgang wird der Kondensator 50 von der Batteriezelle 21 aufgeladen.Furthermore, the switching unit comprises 60 the Indian 3 shown battery cell device 20 a field effect transistor 61 which is at its drain connection 63 with the capacitor 50 and at its source port 62 with the negative Batteriezellpol 24 the battery cell 21 and with the further battery cell measuring connection 26 connected is. For switching the capacitor 50 between the battery cell measuring terminals 25 . 26 becomes the transistor 61 switched from its non-conductive state to its conducting state. For switching the transistor 61 from its non-conductive state in its conductive state becomes the gate terminal 64 of the transistor 61 switched to ground. Due to the process becomes the capacitor 50 from the battery cell 21 charged.

Wird dann beim Vorliegen des auf die vordefinierte Ladespannung aufgeladenen Kondensators 50 die Schalteinheit 60 von ihrem leitenden Zustand in ihren nicht leitenden Zustand geschaltet, so kann der Kondensator 50 über einen in der Temperaturmessschaltung 40 angeordneten und über den Kondensator 50 verlaufenden Entladestromkreis 51 entladen werden, insbesondere vollständig entladen werden. Der Entladestromkreis 51 umfasst zwei Widerstände 55, 56. Beim Vorliegen der in ihren nicht leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit 60 ist der Kondensator 50 an seinem ersten Anschluss über den Widerstand 55 mit dem positiven Batteriezellpol 23 der Batteriezelle 21 und an seinem zweiten Anschluss über den Widerstand 56 mit demselben positiven Batteriezellpol 23 der Batteriezelle 21 verbunden. Will then be in the presence of the charged to the predefined charging voltage capacitor 50 the switching unit 60 switched from its conducting state to its non-conducting state, so can the capacitor 50 via one in the temperature measuring circuit 40 arranged and over the capacitor 50 extending discharge circuit 51 be discharged, in particular completely discharged. The discharge circuit 51 includes two resistors 55 . 56 , In the presence of the switched in its non-conductive state switching unit 60 is the capacitor 50 at its first connection via the resistor 55 with the positive battery cell pole 23 the battery cell 21 and at its second connection via the resistor 56 with the same positive battery cell pole 23 the battery cell 21 connected.

In der 2 wird die Batteriezellspannung mit U0 gekennzeichnet.In the 2 the battery cell voltage is marked U0.

Bei der Batteriezelleinrichtung 20 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit abhängig von dem Innenwiderstand 22 der Batteriezelle 21, die wiederrum von der Temperatur dieser Batteriezelle 21 abhängig ist. Aus dem zeitabhängigen Verlauf der beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit 60 mittels der Spannungsmesseinheit 30 gemessenen Spannung kann dann ein Zeitraum gemessen werden, der von einem Zeitpunkt, zu dem der Kondensator vollständig entladen ist und die Schalteinheit 60 von ihrem nicht leitenden Zustand in ihrem leitenden Zustand geschaltet wird, bis zu einem weiteren Zeitpunkt, zu dem an dem Kondensator 50 und gleichzeitig zwischen den Batteriezellmessanschlüssen 25, 26 der Batteriezelle 21 die vordefinierte Ladespannung anliegt, vergeht. Der gemessene Zeitraum entspricht der zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigten Ladezeit. Aus der gemessenen Ladezeit können dann der Innenwiderstand 22 der Batteriezelle 21 und daraus die Temperatur der Batteriezelle 21 bestimmt werden. In the battery cell device 20 according to the first embodiment of the invention is for charging the capacitor 50 from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage required charging time depending on the internal resistance 22 the battery cell 21 in turn, from the temperature of this battery cell 21 is dependent. From the time-dependent course of the switching unit connected in its conducting state 60 by means of the voltage measuring unit 30 measured voltage can then be measured a period of time from a time when the capacitor is completely discharged and the switching unit 60 is switched from its non-conductive state in its conducting state, until another time, to the capacitor 50 and at the same time between the battery cell measuring terminals 25 . 26 the battery cell 21 the predefined charging voltage is applied, passes. The measured period is the same as for charging the capacitor 50 from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage required charging time. From the measured charging time then the internal resistance 22 the battery cell 21 and from this the temperature of the battery cell 21 be determined.

Ferner ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung die zum Entladen des Kondensators 50 von der vordefinierten Ladespannung auf eine Spannung von 0 Volt benötigte Entladezeit alleine von der Ausbildungsart des Entladestromkreises 51 abhängig. Diese Entladezeit ist von dem Innenwiderstand 22 der Batteriezelle 21 beziehungsweise von der Temperatur der Batteriezelle 21 unabhängig. Further, in the first embodiment of the invention, for discharging the capacitor 50 from the predefined charging voltage to a voltage of 0 volts required discharge time alone on the training of the discharge circuit 51 dependent. This discharge time is of the internal resistance 22 the battery cell 21 or from the temperature of the battery cell 21 independently.

Nach dem Ablaufen einer Zeit, die größer als die oder gleich mit der in diesem Fall bekannten Entladezeit ist, kann ferner die Schalteinheit 60 zum erneuten Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung erneut von ihrem nicht leitenden Zustand in ihren leitenden Zustand geschaltet werden. Die zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung benötigte Ladezeit kann dann widerholt gemessen werden. Weiterhin können aus der widerholt gemessenen Ladezeit der Innenwiderstand 22 der Batteriezelle 21 und daraus die Temperatur der Batteriezelle 21 auch widerholt gemessen werden. After the expiration of a time which is greater than or equal to the discharge time known in this case, the switching unit may further 60 to recharge the capacitor 50 be switched from its non-conductive state to its conductive state by a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage again. The for charging the capacitor 50 Charging time required by a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage can then be repeatedly measured. Furthermore, from the repeated measured charging time of the internal resistance 22 the battery cell 21 and from this the temperature of the battery cell 21 also be measured repeatedly.

Erfindungsgemäß können die Schalteinheiten 60 der erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen 21 mittels eines Batteriemanagementsystems eines Batteriesystems mit einer Batterie mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtungen angesteuert werden. Die vorhin genannte Bestimmung der Temperatur der Batteriezelle 21 einer erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung 20, die auf der Bestimmung des Innenwiderstands der Batteriezelle 21 der entsprechenden erfindungsgemäßen Batteriezelleinrichtung 20 basiert, kann dann mittels desselben Batteriemanagementsystems durchgeführt werden.According to the invention, the switching units 60 the battery cell devices according to the invention 21 be controlled by a battery management system of a battery system with a battery having a plurality of battery cell devices according to the invention. The aforementioned determination of the temperature of the battery cell 21 a battery cell device according to the invention 20 , which is based on the determination of the internal resistance of the battery cell 21 the corresponding battery cell device according to the invention 20 can then be performed using the same battery management system.

3 zeigt drei in Abhängigkeit von einer Zeit t dargestellte Verläufe der Spannungen UC, die für drei unterschiedliche Temperaturen T1, T2, T3 der Batteriezelle 21 der Batteriezelleinrichtung 20 nach der ersten Ausführungsform an dem Kondensator 50 der Temperaturmessschaltung 40 derselben Batteriezelleinrichtung 20 anliegen. Dabei ist die erste Temperatur T1 kleiner als die zweite Temperatur T2 und die zweite Temperatur T2 kleiner als die dritte Temperatur T3. 3 shows three waveforms of the voltages UC shown in dependence on a time t t, for three different temperatures T1, T2, T3 of the battery cell 21 the battery cell device 20 according to the first embodiment of the capacitor 50 the temperature measuring circuit 40 the same battery cell device 20 issue. Here, the first temperature T1 is smaller than the second temperature T2 and the second temperature T2 is smaller than the third temperature T3.

Der zeitabhängige Verlauf der an dem Kondensator 50 anliegenden Spannung UC für die erste Temperatur T1 der Batteriezelle 21 wird in der 3 mit KT1 gekennzeichnet. Der zeitabhängige Verlauf der an dem Kondensator 50 anliegenden Spannung UC für die zweite Temperatur T2 der Batteriezelle 21 wird in der 3 mit KT2 gekennzeichnet. Der zeitabhängige Verlauf der an dem Kondensator 50 anliegenden Spannung UC für die dritte Temperatur T3 der Batteriezelle 21 wird in der 3 mit KT3 gekennzeichnet. The time-dependent course of the on the capacitor 50 applied voltage UC for the first temperature T1 of the battery cell 21 will be in the 3 marked with KT1. The time-dependent course of the on the capacitor 50 applied voltage UC for the second temperature T2 of the battery cell 21 will be in the 3 marked with KT2. The time-dependent course of the on the capacitor 50 applied voltage UC for the third temperature T3 of the battery cell 21 will be in the 3 marked with KT3.

Der Kondensator 50 wird für alle drei Temperaturen T1, T2, T3 auf dieselbe vordefinierte Ladespannung UC1 aufgeladen, die beispielsweise einem sechstel der maximale Ladespannung entspricht, auf die der Kondensator 50 von der Batteriezelle 21 aufgeladen werden kann. Mit t1 wird dabei die erste Ladezeit gekennzeichnet, die beim Vorliegen der ersten Temperatur T1 der Batteriezelle 21 zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung UC1 benötigt wird. Mit t2 wird ferner die zweite Ladezeit gekennzeichnet, die beim Vorliegen der zweiten Temperatur T2 der Batteriezelle 21 zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung UC1 benötigt wird. Mit t3 wird weiterhin die dritte Ladezeit gekennzeichnet, die beim Vorliegen der dritten Temperatur T3 der Batteriezelle 21 zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung UC1 benötigt wird. The capacitor 50 is predefined at the same temperature for all three temperatures T1, T2, T3 Charging voltage UC1 charged, for example, one sixth of the maximum charging voltage corresponds to the capacitor 50 from the battery cell 21 can be charged. In this case, t1 denotes the first charging time that occurs when the first temperature T1 of the battery cell is present 21 to charge the capacitor 50 is required by a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage UC1. With t2 also the second charging time is marked, which is in the presence of the second temperature T2 of the battery cell 21 to charge the capacitor 50 is required by a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage UC1. With t3, the third charging time is further characterized, which in the presence of the third temperature T3 of the battery cell 21 to charge the capacitor 50 is required by a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage UC1.

Aus der 3 ist leicht ersichtlich, dass je kleiner die Temperatur der Batteriezelle 21 ist, desto kürzer die zum Aufladen des Kondensators 50 von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung UC1 benötigte Ladezeit ist. Die Abhängigkeit zwischen der Ladezeit des Kondensators 50 und der Temperatur der Batteriezelle 21 wird in der 3 mit einem Pfeil angedeutet.From the 3 It is easy to see that the lower the temperature of the battery cell 21 is, the shorter the charge for charging the capacitor 50 from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage UC1 required charging time. The dependence between the charging time of the capacitor 50 and the temperature of the battery cell 21 will be in the 3 indicated by an arrow.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 2 und 3 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 2 and 3 Referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011075361 A1 [0004] DE 102011075361 A1 [0004]
  • DE 102011011920 A1 [0005] DE 102011011920 A1 [0005]

Claims (13)

Batteriezelleinrichtung (20) mit einer Batteriezelle (21) und einer Spannungsmesseinheit (30), die dazu vorgesehen ist, die zwischen zwei Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) anliegende Spannung zu messen, wobei jeweils ein Batteriezellmessanschluss (25, 26) der zwei Batteriezellmessanschlüsse (25, 26) der Batteriezelle (21) einem Batteriezellpol (23, 24) von zwei Batteriezellpolen (23, 24) der Batteriezelle (21) zugeordnet ist und mit dem zugeordneten Batteriezellpol (23, 24) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine zwischen den Batteriezellpolen (23, 24) und den Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) angeordneten Temperaturmessschaltung (40), die einen Kondensator (50) und eine Schalteinheit (60) umfasst, wobei beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) der Kondensator (50) zwischen die beiden Batteriezellmessanschlüsse (25, 26) geschaltet ist und von der Batteriezelle (21) auf eine vordefiniere Ladespannung (UC1) aufladbar ist, und wobei beim Vorliegen der in ihren nicht leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) der Kondensator (50) über einen geschlossenen, in der Temperaturmessschaltung (40) angeordneten und über den Kondensator (50) verlaufenden Entladestromkreis (51) vollständig entladbar ist.Battery cell device ( 20 ) with a battery cell ( 21 ) and a voltage measuring unit ( 30 ), which is intended to be connected between two battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) voltage to be measured, in each case a battery cell measuring connection ( 25 . 26 ) of the two battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) a battery cell pole ( 23 . 24 ) of two battery cell poles ( 23 . 24 ) of the battery cell ( 21 ) and with the associated battery cell pole ( 23 . 24 ), characterized by a between the battery cell poles ( 23 . 24 ) and the battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) arranged temperature measuring circuit ( 40 ), which has a capacitor ( 50 ) and a switching unit ( 60 ), wherein in the presence of the switched into its conductive state switching unit ( 60 ) the capacitor ( 50 ) between the two battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) and from the battery cell ( 21 ) is rechargeable to a predefined charging voltage (UC1), and wherein, in the presence of the switching unit connected in its non-conductive state (UC1) ( 60 ) the capacitor ( 50 ) via a closed, in the temperature measuring circuit ( 40 ) and via the capacitor ( 50 ) extending discharge circuit ( 51 ) is completely dischargeable. Batteriezelleinrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei der Kondensator (50) derartig vorgesehen ist, dass beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) die Temperaturmessschaltung (40) der Spannungsmesseinheit (30) die an dem Kondensator (50) anliegende Spannung (UC) bereitstellt.Battery cell device ( 20 ) according to claim 1, wherein the capacitor ( 50 ) is provided such that in the presence of the switched in its conducting state switching unit ( 60 ) the temperature measuring circuit ( 40 ) of the voltage measuring unit ( 30 ) on the capacitor ( 50 ) provides applied voltage (UC). Batteriezelleinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Entladestromkreis (51) derartig vorgesehen ist, dass beim Vorliegen der in ihren nicht leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) die Temperaturmessschaltung (40) der Spannungsmesseinheit (30) eine von der an dem Kondensator (50) anliegenden Spannung und von einer zwischen den Batteriezellpolen (23, 24) der Batteriezelle (21) anliegenden Spannung linear abhängigen Spannung bereitstellt. Battery cell device ( 20 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the discharge circuit ( 51 ) is provided such that in the presence of the switched in its non-conductive state switching unit ( 60 ) the temperature measuring circuit ( 40 ) of the voltage measuring unit ( 30 ) one of the on the capacitor ( 50 ) and one between the battery cell poles ( 23 . 24 ) of the battery cell ( 21 ) provides voltage dependent linearly dependent voltage. Batteriemanagementsystem für ein Batteriesystem (10) mit einer Batterie (11) mit mehreren Batteriezelleinrichtungen (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Batteriemanagementsystem dazu ausgebildet ist, die Schalteinheiten (60) der Batteriezelleinrichtungen (20) anzusteuern und die zum Aufladen des Kondensators (50) jeder Batteriezelleinrichtung (20) von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung (UC1) benötigte Ladezeit (t1, t2, t3) aus dem zeitabhängigen Verlauf (KT1, KT2, KT3) der beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) der entsprechenden Batteriezelleinrichtung (20) mittels der Spannungsmesseinheit (30) der entsprechenden Batteriezelleinrichtung (20) gemessenen Spannung (UC) zu ermitteln und aus der ermittelten Ladezeit (t1, t2, t3) des Kondensators (50) jeder Batteriezelleinrichtung (20) den Innenwiderstand (22) der Batteriezelle (21) der entsprechenden Batteriezelleinrichtung (20) und daraus die Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) der entsprechenden Batteriezelleinrichtung (20) jeweils zu bestimmen. Battery management system for a battery system ( 10 ) with a battery ( 11 ) with several battery cell devices ( 20 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the battery management system is adapted to the switching units ( 60 ) of the battery cell devices ( 20 ) and to charge the capacitor ( 50 ) of each battery cell device ( 20 ) from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage (UC1) required charging time (t1, t2, t3) from the time-dependent curve (KT1, KT2, KT3) of the switched in their conducting state switching unit ( 60 ) of the corresponding battery cell device ( 20 ) by means of the voltage measuring unit ( 30 ) of the corresponding battery cell device ( 20 ) measured voltage (UC) and from the determined charging time (t1, t2, t3) of the capacitor ( 50 ) of each battery cell device ( 20 ) the internal resistance ( 22 ) of the battery cell ( 21 ) of the corresponding battery cell device ( 20 ) and from this the temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) of the corresponding battery cell device ( 20 ) in each case. Batteriemanagementsystem nach Anspruch 4, wobei das Batteriemanagementsystem weiter dazu ausgebildet ist, die bestimmte Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) jeder Batteriezelleinrichtung (20) mit einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert zu vergleichen und beim Vorliegen einer bestimmten Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) einer der Batteriezelleinrichtungen (20), die den Temperaturgrenzwert überschreitet, einen defekten Zustand der Batteriezelle (21) dieser Batteriezelleinrichtung (20) zu erkennen.A battery management system according to claim 4, wherein the battery management system is further adapted to the specific temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) of each battery cell device ( 20 ) with a predetermined temperature limit value and in the presence of a certain temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) one of the battery cell devices ( 20 ), which exceeds the temperature limit, a defective state of the battery cell ( 21 ) of this battery cell device ( 20 ) to recognize. Batteriemanagementsystem nach einem der Ansprüche 4 der 5, wobei zwischen je zwei benachbarten Batteriezelleinrichtungen (20) der Batterie (11) des Batteriesystems (10) je ein Temperatursensor angeordnet ist, der vorzugsweise an den Batteriezellisolatoren der Batteriezellen (21) der entsprechenden benachbarten Batteriezelleinrichtungen (20) angebracht ist, und wobei das Batteriemanagementsystem weiter dazu ausgebildet ist, zur Plausibilisierung der mittels der Temperatursensoren gemessenen Temperaturen der Batteriezellen (21) der Batteriezelleirichtungen (20) diese gemessenen Temperaturen der Batteriezellen (21) der Batteriezelleinrichtungen (20) mit den aus den Innenwiderständen der Batteriezellen (21) der Batteriezelleinrichtungen (20) bestimmten Temperaturen (T1, T2, T3) der Batteriezellen (21) der Batteriezelleinrichtungen (20) zu vergleichen.A battery management system according to any one of claims 4 to 5, wherein between each two adjacent battery cell devices ( 20 ) of the battery ( 11 ) of the battery system ( 10 ) each a temperature sensor is arranged, preferably at the battery cell insulators of the battery cells ( 21 ) of the respective adjacent battery cell devices ( 20 ), and wherein the battery management system is further adapted to the plausibility of the measured by means of the temperature sensors temperatures of the battery cells ( 21 ) of the battery cell arrangements ( 20 ) these measured temperatures of the battery cells ( 21 ) of the battery cell devices ( 20 ) with the from the internal resistances of the battery cells ( 21 ) of the battery cell devices ( 20 ) certain temperatures (T1, T2, T3) of the battery cells ( 21 ) of the battery cell devices ( 20 ) to compare. Verfahren zum Bestimmen der Temperatur (T1, T2, T3) einer Batteriezelle (21) einer Batteriezelleinrichtung (20) gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Aufladen eines Kondensators (50) auf eine vordefinierte Ladespannung (UC1) durch die Batteriezelle (21), – Ermitteln der dafür benötigte Ladezeit (t1, t2, t3), und – Bestimmen der Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) anhand eines aus der ermittelten Ladezeit (t1, t2, t3) bestimmten Innenwiderstandes (22) der Batteriezelle (21).Method for determining the temperature (T1, T2, T3) of a battery cell ( 21 ) a battery cell device ( 20 ) characterized by the following steps: - charging a capacitor ( 50 ) to a predefined charging voltage (UC1) through the battery cell ( 21 ), - determining the time required for charging (t1, t2, t3), and - determining the temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) based on an determined from the determined charging time (t1, t2, t3) internal resistance ( 22 ) of the battery cell ( 21 ). Verfahren zum Bestimmen der Temperatur (T1, T2, T3) einer Batteriezelle (21) einer Batteriezelleinrichtung (20) nach Anspruch 7, wobei jeweils ein Batteriezellmessanschluss (25, 26) von zwei Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) einem Batteriezellpol (23, 24) von zwei Batteriezellpolen (23, 24) der Batteriezelle (21) zugeordnet ist und mit dem zugeordneten Batteriezellpol (23, 24) verbunden ist, wobei die Schritte des Aufladens des Kondensators (50), des Ermittelns der dafür benötigte Ladezeit (t1, t2, t3) und des Bestimmens der Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) ausgeführt werden, indem eine in der Batteriezelleinrichtung (20) zwischen den Batteriezellpolen (23, 24) und den Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) angeordnete Temperaturmessschaltung (40) mit einem Kondensator (50) und einer Schalteinheit (60) verwendet wird, wobei der vollständig entladene Kondensator (50) zum Aufladen durch die Batteriezelle (21) auf eine vordefinierte Ladespannung (UC1) zwischen die Batteriezellmessanschlüsse (25, 26) der Batteriezelle (21) geschaltet wird, indem die Schalteinheit (60) von ihrem nicht leitenden in ihren leitenden Zustand geschaltet wird, und wobei mittels einer in der Batteriezelleinrichtung (20) angeordneten Spannungsmesseinheit (30) die beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) zwischen den Batteriezellmessanschlüssen (24, 25) der Batteriezelle (21) anliegende Spannung (UC) gemessen wird und wobei die zum Aufladen des Kondensators (50) von einer Spannung von 0 Volt auf die vordefinierte Ladespannung (UC1) benötigte Ladezeit (t1, t2, t3) aus dem zeitabhängigen Verlauf (KT1, KT2, KT3) der beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) mittels der Spannungsmesseinheit (30) gemessenen Spannung (UC) ermittelt wird und aus der ermittelten Ladezeit (t1, t2, t3) des Kondensators (50) den Innenwiderstand (22) der Batteriezelle (21) und daraus die Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) bestimmt werden.Method for determining the temperature (T1, T2, T3) of a battery cell ( 21 ) a battery cell device ( 20 ) according to claim 7, wherein in each case a battery cell measuring connection ( 25 . 26 ) of two Battery cell measuring connections ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) a battery cell pole ( 23 . 24 ) of two battery cell poles ( 23 . 24 ) of the battery cell ( 21 ) and with the associated battery cell pole ( 23 . 24 ), wherein the steps of charging the capacitor ( 50 ), determining the time required for charging (t1, t2, t3) and determining the temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) can be performed by a in the battery cell device ( 20 ) between the battery cell poles ( 23 . 24 ) and the battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) arranged temperature measuring circuit ( 40 ) with a capacitor ( 50 ) and a switching unit ( 60 ), the completely discharged capacitor ( 50 ) for charging by the battery cell ( 21 ) to a predefined charging voltage (UC1) between the battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ) is switched by the switching unit ( 60 ) is switched from its non-conductive to its conductive state, and wherein by means of a in the battery cell device ( 20 ) arranged tension measuring unit ( 30 ) in the presence of the switched in their conductive state switching unit ( 60 ) between the battery cell measuring terminals ( 24 . 25 ) of the battery cell ( 21 ) and the voltage required to charge the capacitor ( 50 ) from a voltage of 0 volts to the predefined charging voltage (UC1) required charging time (t1, t2, t3) from the time-dependent curve (KT1, KT2, KT3) of the switched in their conducting state switching unit ( 60 ) by means of the voltage measuring unit ( 30 ) measured voltage (UC) is determined and from the determined charging time (t1, t2, t3) of the capacitor ( 50 ) the internal resistance ( 22 ) of the battery cell ( 21 ) and from this the temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ). Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Kondensator (50) derartig vorgesehen ist, dass beim Vorliegen der in ihrem leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) mittels der Temperaturmessschaltung (40) die an dem Kondensator (50) anliegende Spannung (UC) zwischen den Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) bereitstellt wird.Method according to claim 8, wherein the capacitor ( 50 ) is provided such that in the presence of the switched in its conducting state switching unit ( 60 ) by means of the temperature measuring circuit ( 40 ) on the capacitor ( 50 ) voltage (UC) between the battery cells measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei zum Entladen des Kondensators (50) über einen geschlossenen, in der Temperaturmessschaltung (40) und über den Kondensator (50) verlaufenden Entladestromkreis (51) die Schalteinheit (60) von ihrem leitenden Zustand in ihren nicht leitenden Zustand geschaltet wird.Method according to one of claims 8 or 9, wherein for discharging the capacitor ( 50 ) via a closed, in the temperature measuring circuit ( 40 ) and over the capacitor ( 50 ) extending discharge circuit ( 51 ) the switching unit ( 60 ) is switched from its conductive state to its non-conductive state. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Entladestromkreis (51) derartig vorgesehen ist, dass beim Vorliegen der in ihren leitenden Zustand geschalteten Schalteinheit (60) mittels der Temperaturmessschaltung (40) eine von der an dem Kondensator (50) anliegenden Spannung und von einer zwischen den Batteriezellpolen (23, 24) der Batteriezelle (21) anliegenden Spannung linear abhängige Spannung zwischen den Batteriezellmessanschlüssen (25, 26) der Batteriezelle (21) bereitstellt wird. Method according to one of claims 8 to 10, wherein the discharge circuit ( 51 ) is provided such that in the presence of the switched in its conducting state switching unit ( 60 ) by means of the temperature measuring circuit ( 40 ) one of the on the capacitor ( 50 ) and one between the battery cell poles ( 23 . 24 ) of the battery cell ( 21 ) voltage applied linearly dependent voltage between the battery cell measuring terminals ( 25 . 26 ) of the battery cell ( 21 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die bestimmte Temperatur (T1, T2, T3) der Batteriezelle (21) der Batteriezelleinrichtung (20) mit einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert verglichen wird und beim Vorliegen einer bestimmten Temperatur, die den Temperaturgrenzwert überschreitet, ein defekter Zustand der Batteriezelle (21) dieser Batteriezelleinrichtung (20) erkannt wird.Method according to one of claims 8 to 11, wherein the determined temperature (T1, T2, T3) of the battery cell ( 21 ) of the battery cell device ( 20 ) is compared with a predetermined temperature limit value and, in the presence of a certain temperature which exceeds the temperature limit, a defective state of the battery cell ( 21 ) of this battery cell device ( 20 ) is recognized. Batteriesystem (10) mit einer Batterie (11) mit mehreren Batteriezelleinrichtungen (20) nach einem der Ansprüchen 1 bis 3 und einem Batteriemanagementsystem nach einem der Ansprüchen 4 bis 6, wobei zwischen je zwei benachbarten Batteriezelleinrichtungen (20) der Batterie (11) bevorzugt je ein Temperatursensor angeordnet ist, der vorzugsweise an den Batteriezellisolatoren der Batteriezellen (21) der entsprechenden benachbarten Batteriezelleinrichtungen (20) angebracht ist.Battery system ( 10 ) with a battery ( 11 ) with several battery cell devices ( 20 ) according to one of claims 1 to 3 and a battery management system according to one of claims 4 to 6, wherein between each two adjacent battery cell devices ( 20 ) of the battery ( 11 ) preferably a respective temperature sensor is arranged, which is preferably connected to the battery cell insulators of the battery cells ( 21 ) of the respective adjacent battery cell devices ( 20 ) is attached.
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