DE102014215730A1 - Battery cell module with communication device for data exchange between a plurality of similar battery cell modules connected in series - Google Patents

Battery cell module with communication device for data exchange between a plurality of similar battery cell modules connected in series Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul (101) mit Kommunikationsvorrichtung für einen Datenaustausch zwischen mehreren gleichartiger in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen (401, 101, 201, 301). Dieses umfasst eine Batteriezelle (102), eine Steuereinheit (103) mit einer ersten und einer zweiten Kommunikationseinheit (105, 106), eine erste Kopplungseinheit (129), die dazu eingerichtet ist, die erste Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) über eine zweite Kopplungseinheit (232) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) mit einer zweiten Kommunikationseinheit (206) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) oder mit einer zentralen Batteriesteuereinheit über eine einzelne Datenleitung (501) zu koppeln, und eine zweite Kopplungseinheit (132), die dazu eingerichtet ist, die zweite Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) über eine erste Kopplungseinheit (329) des folgenden Batteriezellenmoduls (301) mit einer ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls (301) über eine einzelne Datenleitung (502) zu koppeln. Dabei ist die Steuereinheit (103) dazu eingerichtet, Datensignale, die über die erste Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) empfangen wurden zu verarbeiten und/oder modifiziert oder unverändert mittels der zweiten Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) zu senden.The present invention relates to a battery cell module (101) having a communication device for data exchange between a plurality of similar battery cell modules (401, 101, 201, 301) connected in series. This comprises a battery cell (102), a control unit (103) having a first and a second communication unit (105, 106), a first coupling unit (129), which is adapted to the first communication unit (105) of the battery cell module (101) via coupling a second coupling unit (232) of the previous battery cell module (201) to a second communication unit (206) of the previous battery cell module (201) or to a central battery control unit via a single data line (501), and a second coupling unit (132) thereto is arranged to couple the second communication unit (106) of the battery cell module (101) via a first coupling unit (329) of the following battery cell module (301) with a first communication unit of the following battery cell module (301) via a single data line (502). In this case, the control unit (103) is configured to process data signals which were received via the first communication unit (105) of the battery cell module (101) and / or modified or unchanged by means of the second communication unit (106) of the battery cell module (101).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul mit Kommunikationsvorrichtung für einen Datenaustausch zwischen mehreren gleichartigen in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen.The present invention relates to a battery cell module having a communication device for data exchange between a plurality of similar series-connected battery cell modules.

Li-Ionen-, bzw. Li-Polymer-Batteriezellenmodule werden heute als Stand-Alone-Produkte ohne eigene Intelligenz hergestellt. Die Intelligenz zur Steuerung und Überwachung von Zellen sitzt entweder auf einer zentralen Batteriesteuerung, der sogenannten BCU (Battery Control Unit), oder verteilt auf teilweise dezentrale Zellüberwachungskreise, den sogenannten CSCs (Cell-Supervision-Circuits). Diese CSCs steuern und/oder überwachen neben der BCU noch Module, die aus einigen Batteriezellenmodulen bestehen.Li-ion or Li-polymer battery cell modules are today produced as stand-alone products without their own intelligence. The intelligence for controlling and monitoring cells is located either on a central battery control, the so-called BCU (Battery Control Unit), or distributed to partially decentralized cell monitoring circuits, the so-called CSCs (Cell Supervision Circuits). In addition to the BCU, these CSCs control and / or monitor modules that consist of several battery cell modules.

Einzelne Zellen durchlaufen in ihrem Produktlebenszyklus unterschiedliche Phasen, beispielsweise: Herstellung, Formierung, Verbau im Batteriepack, Betrieb im Fahrzeug, Reparatur, Austausch, Nutzungsende (End-of-Life), bzw. Wiederverwendung (Second-Life).Individual cells undergo different phases in their product life cycle, for example: production, formation, installation in the battery pack, operation in the vehicle, repair, replacement, end-of-life or re-use (second-life).

Dabei findet keine durchgehende Überwachung des Batteriezellenmoduls in seinem Lebenszyklus statt. Daten des Batteriezellenmoduls können somit nicht durchgehend erfasst werden. Während der Herstellung und der Formierung werden diese Daten über externe Überwachungssysteme, sogenannte MES-Systeme (Manufacturing Execution Systems) erfasst und verfolgt. Diese Daten stehen aber während des Betriebs, beispielsweise in einem Fahrzeug, nicht mehr zur Verfügung. Ein weiterer Bruch erfolgt dann bei Reparatur oder Austausch des Batteriezellenmoduls oder beim Übergang in ein weiteres Leben, z.B. in eine stationäre Anwendung, nachdem die Leistung für einen Betrieb in einem Fahrzeug zu schwach geworden ist.There is no continuous monitoring of the battery cell module in its life cycle. Data of the battery cell module can thus not be detected continuously. During manufacture and formation, this data is collected and tracked via external monitoring systems known as MES (Manufacturing Execution Systems). However, these data are no longer available during operation, for example in a vehicle. Further breakage then occurs upon repair or replacement of the battery cell module or as it transitions into another life, e.g. into a stationary application after the power has become too weak for operation in a vehicle.

Zudem ist ein hoher Aufwand zum Übertragen der Daten des Batteriezellenmoduls an die zentrale Batteriesteuerung notwendig, da keine lokale Überwachung/Steuerung der Erfassung der Daten durch das Batteriezellenmodul erfolgt. Somit ist ebenfalls eine hohe Anzahl von Verbindungsleitungen mit teilweise hohen Spannungen notwendig. Dabei ist die Zuordnung von Batteriezellenmodul und Verdrahtung fest zugeordnet.In addition, a high cost for transferring the data of the battery cell module to the central battery control is necessary because there is no local monitoring / control of the detection of the data by the battery cell module. Thus, a high number of connecting lines with partially high voltages is also necessary. The assignment of battery cell module and wiring is permanently assigned.

Die DE 10 2010 016 175 A1 beschreibt eine Batterieüberwachungsvorrichtung nach dem Stand der Technik mit einer Mehrzahl von Batterieüberwachungsmodulen in serieller Kommunikation mit einem Systemcontroller. The DE 10 2010 016 175 A1 describes a battery monitoring device according to the prior art with a plurality of battery monitoring modules in serial communication with a system controller.

Die DE 10 2011 002 632 A1 beschreibt eine Batteriemanagementeinheit mit einer Vielzahl von Zellen-Überwachungseinheiten, wobei diese Einheiten an einen Bus angeschlossen sind. The DE 10 2011 002 632 A1 describes a battery management unit having a plurality of cell monitoring units, these units being connected to a bus.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul mit Kommunikationsvorrichtung für einen Datenaustausch zwischen mehreren gleichartigen in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen umfasst eine Batteriezelle, die dazu eingerichtet ist, eine Batteriezellenspannung zu liefern und in Reihe mit der Batteriezelle eines vorangehenden Batteriezellenmoduls und/oder einer Batteriezelle eines folgenden Batteriezellenmoduls geschaltet zu werden, eine Steuereinheit mit einer ersten Kommunikationseinheit, die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen, und einer zweiten Kommunikationseinheit, die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu senden, eine erste Kopplungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die erste Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls über eine zweite Kopplungseinheit des vorangehenden Batteriezellenmoduls mit einer zweiten Kommunikationseinheit des vorangehenden Batteriezellenmoduls oder mit einer zentralen Batteriesteuereinheit über eine einzelne Datenleitung zu koppeln, und eine zweite Kopplungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die zweite Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls über eine erste Kopplungseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls mit einer ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls über eine einzelne Datenleitung zu koppeln, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, Datensignale, die über die erste Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls empfangen wurden zu verarbeiten und/oder modifiziert oder unverändert mittels der zweiten Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls zu senden. Ein solches Batteriezellenmodul ist vorteilhaft, da es bei minimalem Verdrahtungsaufwand eine Kommunikation zu weiteren benachbarten Batteriezellenmodulen ermöglicht. Somit wird durch ein solches Batteriezellenmodul eine Reihenschaltung mehrerer Batteriezellenmodule ermöglicht, zwischen den Daten weitergereicht werden können. Damit wird unter anderem auch erreicht, dass für eine Kommunikation kein gemeinsames Spannungsniveau zwischen allen in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen benötigt wird.The battery cell module with communication device according to the invention for data exchange between a plurality of identical battery cells modules connected in series comprises a battery cell adapted to supply a battery cell voltage and to be connected in series with the battery cell of a preceding battery cell module and / or a battery cell of a following battery cell module A control unit having a first communication unit configured to receive data signals and a second communication unit configured to transmit data signals, a first coupling unit configured to connect the first communication unit of the battery cell module via a second coupling unit of the preceding battery cell module to couple to a second communication unit of the previous battery cell module or to a central battery control unit via a single data line, and a second coupling unit, which is set up to couple the second communication unit of the battery cell module via a first coupling unit of the following battery cell module with a first communication unit of the following battery cell module via a single data line, wherein the control unit is adapted to receive data signals via the first communication unit of the Battery cell module were received to process and / or modified or unchanged to send by means of the second communication unit of the battery cell module. Such a battery cell module is advantageous because it enables communication with other adjacent battery cell modules with minimal wiring effort. Thus, a series connection of a plurality of battery cell modules is made possible by such a battery cell module, can be passed between the data. Among other things, this also ensures that no common voltage level is required between all the battery cell modules connected in series for a communication.

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

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Kopplungseinheit des Batteriezellenmoduls und die zweite Kopplungseinheit des vorangehenden Batteriezellenmoduls im gekoppelten Zustand einen ersten Spannungsteiler bilden, der einen Spannungsabfall zwischen einem ersten Potential der Batteriezelle auf Seiten des folgenden Batteriezellenmoduls und einem zweiten Potential an der zweiten Kommunikationseinheit des vorangehenden Batteriezellenmoduls teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des ersten Spannungsteilers mit der ersten Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls gekoppelt ist. Dabei können auch alle Widerstände des ersten Spannungsteilers nur von der ersten oder nur von der zweiten Kopplungseinheit umfasst sein. Somit wird eine spezielle kostengünstige Kopplung zwischen mehreren Batteriezellenmodulen über eine serielle Eindraht-Schnittstelle ermöglicht. Auf kostentreibende Kopplungskonzepte wie Optokoppler, induktive Übertrager, etc. kann dabei verzichtet werden. Zudem werden leicht zu detektierende Spannungsniveaus digitaler Datensignale in einer Datenkommunikation benachbarter Batteriezellenmodule geschaffen, durch welche zwischen logischen Einsen und Nullen in der Datenkommunikation zuverlässig unterschieden werden kann.It is advantageous if the first coupling unit of the battery cell module and the second coupling unit of the preceding battery cell module in the coupled state form a first voltage divider, the voltage drop between a first potential of the battery cell on the side of the following battery cell module and a second potential at the second communication unit of the preceding battery cell module, wherein a middle voltage tap of the first voltage divider is coupled to the first communication unit of the battery cell module. In this case, all resistors of the first voltage divider may be included only by the first or only by the second coupling unit. Thus, a special low cost coupling between multiple battery cell modules via a serial single-wire interface is made possible. Cost-effective coupling concepts such as optocouplers, inductive transformers, etc. can be dispensed with. In addition, easily detectable voltage levels of digital data signals are created in a data communication of adjacent battery cell modules, by means of which reliable distinction can be made between logical ones and zeros in the data communication.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die erste Kommunikationseinheit ferner dazu eingerichtet ist, Datensignale zu senden, und die zweite Kommunikationseinheit ferner dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, Datensignale, die über die zweite Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls empfangen wurden, modifiziert oder unverändert mittels der ersten Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls zu senden. Somit wird zwischen benachbarten Batteriezellenmodulen eine Datenkommunikation in beide Richtungen ermöglicht.It is also advantageous if the first communication unit is further configured to transmit data signals, and the second communication unit is further configured to receive data signals, wherein the control unit is adapted to receive data signals received via the second communication unit of the battery cell module. modified or unchanged by means of the first communication unit of the battery cell module to send. Thus, data communication in both directions is enabled between adjacent battery cell modules.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die zweite Kopplungseinheit des Batteriezellenmoduls und die erste Kopplungseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls im gekoppelten Zustand einen zweiten Spannungsteiler bilden, der einen Spannungsabfall zwischen einem dritten Potential der Batteriezelle auf Seiten des vorangehenden Batteriezellenmoduls und einem vierten Potential an der ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des zweiten Spannungsteilers mit der zweiten Kommunikationseinheit des Batteriezellenmoduls gekoppelt ist. Somit wird eine spezielle kostengünstige Kopplung zwischen mehreren Batteriezellenmodulen über eine serielle Eindraht-Schnittstelle ermöglicht. Auf kostentreibende Kopplungskonzepte wie Optokoppler, induktive Übertrager, etc. kann dabei verzichtet werden. Zudem werden leicht zu detektierende Spannungsniveaus digitaler Signale in der Datenkommunikation benachbarter Batteriezellenmodule geschaffen, durch welche zwischen logischen Einsen und Nullen in der Datenkommunikation zuverlässig unterschieden werden kann.Furthermore, it is advantageous for the second coupling unit of the battery cell module and the first coupling unit of the following battery cell module in the coupled state to form a second voltage divider which has a voltage drop between a third potential of the battery cell on the side of the preceding battery cell module and a fourth potential on the first communication unit of the following Battery cell module divides, wherein a middle voltage tap of the second voltage divider is coupled to the second communication unit of the battery cell module. Thus, a special low cost coupling between multiple battery cell modules via a serial single-wire interface is made possible. Cost-effective coupling concepts such as optocouplers, inductive transformers, etc. can be dispensed with. In addition, easily detectable voltage levels of digital signals are created in the data communication of adjacent battery cell modules, by means of which reliable distinction can be made between logical ones and zeros in the data communication.

Insbesondere umfasst die Steuereinheit einen Komparator, der eingehende Datensignale mit einem Vergleichswert vergleicht, wobei das Datensignal eine logische Eins aufweist, wenn die Spannung des Datensignals über dem Vergleichswert liegt und das Datensignal eine logische Null aufweist, wenn die Spannung des Datensignals unter dem Vergleichswert liegt. Somit kann die Kommunikationsvorrichtung digitale Datensignale der Datenkommunikation erkennen, deren Spannungsniveaus für logische Einsen und Nullen unterschiedlich zu den übrigen in der Steuereinheit genutzten Spannungsniveaus für digitale Signale ist.In particular, the control unit comprises a comparator which compares incoming data signals with a comparison value, the data signal having a logical one when the voltage of the data signal is above the comparison value and the data signal has a logical zero when the voltage of the data signal is below the comparison value. Thus, the communication device can recognize digital data signals of the data communication whose voltage levels for logical ones and zeros are different from the other voltage levels used in the control unit for digital signals.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, ein Initialisierungssignal mit einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel jeweils gegebener Dauer über die erste und/oder die zweite Kommunikationseinheit zu senden, wobei der hohe Pegel einem Spannungswert einer logischen Eins des Datensignals entspricht und der niedrige Pegel einem Spannungswert einer logischen Null des Datensignals entspricht, und das Initialisierungssignal des vorausgehenden oder des folgenden Batteriezellenmoduls zu empfangen, um den Vergleichswert auf einen Wert zwischen dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel festzusetzen. Somit können Schwankungen in den Spannungsniveaus der Datensignale der Datenkommunikation zwischen benachbarten Batteriezellenmodulen, welche insbesondere durch schwankende Batteriezellenspannungen der benachbarten Batteriezellenmodule verursacht werden, ausgeglichen werden.Furthermore, it is advantageous if the control unit is set up to transmit an initialization signal with a high level and a low level of respectively given duration via the first and / or the second communication unit, wherein the high level corresponds to a voltage value of a logic one of the data signal and the low level corresponds to a logical zero voltage value of the data signal, and to receive the initialization signal of the preceding or succeeding battery cell module to set the comparison value to a value between the high level and the low level. Thus, variations in the voltage levels of the data signals of the data communication between adjacent battery cell modules caused especially by fluctuating battery cell voltages of the adjacent battery cell modules can be compensated.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das Batteriezellenmodul eine Überwachungsschaltung umfasst, welche die Steuereinheit in einen aktiven Zustand versetzt, wenn das Batteriezellenmodul ein Datensignal über die erste Kommunikationseinheit und/oder die zweite Kommunikationseinheit empfängt. Somit kann der Energieverbrauch der Steuereinheit des Batteriezellenmoduls minimiert werden. It is also advantageous if the battery cell module comprises a monitoring circuit which sets the control unit in an active state when the battery cell module receives a data signal via the first communication unit and / or the second communication unit. Thus, the power consumption of the control unit of the battery cell module can be minimized.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn die Steuereinheit eine veränderliche Bezeichnung aufweist, die eine Adressierung und/oder Identifikation des Batteriezellenmoduls in einer Reihenschaltung mehrerer Batteriezellenmodule ermöglicht, wobei die Bezeichnung der Steuereinheit automatisch zugeteilt wird. Somit wird der Austausch eines Batteriezellenmoduls auf einfache Weise ermöglicht, wobei keine manuelle Konfiguration oder besondere Verdrahtung notwendig ist. Dabei müssen keine Signalleitungen für Messsignale entfernt werden und nach dem Auswechseln wieder neu angeschlossen werden, was die Gefahr durch hohe Spannungen sowie eine Verwechslungsgefahr mindert.It is equally advantageous if the control unit has a variable designation which allows addressing and / or identification of the battery cell module in a series connection of a plurality of battery cell modules, the designation of the control unit being automatically allocated. Thus, the replacement of a battery cell module is easily possible, with no manual configuration or special wiring is necessary. In this case, no signal lines for measuring signals must be removed and reconnected after replacement, which reduces the risk of high voltages and a risk of confusion.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit einen Oszillator, insbesondere einen spannungsgesteuerten Oszillator oder einen RC-Oszillator, umfasst, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, das Datensignal basierend auf einem Takt des Oszillators und einer Abweichung des Oszillators von einem zentralen, nicht von dem Batteriezellenmodul umfassten, Taktgeber zu takten. Somit wird eine hohe Datenrate in der Datenkommunikation zwischen mehreren der erfindungsgemäßen Batteriezellenmodule ermöglicht, wobei gleichzeitig auf kostengünstige Taktgeber zurückgegriffen werden kann.Further, it is advantageous if the control unit comprises an oscillator, in particular a voltage-controlled oscillator or an RC oscillator, wherein the control unit is adapted to the data signal based on a clock of Oscillator and a deviation of the oscillator from a central, not included in the battery cell module to clock clock. Thus, a high data rate in the data communication between several of the battery cell modules according to the invention is made possible, while at the same time recourse can be made to cost-effective clocks.

Ein Batteriesystem, welches n erfindungsgemäße Batteriezellenmodule umfasst, wobei die Batteriezellen der mehreren Batteriezellenmodule in Reihe geschaltet sind, die erste Kopplungseinheit von n – 1 Batteriezellenmodulen mit der zweiten Kopplungseinheit des jeweils vorangehenden Batteriezellenmoduls gekoppelt ist, und am Anfang der Reihenschaltung eine zentrale Batteriesteuereinheit angeordnet ist, die mit der ersten Kopplungseinheit des ersten Batteriezellenmoduls in der Reihenschaltung gekoppelt ist, ist ebenfalls vorteilhaft. Ein solches Batteriesystem weist alle Vorteile der erfindungsgemäßen Batteriezellenmodule auf.A battery system comprising n battery cell modules according to the invention, wherein the battery cells of the plurality of battery cell modules are connected in series, the first coupling unit of n-1 battery cell modules is coupled to the second coupling unit of the respective preceding battery cell module, and a central battery control unit is arranged at the beginning of the series connection, which is coupled to the first coupling unit of the first battery cell module in the series circuit is also advantageous. Such a battery system has all the advantages of the battery cell modules according to the invention.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Batteriesteuereinheit des Batteriesystems dazu eingerichtet ist, das Datensignal mit einem Wechselstrom, insbesondere einem Wechselstrom im GHz-Bereich, zu überlagern, dessen Frequenz einer Resonanzfrequenz von Lithium-Atomen der Batteriezellen entspricht, um eventuelles Li-Plating auf der Anode einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriesystems zu entfernen.It is advantageous if the battery control unit of the battery system is adapted to superimpose the data signal with an alternating current, in particular an alternating current in the GHz range, the frequency of which corresponds to a resonance frequency of lithium atoms of the battery cells to any Li-plating on the Anode one or more battery cells of the battery system to remove.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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

1 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, 1 a battery system according to the invention 1 in a first embodiment of the invention,

2 ein Schaltbild mehrerer Batteriezellenmodule gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, die in Reihe geschaltet sind, und 2 a circuit diagram of a plurality of battery cell modules according to the first embodiment of the invention, which are connected in series, and

3 eine Überwachungsschaltung, die von einem Batteriezellenmodul des erfindungsgemäßen Batteriesystems umfasst wird. 3 a monitoring circuit, which is comprised by a battery cell module of the battery system according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welches eine Anzahl n erfindungsgemäßer Batteriezellenmodule 2 umfasst. Jedes der n Batteriezellenmodule 2 ist in 1 mit einer zugehörigen laufenden Nummer von #1 bis #n gekennzeichnet. Dabei sind die Batteriezellen 3 der mehreren Batteriezellenmodule 2 in Reihe geschaltet, indem jeweils der positive Pol einer Batteriezelle 3 mit dem negativen Pol einer in der Reihenschaltung folgenden Batteriezelle 3 verbunden ist. Der negative Pol der ersten Batteriezelle in der Reihenschaltung ist mit einem negativen Batteriepol 4 des Batteriesystems 1 und einer zentralen Batteriesteuereinheit 6 verbunden. Dieser negative Pol der ersten Batteriezelle bildet eine Schaltungsmasse GND des Batteriesystems 1. Der positive Pol der letzten, also der n-ten, Batteriezelle 3 in der Reihenschaltung ist mit einem positiven Batteriepol 5 des Batteriesystems 1 verbunden. 1 shows a battery system according to the invention 1 in a first embodiment of the invention, which comprises a number n of battery cell modules according to the invention 2 includes. Each of the n battery cell modules 2 is in 1 marked with an associated serial number from # 1 to #n. Here are the battery cells 3 the multiple battery cell modules 2 connected in series, each by the positive pole of a battery cell 3 with the negative pole of a battery cell following in the series connection 3 connected is. The negative pole of the first battery cell in the series connection is connected to a negative battery pole 4 of the battery system 1 and a central battery control unit 6 connected. This negative pole of the first battery cell forms a circuit ground GND of the battery system 1 , The positive pole of the last, ie the nth, battery cell 3 in series connection is with a positive battery pole 5 of the battery system 1 connected.

Jedes der n Batteriezellenmodule 2 umfasst jeweils eine Steuereinheit 7, wobei jede der Steuereinheiten 7 sowohl mit dem positiven als auch mit dem negativen Pol der zugehörigen Batteriezelle 3 verbunden ist. Jede der Steuereinheiten 7 weist eine erste Kopplungseinheit 8 und eine zweite Kopplungseinheit 9 auf.Each of the n battery cell modules 2 each includes a control unit 7 , each of the control units 7 both with the positive and the negative pole of the associated battery cell 3 connected is. Each of the control units 7 has a first coupling unit 8th and a second coupling unit 9 on.

Die erste Kopplungseinheit 8 des in der Reihenschaltung ersten Batteriezellenmoduls 2 ist mit der zentralen Batteriesteuereinheit 6 verbunden. Die zweite Kopplungseinheit 9 jedes Batteriezellenmoduls 2 in der Reihenschaltung ist mit der ersten Kopplungseinheit 8 des nächsten, in der Reihenschaltung folgenden, Batteriezellenmoduls 2 verbunden. Die zweite Kopplungseinheit 9 des in der Reihenschaltung letzten Batteriezellenmoduls 2 ist mit keiner weiteren Kopplungseinheit verbunden. Es ergibt sich eine Serienschaltung aller n Batteriezellenmodule, wobei aufeinanderfolgende Batteriezellenmodule 2 jeweils über eine erste Kopplungseinheit 8 und eine zweite Kopplungseinheit 9 miteinander verbunden sind.The first coupling unit 8th of the first battery cell module in the series connection 2 is with the central battery control unit 6 connected. The second coupling unit 9 each battery cell module 2 in the series connection is with the first coupling unit 8th the next, in series connection, battery cell module 2 connected. The second coupling unit 9 of the last battery cell module in series connection 2 is not connected to any other coupling unit. This results in a series connection of all n battery cell modules, wherein successive battery cell modules 2 each via a first coupling unit 8th and a second coupling unit 9 connected to each other.

Somit ist die erste Kopplungseinheit 8 von n – 1 Batteriezellenmodulen 2 mit der zweiten Kopplungseinheit 9 des jeweils vorangehenden Batteriezellenmoduls 2 gekoppelt, und am Anfang der Reihenschaltung ist die zentrale Batteriesteuereinheit 6 angeordnet ist, die mit der ersten Kopplungseinheit 8 des ersten der Batteriezellenmodule 2 in der Reihenschaltung gekoppelt ist.Thus, the first coupling unit 8th of n - 1 battery cell modules 2 with the second coupling unit 9 of the respective preceding battery cell module 2 coupled, and at the beginning of the series connection is the central battery control unit 6 is arranged with the first coupling unit 8th the first of the battery cell modules 2 is coupled in the series circuit.

2 zeigt ein Schaltbild zweier Batteriezellenmodule 201, 101 des Batteriesystems 1 und ein teilweises Schaltbild zweier weiterer Batteriezellenmodule 301, 401 mit jeweils einer Kommunikationsvorrichtung für einen Datenaustausch zwischen mehreren gleichartigen in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen 101, 201, 301, die in der Reihenschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung in Reihe geschaltet sind. Dabei folgt in der Reihenschaltung ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul 101 auf ein vorangehendendes Batteriezellenmodul 201. In der Reihenschaltung folgt dem Batteriezellenmodul 101 ein folgendes Batteriezellenmodul 301, welches jedoch in 2 nicht vollständig dargestellt ist. In der Reihenschaltung ist vor das vorangehende Batteriezellenmodul 201 ein weiteres vorangehendes Batteriezellenmodul 401 geschaltet, welches jedoch in 2 nicht vollständig dargestellt ist. 2 shows a circuit diagram of two battery cell modules 201 . 101 of the battery system 1 and a partial circuit diagram of two further battery cell modules 301 . 401 each having a communication device for data exchange between a plurality of similar battery cell modules connected in series 101 . 201 . 301 which are connected in series in the series circuit according to the first embodiment of the invention. This is followed in series connection by an inventive battery cell module 101 to a previous battery cell module 201 , In the series connection follows the battery cell module 101 a following battery cell module 301 , which, however, in 2 not fully illustrated. In the series connection is before the preceding battery cell module 201 another previous battery cell module 401 switched, which, however, in 2 not fully illustrated.

Das Batteriezellenmodul 101 umfasst eine Batteriezelle 102, die dazu eingerichtet ist, eine Batteriezellenspannung UB1 zu liefern. Die Batteriezelle 102 ist in dieser ersten Ausführungsform eine Lithium-Ionen-Zelle. In alternativen Ausführungsformen wird die Batteriezelle 102 aus einer Reihen- und/oder Parallelschaltung mehrerer Einzelzellen gebildet. Die Batteriezellenspannung UB1 beträgt in dieser ersten Ausführungsform 3,6 Volt, kann jedoch abhängig von einem Ladungszustand der Batteriezelle 102 variieren.The battery cell module 101 includes a battery cell 102 , which is adapted to supply a battery cell voltage U B1 . The battery cell 102 is a lithium-ion cell in this first embodiment. In alternative embodiments, the battery cell 102 formed by a series and / or parallel connection of a plurality of individual cells. The battery cell voltage U B1 is 3.6 volts in this first embodiment, but may be dependent on a state of charge of the battery cell 102 vary.

Das vorangehende Batteriezellenmodul 201 umfasst eine Batteriezelle 202 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201. Das folgende Batteriezellenmodul 301 umfasst eine Batteriezelle 302 des folgenden Batteriezellenmoduls 301. Die Reihenschaltung der Batteriezellenmodule 101, 201, 301 zeichnet sich dadurch aus, dass zum einen die Batteriezellen 102, 202, 302 der in Reihe geschalteten Batteriezellenmodule 101, 201, 301 miteinander in Reihe geschaltet sind, zum anderen dadurch, dass jeweils benachbarte Batteriezellenmodule über jeweils eine einzige Datenleitung 500, 501, 502 miteinander verbunden sind.The previous battery cell module 201 includes a battery cell 202 the previous battery cell module 201 , The following battery cell module 301 includes a battery cell 302 of the following battery cell module 301 , The series connection of the battery cell modules 101 . 201 . 301 is characterized by the fact that on the one hand the battery cells 102 . 202 . 302 the series-connected battery cell modules 101 . 201 . 301 connected to each other in series, on the other by the fact that each adjacent battery cell modules via a single data line 500 . 501 . 502 connected to each other.

Das Batteriezellenmodul 101 weist eine interne Schaltungsmasse 109 auf, die durch einen negativen Pol der Batteriezelle 102 gebildet wird. Dabei ist die Schaltungsmasse 109 über einen Messwiderstand 120 von dem negativen Pol der Batteriezelle 102 getrennt, der in dieser ersten Ausführungsform jedoch einen geringen Widerstand von 100 μOhm aufweist, wodurch nur eine geringe Potentialdifferenz zwischen der Schaltungsmasse 109 und dem negativen Pol der Batteriezelle 102 besteht.The battery cell module 101 has an internal circuit ground 109 on, passing through a negative pole of the battery cell 102 is formed. Here is the circuit ground 109 via a measuring resistor 120 from the negative pole of the battery cell 102 However, in this first embodiment, the low resistance of 100 μOhm, whereby only a small potential difference between the circuit ground 109 and the negative pole of the battery cell 102 consists.

Das Batteriezellenmodul 101 umfasst ferner eine Steuereinheit 103. Die Steuereinheit 103 wird dabei in dieser ersten Ausführungsform von einem Mikrocontroller umfasst. Der Mikrokontroller nutzt die Schaltungsmasse 109 als Massepotential. Die Steuereinheit 103 ist dabei in dieser ersten Ausführungsform in einem Chip integriert.The battery cell module 101 further comprises a control unit 103 , The control unit 103 is in this first embodiment of a microcontroller includes. The microcontroller uses the circuit ground 109 as ground potential. The control unit 103 is integrated in a chip in this first embodiment.

Der Mikrocontroller, und somit die Steuereinheit 103, umfasst einen Multiplexer 104. Der Multiplexer 104 umfasst wiederum eine erste Kommunikationseinheit 105, die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen und zu senden, und eine zweite Kommunikationseinheit 106, die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen und zu senden.The microcontroller, and thus the control unit 103 , includes a multiplexer 104 , The multiplexer 104 again comprises a first communication unit 105 , which is adapted to receive and transmit data signals, and a second communication unit 106 , which is adapted to receive and send data signals.

Der Mikrocontroller, und somit die Steuereinheit 103, umfasst ferner einen Komparator 107 und einen Vergleichswertgeber 108. Der Komparator 107 weist einen invertierenden Eingang und einen nicht-invertierenden Eingang auf. Der nicht-invertierende Eingang des Komparators 107 ist mit dem Multiplexer 104 verbunden. Datensignale, die über die erste Kommunikationseinheit 105 oder die zweite Kommunikationseinheit 106 des Multiplexers 104 empfangen werden, werden an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators 107 weitergeleitet.The microcontroller, and thus the control unit 103 , further comprises a comparator 107 and a comparator 108 , The comparator 107 has an inverting input and a non-inverting input. The non-inverting input of the comparator 107 is with the multiplexer 104 connected. Data signals transmitted through the first communication unit 105 or the second communication unit 106 of the multiplexer 104 are received to the non-inverting input of the comparator 107 forwarded.

Der Komparator 107 ist mit seinem negativen Versorgungseingang über eine erste Versorgungsleitung mit der ersten Schaltungsmasse 109 verbunden und mit seinem positiven Versorgungseingang über eine zweite Versorgungsleitung mit einem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden und wird somit von der Batteriezelle 102 versorgt. Der invertierende Eingang des Komparators 107 ist mit dem Vergleichswertgeber 108 verbunden. Durch den Vergleichswertgeber 108 wird dem Komparator 107 ein Vergleichswert bereitgestellt, wobei der Vergleichswert ein Spannungspegel ist. Der Vergleichswert ist so gewählt, dass eine logische „1“ des Datensignals, die von dem Multiplexer 104 an den Komparator 107 weitergeleitet wird, einen Spannungspegel aufweist, der größer als der Vergleichswert ist, und dass eine logische „0“ des Datensignals, die von dem Multiplexer 104 an den Komparator 107 weitergeleitet wird, einen Spannungspegel aufweist, der kleiner als der Vergleichswert ist.The comparator 107 is with its negative supply input via a first supply line with the first circuit ground 109 connected and with its positive supply input via a second supply line to a positive pole of the battery cell 102 Connected and thus from the battery cell 102 provided. The inverting input of the comparator 107 is with the reference value transmitter 108 connected. Through the comparison value transmitter 108 becomes the comparator 107 provided a comparison value, wherein the comparison value is a voltage level. The comparison value is chosen to be a logical "1" of the data signal provided by the multiplexer 104 to the comparator 107 is passed, has a voltage level which is greater than the comparison value, and that a logic "0" of the data signal supplied by the multiplexer 104 to the comparator 107 is passed, has a voltage level which is smaller than the comparison value.

Der Ausgang des Komparators 107 ist mit dem Multiplexer 104 verbunden und liefert ein Ausgangssignal des Komparators 107, dessen Spannungspegel abhängig von dem Datensignal und der Versorgungsspannung des Komparators 107 ist, zurück an den Multiplexer 104. Der Spannungspegel, welcher an dem Ausgang des Komparators 107 vorliegt ist somit, abhängig von dem Datensignal, entweder gleich einem Spannungspegel, der an dem positiven Pol der ersten Batteriezelle 102 vorliegt, oder gleich einem Spannungspegel, der an der ersten Schaltungsmasse 109 vorliegt. Der zeitliche Verlauf des Spannungspegels am Ausgang des Komparators 107 bildet ein angepasstes Datensignal, dessen Spannungspegel für eine logische „1“ und dessen Spannungspegel für eine logische „0“ den sonstigen in dem Mikrokontroller genutzten Spannungspegel für digitale Werte entspricht.The output of the comparator 107 is with the multiplexer 104 connected and provides an output signal of the comparator 107 , whose voltage level depends on the data signal and the supply voltage of the comparator 107 is, back to the multiplexer 104 , The voltage level at the output of the comparator 107 is thus present, depending on the data signal, either equal to a voltage level at the positive pole of the first battery cell 102 or equal to a voltage level at the first circuit ground 109 is present. The time course of the voltage level at the output of the comparator 107 forms a matched data signal whose voltage level corresponds to a logical "1" and whose voltage level to a logic "0" corresponds to the other digital value voltage level used in the microcontroller.

Der Multiplexer 104 ist ferner mit einer Empfangseinheit 110 der Steuereinheit 103 verbunden, welche in dieser ersten Ausführungsform mit einer Verarbeitungseinheit 111 der Steuereinheit 103 gekoppelt ist. Wird von der ersten Kommunikationseinheit 105 oder der zweiten Kommunikationseinheit 106 ein Datensignal empfangen, so wird dieses für eine Pegelanpassung an den Komparator 107 weitergeleitet und dann über den Multiplexer 104 an die Empfangseinheit 110 weitergeleitet. Die Empfangseinheit 110 ist in dieser ersten Ausführungsform ein sogenannter „Enhanced Universal Asynchronous Receiver/Transmitter“. Die Verarbeitungseinheit 111 ist eine Recheneinheit, durch die eine Steuerung des Batteriezellenmoduls 101 erfolgt. Diese Steuerung kann entsprechend von Befehlen erfolgen, die dem ersten Batteriezellenmodul 101 in Form der Datensignale über den Multiplexer zugestellt werden. In dieser ersten Ausführungsform haben die Befehle ihren Ursprung dabei in der zentralen Batteriesteuerung 6.The multiplexer 104 is further provided with a receiving unit 110 the control unit 103 connected in this first embodiment with a processing unit 111 the control unit 103 is coupled. Is from the first communication unit 105 or the second communication unit 106 Receive a data signal, this is for a level adjustment to the comparator 107 forwarded and then via the multiplexer 104 to the receiving unit 110 forwarded. The receiver unit 110 is in this first embodiment, a so-called "Enhanced Universal Asynchronous Receiver / Transmitter". The processing unit 111 is a computing unit through which a control of the battery cell module 101 he follows. This control can be done in accordance with commands that the first battery cell module 101 be delivered in the form of data signals via the multiplexer. In this first embodiment, the instructions originate from the central battery controller 6 ,

Wird über die erste Kommunikationseinheit 105 ein Datensignal empfangen, welches nicht für das Batteriezellenmodul 101 bestimmt ist, so wird dieses über die zweite Kommunikationseinheit 106 an das folgende Batteriezellenmodul 301 weitergeleitet. Werden über die zweite Kommunikationseinheit 106 Daten empfangen, die nicht für das Batteriezellenmodul 101 bestimmt sind, so werden diese über die erste Kommunikationseinheit 105 an das vorangehende Batteriezellenmodul 201 weitergeleitet. Dabei erfolgt in dieser ersten Ausführungsform vor dem Weiterleiten des Datensignals jeweils eine Pegelanpassung des empfangenen Datensignals an die logischen Pegel des Batteriezellenmoduls 301, um eine Reduktion des Hubs bei einer Datenübertragung über mehrere Batteriezellenmodule hinweg zu vermeiden. In alternativen Ausführungsformen der Erfinder erfolgt vor dem Weiterleiten des Datensignals keine Pegelanpassung des empfangenen Datensignals an die logischen Pegel des Batteriezellenmoduls 301. Um das Datensignal in dem adressierten Batteriezellenmodul dennoch verarbeiten zu können, wird der Vergleichswert des adressierten Batteriezellenmoduls entsprechend angepasst. Will about the first communication unit 105 receive a data signal which is not for the battery cell module 101 is determined, this is the second communication unit 106 to the following battery cell module 301 forwarded. Be about the second communication unit 106 Receive data that is not for the battery cell module 101 are determined, these are the first communication unit 105 to the previous battery cell module 201 forwarded. In this case, in this first embodiment, prior to the forwarding of the data signal, in each case a level adaptation of the received data signal to the logic level of the battery cell module takes place 301 in order to avoid a reduction of the stroke in a data transmission across multiple battery cell modules. In alternative embodiments of the inventors, before the data signal is forwarded, there is no level adaptation of the received data signal to the logic level of the battery cell module 301 , In order to process the data signal in the addressed battery cell module nevertheless, the comparison value of the addressed battery cell module is adjusted accordingly.

Der Mikrocontroller, und somit die Steuereinheit 103, umfasst ferner einen Analog-Digital-Wandler 112. Der Analog-Digital-Wandler 112 ist mit dem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden, um die Batteriezellenspannung UB1 gegenüber der Schaltungsmasse 109 zu erfassen und in einen digitalen Wert zu wandeln, der die Batteriezellenspannung UB1 beschreibt.The microcontroller, and thus the control unit 103 , further comprises an analog-to-digital converter 112 , The analog-to-digital converter 112 is with the positive pole of the battery cell 102 connected to the battery cell voltage U B1 against the circuit ground 109 to capture and convert to a digital value that describes the battery cell voltage U B1 .

Ferner ist der Analog-Digital-Wandler 112 mit einem Ausgang eines Operationsverstärkers 119 verbunden, wobei ein erster Eingang dieses Operationsverstärkers 119 mit einer ersten Seite des ersten Messwiderstandes 120 verbunden ist und ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers 119 mit einer zweiten Seite des ersten Messwiderstandes 120 verbunden ist. Der Operationsverstärkers 119 ist mit seinem negativen Versorgungseingang mit der ersten Versorgungsleitung verbunden und mit seinem positiven Versorgungseingang mit der zweiten Versorgungsleitung verbunden und wird somit von der Batteriezelle 102 versorgt. Somit wird ein Spannungsabfall über den Messwiderstand 120 erfasst und durch den Operationsverstärker 119 verstärkt und an den Analog-Digital-Wandler 112 übertragen. Dieser setzt den verstärkten Spannungsabfall in ein digitales Signal um, welches einen Strom beschreibt, der durch die Batteriezelle 102 fließt.Further, the analog-to-digital converter 112 with an output of an operational amplifier 119 connected, wherein a first input of this operational amplifier 119 with a first side of the first measuring resistor 120 is connected and a second input of the operational amplifier 119 with a second side of the first measuring resistor 120 connected is. The operational amplifier 119 is connected to its negative supply input to the first supply line and connected to its positive supply input to the second supply line and is thus from the battery cell 102 provided. Thus, a voltage drop across the measuring resistor 120 captured and through the operational amplifier 119 amplified and to the analog-to-digital converter 112 transfer. This converts the amplified voltage drop into a digital signal which describes a current passing through the battery cell 102 flows.

Ferner ist der Analog-Digital-Wandler 112 mit einem Temperaturmessglied 121 verbunden, welches einen temperaturabhängigen Widerstand 122 und einen ohmschen Widerstand 123 umfasst. Eine erste Seite des temperaturabhängigen Widerstandes 122 ist mit der ersten Schaltungsmasse 109 verbunden. Eine zweite Seite des temperaturabhängigen Widerstandes 122 ist über den ohmschen Widerstand 123 mit dem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden. Der Analog-Digital-Wandler 112 ist mit der zweiten Seite des temperaturabhängigen Widerstandes 122 verbunden. Der temperaturabhängige Widerstand 122 und der ohmsche Widerstand 123 bilden somit einen Spannungsteiler, welche die Batteriezellenspannung UB1 temperaturabhängig teilt. Die durch das Temperaturmessglied 121 verringerte temperaturabhängige Spannung wird in dem Analog-Digital-Wandler 112 in ein digitales Signal umgesetzt, welches eine Temperatur des Batteriezellenmoduls 101 beschreibt.Further, the analog-to-digital converter 112 with a temperature measuring element 121 connected, which has a temperature-dependent resistance 122 and an ohmic resistance 123 includes. A first side of the temperature-dependent resistor 122 is with the first circuit ground 109 connected. A second side of the temperature-dependent resistor 122 is over the ohmic resistance 123 with the positive pole of the battery cell 102 connected. The analog-to-digital converter 112 is with the second side of the temperature dependent resistor 122 connected. The temperature-dependent resistance 122 and the ohmic resistance 123 thus form a voltage divider, which divides the battery cell voltage U B1 depending on temperature. The through the temperature measuring element 121 reduced temperature-dependent voltage is used in the analog-to-digital converter 112 converted into a digital signal which is a temperature of the battery cell module 101 describes.

Der Analog-Digital-Wandler 112 ist mit dem Multiplexer 104 verbunden und überträgt die digitalen Signale, welche einen Strom, der über die erste Batteriezelle 102 fließt, die Batteriezellenspannung UB1 und die Temperatur des Batteriezellenmoduls 101 beschreiben, über den Multiplexer 104 an die Empfangseinheit 110 und somit an die Verarbeitungseinheit 111.The analog-to-digital converter 112 is with the multiplexer 104 connected and transmits the digital signals, which is a current flowing through the first battery cell 102 flows, the battery cell voltage U B1 and the temperature of the battery cell module 101 describe about the multiplexer 104 to the receiving unit 110 and thus to the processing unit 111 ,

Der Mikrocontroller, und somit die Steuereinheit 103, umfasst ferner ein Schaltmodul 124, welches in dieser ersten Ausführungsform einen ersten Balancing-Schalter 125 und einen zweiten Balancing-Schalter 126 umfasst. Dabei sind eine erste Seite des ersten Balancing-Schalters 125 und eine erste Seite des zweiten Balancing-Schalters 126 mit der Schaltungsmasse 109 verbunden. Eine zweite Seite des ersten Balancing-Schalters 125 ist über einen ersten Balancing-Widerstand 127 mit dem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden. Eine zweite Seite des zweiten Balancing-Schalters 126 ist über einen zweiten Balancing-Widerstand 128 mit dem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden. Der Schaltzustand der Balancing-Schalter 125, 126 kann dabei von der Verarbeitungseinheit 111 gesteuert werden. Durch ein Schließen des ersten Balancing-Schalters 125 und/oder des zweiten Balancing-Schalters 126 kann die Batteriezelle 102 über den ersten und/oder den zweiten Balancing-Widerstand 127, 128 entladen werden.The microcontroller, and thus the control unit 103 , further comprises a switching module 124 which in this first embodiment, a first balancing switch 125 and a second balancing switch 126 includes. Here are a first page of the first balancing switch 125 and a first side of the second balancing switch 126 with the circuit ground 109 connected. A second page of the first balancing switch 125 is about a first balancing resistance 127 with the positive pole of the battery cell 102 connected. A second side of the second balancing switch 126 is over a second balancing resistance 128 with the positive pole of the battery cell 102 connected. The switching state of the balancing switch 125 . 126 can be done by the processing unit 111 to be controlled. By closing the first balancing switch 125 and / or the second balancing switch 126 can the battery cell 102 over the first and / or the second balancing resistance 127 . 128 be discharged.

Das Batteriezellenmodul 101 umfasst ferner eine erste Kopplungseinheit 129, die in dieser ersten Ausführungsform im Wesentlichen aus einem ersten Widerstand 130 besteht. Die erste Kopplungseinheit 129 ist derart mit den übrigen Komponenten des Batteriezellenmoduls 101 verschaltet, dass eine erste Seite des ersten Widerstandes 130 mit dem positiven Pol der Batteriezelle 102 verbunden ist und eine zweite Seite des ersten Widerstandes 130 mit der ersten Kommunikationseinheit 105 verbunden ist. An der zweiten Seite des ersten Widerstandes 130 ist zugleich ein Steckkontakt angeordnet, der das Batteriezellenmodul 101 mit einer zweiten Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 über eine erste Steckverbindung verbindet und die Datenleitung 501 zwischen dem ersten Batteriezellenmodul 101 und dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 bildet. Der erste Widerstand 130 hat einen Widerstandswert von R1 = 10 kΩ.The battery cell module 101 further comprises a first coupling unit 129 which in this first embodiment consists essentially of a first resistance 130 consists. The first coupling unit 129 is so with the other components of the battery cell module 101 interconnects that first side of the first resistor 130 with the positive pole of the battery cell 102 is connected and a second side of the first resistor 130 with the first communication unit 105 connected is. At the second side of the first resistance 130 At the same time a plug contact is arranged, which is the battery cell module 101 with a second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 connects via a first connector and the data line 501 between the first battery cell module 101 and the foregoing battery cell module 201 forms. The first resistance 130 has a resistance of R 1 = 10 kΩ.

Das Batteriezellenmodul 101 umfasst ferner eine zweite Kopplungseinheit 132, die in dieser ersten Ausführungsform im Wesentlichen aus einem zweiten Widerstand 133 und einem dritten Widerstand 134 besteht. Die zweite Kopplungseinheit 132 ist derart mit den übrigen Komponenten des Batteriezellenmoduls 101 verschaltet, dass eine erste Seite des zweiten Widerstandes 133 mit der zweiten Kommunikationseinheit 106 verbunden ist und an einer zweiten Seite des zweiten Widerstandes 133 ein Steckkontakt angeordnet ist, der das Batteriemodul 101 mit einer ersten Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 301 über eine zweite Steckverbindung verbindet und somit die Datenleitung 502 zwischen dem Batteriezellenmodul 101 und dem folgenden Batteriezellenmodul 301 bildet. Die erste Seite des zweiten Widerstandes 133 ist ferner über den dritten Widerstand 134 und einen dazu in Reihe geschalteten Schalter 135 mit der Schaltungsmasse 109 verbunden. Der zweite Widerstand 133 hat einen Widerstandswert von R2 = 10 kΩ. Der dritte Widerstand 134 hat einen Widerstandswert von R3 = 10 kΩ.The battery cell module 101 further comprises a second coupling unit 132 , which in this first embodiment essentially consists of a second resistor 133 and a third resistor 134 consists. The second coupling unit 132 is so with the other components of the battery cell module 101 interconnects that first side of the second resistor 133 with the second communication unit 106 is connected and on a second side of the second resistor 133 a plug contact is arranged, which is the battery module 101 with a first coupling unit 329 of the following battery cell module 301 Connects via a second connector and thus the data line 502 between the battery cell module 101 and the following battery cell module 301 forms. The first page of the second resistance 133 is also about the third resistor 134 and a switch connected in series 135 with the circuit ground 109 connected. The second resistance 133 has a resistance of R 2 = 10 kΩ. The third resistance 134 has a resistance of R 3 = 10 kΩ.

Das in 2 gezeigte vorangehende Batteriezellenmodul 201 ist baugleich dem Batteriezellenmodul 101. Das folgende Batteriezellenmodul 301 ist ebenfalls baugleich dem Batteriezellenmodul 101.This in 2 shown previous battery cell module 201 is identical to the battery cell module 101 , The following battery cell module 301 is also identical to the battery cell module 101 ,

Da, wenn das Batteriezellenmodul 101 mit dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 in Reihe geschaltet ist, die erste Kopplungseinheit 129 des Batteriemoduls 101 mit der zweiten Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 über die erste Steckverbindung verbunden ist und die zweite Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 mit einer zweiten Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 verbunden ist, ist somit die erste Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 über die zweite Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 mit der zweiten Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 über die einzelne Datenleitung 501 verbunden. Dabei wird die einzelne Datenleitung 501 durch die Steckverbindung zwischen der ersten Kopplungseinheit 129 und der zweiten Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gebildet und ist in diesem Falle eine Ein-Draht-Verbindung.Because when the battery cell module 101 with the preceding battery cell module 201 is connected in series, the first coupling unit 129 of the battery module 101 with the second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 connected via the first connector and the second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 with a second communication unit 206 the previous battery cell module 201 is thus the first communication unit 105 of the battery cell module 101 via the second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 with the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 over the single data line 501 connected. In the process, the individual data line becomes 501 through the connector between the first coupling unit 129 and the second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 is formed and in this case a one-wire connection.

Da, wenn das Batteriezellenmodul 101 mit dem folgenden Batteriezellenmodul 301 in Reihe geschaltet ist, die zweite Kopplungseinheit 132 des Batteriemoduls 101 mit der ersten Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 301 über die zweite Steckverbindung verbunden ist und die erste Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 301 mit einer ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls 301 verbunden ist, ist somit die zweite Kommunikationseinheit 106 des Batteriezellenmoduls 101 über die erste Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 301 mit der ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls 301 über die einzelne Datenleitung 502 verbunden. Dabei wird die einzelne Datenleitung 502 durch die Steckverbindung zwischen der zweiten Kopplungseinheit 132 und der ersten Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 301 gebildet und ist in diesem Falle eine Ein-Draht-Verbindung.Because when the battery cell module 101 with the following battery cell module 301 is connected in series, the second coupling unit 132 of the battery module 101 with the first coupling unit 329 of the following battery cell module 301 connected via the second connector and the first coupling unit 329 of the following battery cell module 301 with a first communication unit of the following battery cell module 301 is thus the second communication unit 106 of the battery cell module 101 over the first coupling unit 329 of the following battery cell module 301 with the first communication unit of the following battery cell module 301 over the single data line 502 connected. In the process, the individual data line becomes 502 through the connector between the second coupling unit 132 and the first coupling unit 329 of the following battery cell module 301 is formed and in this case a one-wire connection.

Eine Schaltungsmasse 209 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 und die Schaltungsmasse 109 liegen nicht auf einem gemeinsamen Spannungspegel. Vielmehr ist ersichtlich, dass zwischen den beiden Schaltungsmassen 109, 209 ein Spannungsabfall vorliegt, der im Wesentlichen durch eine Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 definiert wird. Somit erhöht sich das Spannungsniveau von Batteriezellenmodul zu Batteriezellenmodul und die Erhöhung ist direkt abhängig vom Zustand der jeweiligen Batteriezelle.A circuit ground 209 the previous battery cell module 201 and the circuit ground 109 are not at a common voltage level. Rather, it can be seen that between the two circuit masses 109 . 209 a voltage drop is present, which is essentially due to a battery cell voltage U B2 of the preceding battery cell module 201 is defined. Thus, the voltage level increases from battery cell module to battery cell module and the increase is directly dependent on the state of the respective battery cell.

Die erste Kopplungseinheit 129 des Batteriezellenmoduls 101 und die zweite Kopplungseinheit 232 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 bilden im gekoppelten Zustand einen ersten Spannungsteiler, der einen Spannungsabfall zwischen einem ersten Potential der Batteriezelle 102 auf Seiten des folgenden Batteriezellenmoduls 301, hier an dem positiven Pol der Batteriezelle 102, und einem zweiten Potential an der zweiten Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des ersten Spannungsteilers mit der ersten Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 gekoppelt ist.The first coupling unit 129 of the battery cell module 101 and the second coupling unit 232 the previous battery cell module 201 form in the coupled state, a first voltage divider, a voltage drop between a first potential of the battery cell 102 on the side of the following battery cell module 301 , here at the positive pole of the battery cell 102 , and a second potential at the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 divides, wherein a mean voltage tap of the first voltage divider with the first communication unit 105 of the battery cell module 101 is coupled.

Die Steuereinheit 103 ist dazu eingerichtet, die Datensignale, die über die erste Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 empfangen wurden, zu verarbeiten und/oder modifiziert oder unverändert mittels der zweiten Kommunikationseinheit 106 des Batteriezellenmoduls 101 zu senden. Somit können Informationen von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 an das Batteriezellenmodul 101 übertragen werden. Ferner können Informationen von dem Batteriezellenmodul 101 an das folgende Batteriezellenmodul 301 übertragen werden. Somit wird es ermöglicht, dass Informationen in der Reihenschaltung der Batteriezellenmodule 2 weitergereicht werden, bis diese eines oder mehrere Batteriezellenmodule 2 erreicht, für die diese Information bestimmt ist.The control unit 103 is adapted to the data signals transmitted through the first communication unit 105 of the battery cell module 101 receive have been processed and / or modified or unchanged by means of the second communication unit 106 of the battery cell module 101 to send. Thus, information may be from the previous battery cell module 201 to the battery cell module 101 be transmitted. Furthermore, information from the battery cell module 101 to the following battery cell module 301 be transmitted. Thus, it is possible that information in the series connection of the battery cell modules 2 be passed on until this one or more battery cell modules 2 achieved for which this information is intended.

Es wird beispielhaft eine Datenübertragung von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 an das Batteriezellenmodul 101 beschrieben. Bei dieser Datenübertragung ist ein Schalter 235 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201, der dem Schalter des Batteriezellenmoduls 101 entspricht, geöffnet, um keine unnötige Strombelastung zu erhalten. Das Datensignal besteht dabei aus logischen Nullen „0“ und logischen Einsen „1“ und wird von der zweiten Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gesendet.By way of example, data will be transferred from the previous battery cell module 201 to the battery cell module 101 described. In this data transfer is a switch 235 the previous battery cell module 201 , the switch of the battery cell module 101 corresponds to, opened, in order to receive no unnecessary current load. The data signal consists of logical zeroes "0" and logical ones "1" and is from the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 Posted.

Bezogen auf die Schaltungsmasse 209 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 hat eine logische „0“ in dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 einen Spannungspegel von 0 V und ein logische „1“ einen Spannungspegel gleich der Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201. Bezogen auf die Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 hat eine logische „0“ in dem Batteriezellenmodul 101 einen Spannungspegel von 0 V und ein logische „1“ einen Spannungspegel gleich der Batteriezellenspannung UB1 des Batteriezellenmoduls 101. Bezogen auf die Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 wäre somit der Spannungspegel der logischen „1“ des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gleich dem Spannungspegel der logischen „0“ des Batteriezellenmoduls 101. Dies würde zu einer fehlerhaften Kommunikation zwischen den Batteriezellenmodulen 201, 101 führen. Relative to the circuit ground 209 the previous battery cell module 201 has a logic "0" in the previous battery cell module 201 a voltage level of 0 V and a logical "1" a voltage level equal to the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 , Relative to the circuit ground 109 of the battery cell module 101 has a logic "0" in the battery cell module 101 a voltage level of 0 V and a logical "1" a voltage level equal to the battery cell voltage U B1 of the battery cell module 101 , Relative to the circuit ground 109 of the battery cell module 101 Thus, the voltage level would be the logic "1" of the previous battery cell module 201 equal to the voltage level of the logic "0" of the battery cell module 101 , This would lead to faulty communication between the battery cell modules 201 . 101 to lead.

Erfindungsgemäß erfolgt jedoch eine Potentialanpassung zwischen den benachbarten Batteriezellenmodulen 201, 101, indem der Spannungspegel der logischen „0“ und der logischen „1“ des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201, verbunden mit einer Reduktion des Hubs, durch den ersten Spannungsteiler angehoben wird. Dies erfolgt dabei mittels eines Widerstandsnetzwerkes, welches von dem ersten und dem zweiten Spannungsteiler gebildet wird.According to the invention, however, a potential adaptation takes place between the adjacent battery cell modules 201 . 101 by the voltage level of the logic "0" and the logical "1" of the previous battery cell module 201 , associated with a reduction of the stroke, is lifted by the first voltage divider. This is done by means of a resistor network, which is formed by the first and the second voltage divider.

Wird durch die zweite Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 eine logische „0“ gesendet, so liegt über dem ersten Spannungsteiler ein Spannungsabfall vor, der einer Summe der Batteriezellenspannung UB1 des Batteriezellenmoduls 101 und der Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 entspricht. Da der ersten Widerstand 130 des Batteriezellenmoduls 101 und ein zweiter Widerstand 233 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201, der dem zweiten Widerstand 133 des Batteriemoduls 101 entspricht, gleich dimensioniert sind, liegt zwischen diesen beiden Widerständen der halbe Spannungsabfall vor. Da zudem die Batteriezellenspannung UB1 des Batteriezellenmoduls 101 und die Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 in etwa gleich sind, wird der Spannungspegel einer logischen „0“ des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 in etwa um den Wert der Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201, also um ca. 3,6 Volt angehoben. Da das Massepotential an der Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 ebenfalls um den Wert der Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gegenüber dem Massepotential an der Schaltungsmasse 209 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 angehoben ist, ergibt sich, dass eine logische „0“, die durch die zweite Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gesendet wurde, ein Spannungsniveau an der ersten Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 verursacht, welches sich durch eine Spannungsdifferenz von in etwa 0 V gegenüber dem Massepotential an der Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 auszeichnet.Is through the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 sent a logic "0", so there is above the first voltage divider before a voltage drop, which is a sum of the battery cell voltage U B1 of the battery cell module 101 and the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 equivalent. Because the first resistance 130 of the battery cell module 101 and a second resistor 233 the previous battery cell module 201 , the second resistance 133 of the battery module 101 corresponds, are dimensioned equal, there is half the voltage drop between these two resistors. In addition, since the battery cell voltage U B1 of the battery cell module 101 and the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 are approximately equal, the voltage level of a logical "0" of the previous battery cell module 201 approximately the value of the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 , ie at approx. 3 , 6 volts raised. Because the ground potential at the circuit ground 109 of the battery cell module 101 also by the value of the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 opposite the ground potential at the circuit ground 209 the previous battery cell module 201 is raised, that results in a logical "0" passing through the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 was sent Voltage level at the first communication unit 105 of the battery cell module 101 caused by a voltage difference of about 0 V from the ground potential at the circuit ground 109 of the battery cell module 101 distinguished.

Wird durch die zweite Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 eine logische „1“ gesendet, so liegt über dem ersten Spannungsteiler ein Spannungsabfall vor, der in etwa der Batteriezellenspannung UB1 des Batteriezellenmoduls 101 entspricht. Da der erste Widerstand 130 des Batteriezellenmoduls 101 und der zweite Widerstand 233 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gleich dimensioniert sind, liegt zwischen diesen beiden Widerständen nur der halbe Spannungsabfall vor. Dieser entspricht somit in etwa der halben Batteriezellenspannung UB1 des Batteriezellenmoduls 101 und somit in etwa 1,8 Volt. Mit Bezug auf das Massepotential an der Schaltungsmasse 209 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 wird somit der Spannungspegel der logischen „1“ von 3,6 Volt um 1,8 Volt angehoben und liegt somit in etwa bei 5,4 Volt. Da das Massepotential an der Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 um den Wert der Batteriezellenspannung UB2 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gegenüber dem Massepotential an der Schaltungsmasse 209 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 angehoben ist, ergibt sich, dass eine logische „1“, die durch die zweite Kommunikationseinheit 206 des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 gesendet wurde, ein Spannungsniveau an der ersten Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 verursacht, welches sich durch eine Spannungsdifferenz von in etwa 1,8 V gegenüber dem Massepotential an der Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 auszeichnet.Is through the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 sent a logical "1", so there is above the first voltage divider before a voltage drop, which is approximately the battery cell voltage U B1 of the battery cell module 101 equivalent. Because the first resistance 130 of the battery cell module 101 and the second resistance 233 the previous battery cell module 201 are dimensioned the same, there is only half the voltage drop between these two resistors. This thus corresponds approximately to half the battery cell voltage U B1 of the battery cell module 101 and thus in about 1.8 volts. With reference to the ground potential at the circuit ground 209 the previous battery cell module 201 Thus, the voltage level of the logic "1" of 3.6 volts is increased by 1.8 volts and is thus approximately at 5.4 volts. Because the ground potential at the circuit ground 109 of the battery cell module 101 by the value of the battery cell voltage U B2 of the previous battery cell module 201 opposite the ground potential at the circuit ground 209 the previous battery cell module 201 is raised, it follows that a logical "1", by the second communication unit 206 the previous battery cell module 201 has been sent, a voltage level at the first communication unit 105 of the battery cell module 101 caused by a voltage difference of about 1.8 V relative to the ground potential at the circuit ground 109 of the battery cell module 101 distinguished.

Die Spannungspegel des Datensignals des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 an die erste Kommunikationseinheit 105 des Batteriezellenmoduls 101 können somit mit Bezug auf das Massepotential an der Schaltungsmasse 109 des Batteriezellenmoduls 101 wie folgt zusammengefasst werden:The voltage levels of the data signal of the previous battery cell module 201 to the first communication unit 105 of the battery cell module 101 can thus with respect to the ground potential at the circuit ground 109 of the battery cell module 101 summarized as follows:

Spannungspegel einer logischen „0“: (UB1 – UB2) × R2/(R1 + R2) [im Bereich von 0 Volt] Voltage level of a logical "0": (U B1 -U B2 ) × R 2 / (R 1 + R 2 ) [in the range of 0 volts]

Spannungspegel einer logischen „1“: (UB1) × R2/(R1 + R2) [im Bereich von UB1/2] Voltage level of a logical "1": (U B1 ) × R 2 / (R 1 + R 2 ) [in the range of U B1 / 2]

Eine weitere Anpassung des Spannungspegels erfolgt mittels des Komparators 107. Der Vergleichswert liegt dabei in einem Bereich über 0 Volt aber unter UB1/2.A further adjustment of the voltage level by means of the comparator 107 , The comparison value is in a range above 0 volts but below U B1 / 2.

Um den Vergleichswert vorteilhaft zu setzen, wird zunächst von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 ein High-Signal, welches einen Spannungspegel einer logischen „1“ hat, über eine vorgegebene Zeitdauer, hier 800 μs, gesendet. Dann wird von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 ein Low-Signal, welches einen Spannungspegel einer logischen „0“ hat, über eine vorgegebene Zeitdauer, hier 800 μs, gesendet. Aus dem High-Signal und dem Low-Signal wird der Vergleichswert und somit eine Schwelle und Hysterese des Komparators 107 ermittelt.To make the comparison value advantageous, the first of the preceding battery cell module is used 201 a high signal, which has a voltage level of a logical "1", over a given period of time, here 800 μs, sent. Then, from the foregoing battery cell module 201 a low signal having a voltage level of logic "0" over a predetermined period of time, here 800 μs, sent. From the high signal and the low signal becomes the comparison value and thus a threshold and hysteresis of the comparator 107 determined.

Es wird beispielhaft eine Datenübertragung von dem folgenden Batteriezellenmodul 301 an das Batteriezellenmodul 101 beschrieben. Bei dieser Datenübertragung ist der Schalter 135 des Batteriezellenmoduls 101 geschlossen. Ein Datensignal bestehend aus logischen Nullen „0“ und logischen Einsen „1“ wird von der ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls 301 gesendet.By way of example, data will be transmitted from the following battery cell module 301 to the battery cell module 101 described. In this data transfer is the switch 135 of the battery cell module 101 closed. A data signal consisting of logical zeros "0" and logical ones "1" is from the first communication unit of the following battery cell module 301 Posted.

Die zweite Kopplungseinheit 132 des Batteriezellenmoduls 101 und die erste Kopplungseinheit 329 des folgenden Batteriezellenmoduls 201 bilden bei geschlossenem Schalter 135 des Batteriezellenmoduls 101 im gekoppelten Zustand einen zweiten Spannungsteiler, der einen Spannungsabfall zwischen einem Potential der Batteriezelle 102 auf Seiten des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201, in diesem Falle an der Schaltungsmasse 109, und einem Potential an der ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls 301 teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des zweiten Spannungsteilers mit der zweiten Kommunikationseinheit 106 des Batteriezellenmoduls 101 gekoppelt ist. The second coupling unit 132 of the battery cell module 101 and the first coupling unit 329 of the following battery cell module 201 form with the switch closed 135 of the battery cell module 101 in the coupled state, a second voltage divider, the voltage drop between a potential of the battery cell 102 on the side of the previous battery cell module 201 , in this case at the circuit ground 109 , and a potential at the first communication unit of the following battery cell module 301 divides, wherein a mean voltage tap of the second voltage divider with the second communication unit 106 of the battery cell module 101 is coupled.

Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Potentialanpassung zwischen den benachbarten Batteriezellenmodulen 101, 301, indem der Spannungspegel der logischen „0“ und der logischen „1“ des folgenden Batteriezellenmoduls 301, verbunden mit einer Reduktion des Hubs, durch den zweiten Spannungsteiler gesenkt wird. Dies erfolgt durch den zweiten Spannungsteiler analog dem anheben des Spannungspegels durch den ersten Spannungsteiler.According to the invention, there is thus a potential adaptation between the adjacent battery cell modules 101 . 301 in that the voltage level of the logic "0" and the logic "1" of the following battery cell module 301 , associated with a reduction of the stroke, is lowered by the second voltage divider. This is done by the second voltage divider analogous to the raising of the voltage level by the first voltage divider.

Eine weitere Anpassung des Spannungspegels erfolgt wiederum mittels des Komparators 107. Um den Vergleichswert vorteilhaft zu setzen, wird auch in diesem Falle zunächst von dem folgenden Batteriezellenmodul 301 ein High-Signal, welches einen Spannungspegel einer logischen „1“ hat, über eine vorgegebene Zeitdauer, hier 800 μs, gesendet. Dann wird von dem folgenden Batteriezellenmodul 301 ein Low-Signal, welches einen Spannungspegel einer logischen „0“ hat, über eine vorgegebene Zeitdauer, hier 800 μs, gesendet. Aus dem High-Signal und dem Low-Signal wird der Vergleichswert und somit eine Schwelle und Hysterese des Komparators 107 ermittelt.A further adjustment of the voltage level is again by means of the comparator 107 , In order to make the comparative value advantageous, in this case as well, first of all, the following battery cell module 301 a high signal, which has a voltage level of a logical "1", over a given period of time, here 800 μs, sent. Then it will be from the following battery cell module 301 a low signal, which has a voltage level of a logical "0", over a predetermined period of time, here 800 microseconds sent. From the high signal and the low signal becomes the comparison value and thus a threshold and hysteresis of the comparator 107 determined.

Da eine Datenübertragung von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 an das Batteriezellenmodul 101 ermöglicht ist und eine Datenübertragung von dem folgenden Batteriezellenmodul 301 an das Batteriezellenmodul 101 ermöglicht ist, können Informationen in beide Richtungen der Reihenschaltung weitergereicht werden.Since a data transfer from the previous battery cell module 201 to the battery cell module 101 is enabled and a data transfer from the following battery cell module 301 to the battery cell module 101 allows information to be passed in both directions of the series connection.

Der Mikrokontroller, der die Steuereinheit 103 umfasst, umfasst in dieser ersten Ausführungsform einen internen Oszillator auf Basis eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO). Alternativ kann auch ein einfacher RC-Oszillator genutzt werden. Dieser gibt z.B. eine Frequenz im Bereich von 500 kHz aus. Diese Frequenz wird durch eine Phasenregelschleife vervielfacht, um eine entsprechend hohe Arbeitsfrequenz und somit Taktfrequenz für den Mikrokontroller zu erreichen.The microcontroller, which is the control unit 103 includes, in this first embodiment, an internal oscillator based on a voltage-controlled oscillator (VCO). Alternatively, a simple RC oscillator can be used. This example outputs a frequency in the range of 500 kHz. This frequency is multiplied by a phase locked loop to achieve a correspondingly high operating frequency and thus clock frequency for the microcontroller.

Dabei besteht jedoch das Problem, dass solche Oszillatoren eine hohe Toleranz aufweisen, so dass eine verkettete Kommunikation zwischen den Batteriezellenmodulen, z.B. dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 und dem Batteriezellenmodul 101, bei der hier vorliegenden asynchronen Kommunikation nur sehr eingeschränkt möglich wäre, da eine genaue zeitliche Auflösung nicht möglich ist.However, there is the problem that such oscillators have a high tolerance, so that a chained communication between the battery cell modules, eg the preceding battery cell module 201 and the battery cell module 101 , in which present asynchronous communication would be possible only to a very limited extent, since an exact temporal resolution is not possible.

Daher ist das Batteriezellenmodul 101 dazu eingerichtet, seine Taktfrequenz mit der Taktfrequenz des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 abzugleichen. Wird ein Datensignal von dem vorangehenden Batteriezellenmodul 201 an das Batteriezellenmodul 101 gesendet, so ist dieses Datensignal entsprechend der Taktfrequenz oder einem Vielfachen der Taktfrequenz des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 getaktet. Das Datensignal weist somit eine der Taktfrequenz entsprechende Rasterfrequenz auf. Über den zeitlichen Abstand der in dem Datensignal anfallenden Flanken wird eine Abweichung des Taktes des internen Oszillators des Batteriezellenmoduls 101 von dem Takt des internen Oszillator des vorangehenden Batteriezellenmoduls 201 ermittelt. Diese Abweichung wird in eine Korrekturspannung für den VCO umgesetzt. Hierzu wird ein digitaler Kaskadenregelkreis mit einer internen Schleife für die Phasenabweichung und einer äußeren Schleife für die Frequenz verwendet. Somit erfolgt eine Rasteranpassung, damit sämtliche Mikrokontroller auf ein gemeinsames Raster synchronisiert sind.Therefore, the battery cell module is 101 adapted to its clock frequency with the clock frequency of the previous battery cell module 201 match. If a data signal from the preceding battery cell module 201 to the battery cell module 101 sent, this data signal is corresponding to the clock frequency or a multiple of the clock frequency of the previous battery cell module 201 clocked. The data signal thus has a raster frequency corresponding to the clock frequency. Over the time interval of the resulting in the data signal edges is a deviation of the clock of the internal oscillator of the battery cell module 101 from the clock of the internal oscillator of the preceding battery cell module 201 determined. This deviation is converted into a correction voltage for the VCO. For this purpose, a digital cascade control loop with an internal loop for the phase deviation and an outer loop for the frequency is used. Thus, a grid adjustment is done so that all microcontroller are synchronized to a common grid.

Die zentrale Batteriesteuerung 6 umfasst einen Quarzresonator als zentralen Taktgeber. Aufgrund der geringen Toleranz von Quarzresonatoren weist die Batteriesteuerung 6 somit eine zeitlich kontinuierliche Taktfrequenz auf. Wird ein Datensignal von der zentralen Batteriesteuerung 6 an das in der Reihenschaltung erste Batteriezellenmodul gesendet, so ist dieses Datensignal entsprechend der Taktfrequenz oder einem Vielfachen der Taktfrequenz getaktet. Somit wird durch die zentrale Batteriesteuerung 6 eine Taktfrequenz vorgegeben, mit der sich alle Batteriezellenmodule abgleichen. Somit wird der Mikrokontroller und damit das Datensignal basierend auf einem Takt des Oszillators und einer Abweichung des Oszillators von einem zentralen, nicht von dem Batteriezellenmodul 101 umfassten, Taktgeber getaktet.The central battery control 6 includes a quartz resonator as a central clock. Due to the low tolerance of quartz resonators, the battery controller 6 thus a temporally continuous clock frequency. Will a data signal from the central battery controller 6 sent to the first battery cell module in the series connection, this data signal is clocked according to the clock frequency or a multiple of the clock frequency. Thus, through the central battery control 6 given a clock frequency with which all battery cell modules match. Thus, the microcontroller and thus the data signal based on a clock of the oscillator and a deviation of the oscillator from a central, not from the battery cell module 101 included, clock clocked.

Es wird somit eine genaue Phasenkopplung zwischen den Mikrokontrollern der Batteriezellenmodule 2 erreicht. Die asynchrone Datenübertragung kann mit einer hohen Rasterfrequenz (im Bereich von 500 kBaud) und somit mit einer hohen Datenübertragungsrate arbeiten. Da die zentrale Batteriesteuerung 6 mit einem Quarz arbeitet, ergibt sich auch für Timerfunktionen eine entsprechend hohe Genauigkeit.There is thus a precise phase coupling between the microcontrollers of the battery cell modules 2 reached. The asynchronous data transmission can operate with a high raster frequency (in the range of 500 kBaud) and thus with a high data transmission rate. Because the central battery control 6 works with a quartz, also results for timer functions a correspondingly high accuracy.

In einer Initialisierungsphase des Batteriesystems 1 fließt kein Strom über die Batteriezelle 102 des Batteriezellenmoduls 101. In dieser Phase erfolgt eine Eichung des Analog-Digital-Wandlers 112. Dabei wird ein Offset-Temperaturgang des Operationsverstärkers 119 kompensiert, was auch während des Betriebes erfolgen kann. Dies erfolgt mittels der durch das Temperaturmessglied 121 erfassten Temperatur des Batteriezellenmoduls 101. Die erfasste Batteriezellenspannung UB1 und der erfasste Strom über die Batteriezelle 102 wird von dem Analog-Digital-Wandler 112 über den Multiplexer 104 und die Empfangseinheit 110 an die Verarbeitungseinheit 111 übertragen. Diese sendet die erfassten Werte mittels der ersten Kommunikationseinheit 105 und die dazwischen liegenden Batteriezellenmodule an die zentrale Batteriesteuereinheit 6. Diese direkte Messung der Batteriezellenspannung UB1 und des Stroms über die Batteriezelle 102 durch das Batteriezellenmodul 101 ohne lange Leitungen zu der zentralen Batteriesteuereinheit 6 ermöglicht eine genaue Messung dieser Werte und vermeidet störende HF-Einkopplungen.In an initialization phase of the battery system 1 no current flows through the battery cell 102 of the battery cell module 101 , In this phase, a calibration of the analog-to-digital converter takes place 112 , In this case, an offset temperature response of the operational amplifier 119 compensated, which can also occur during operation. This is done by means of the temperature measuring element 121 detected temperature of the battery cell module 101 , The detected battery cell voltage U B1 and the detected current from the battery cell 102 is from the analog-to-digital converter 112 over the multiplexer 104 and the receiving unit 110 to the processing unit 111 transfer. This transmits the detected values by means of the first communication unit 105 and the intervening battery cell modules to the central battery control unit 6 , This direct measurement of the battery cell voltage U B1 and the current across the battery cell 102 through the battery cell module 101 without long lines to the central battery control unit 6 enables accurate measurement of these values and avoids RF interferences.

Das Datensignal umfasst in dieser ersten Ausführungsform 2 Bytes. Das erste Byte ist eine Kennung, die der Adressierung dient und beschreibt, was von einem Batteriezellenmodul ausgeführt werden soll.The data signal in this first embodiment comprises 2 bytes. The first byte is an identifier used to address what describes what should be done by a battery cell module.

Hat das erste Bit des ersten Bytes den Wert „0, so nehmen alle Batteriezellenmodule 2 identische Operationen vor. Die restlichen Bits legen die Operation fest. Daten müssen sofort weitergeleitet werden, um keinen Zeitversatz zu erhalten. Hat das erste Bit des ersten Bytes den Wert „1, so wird ein definiertes Batteriezellenmodul angesprochen, welches durch eine in den restlichen Bits angegeben Adressierungswert beschrieben ist. Empfängt das Batteriezellenmodul 101 ein solches Datensignal, ist aber nicht angesprochen, da der Adressierungswert ungleich Null ist, so wird von dem Adressierungswert der Wert 1 subtrahiert und das Datensignal an das nächste Batteriezellenmodul weitergesendet. Ist der Adressierungswert gleich Null, so kann das Batteriezellenmodul 101 konfiguriert werden.If the first bit of the first byte has the value "0, then all the battery cell modules take 2 identical operations before. The remaining bits determine the operation. Data must be forwarded immediately, so as not to delay time. If the first bit of the first byte has the value "1, then a defined battery cell module is addressed, which is described by an addressing value specified in the remaining bits. Receives the battery cell module 101 such a data signal is not addressed, however, since the address value is not equal to zero, the value 1 is subtracted from the addressing value and the data signal is forwarded to the next battery cell module. If the addressing value is equal to zero, then the battery cell module can 101 be configured.

Wenn das Batteriezellenmodul 101 und das vorangehende Batteriezellenmodul 201 oder das folgende Batteriezellenmodul 301 gleichzeitig senden, so muss eines der Batteriezellenmodule das zu sendende Datensignal zwischenspeichern und das Datensignal des anderen Batteriezellenmoduls weiterleiten. Danach kann das aufgehaltene Batteriezellenmodul das zwischengespeicherte Datensignal sofort weiterschicken. Dabei ist eine Priorisierung der Batteriezellenmodule 2 vorteilhaft. So könnte beispielsweise das Batteriezellenmodul, welches näher an der zentralen Batteriesteuerung 6 gelegen ist, Vorrang haben.When the battery cell module 101 and the previous battery cell module 201 or the following battery cell module 301 send simultaneously, so one of the battery cell modules must buffer the data signal to be sent and forward the data signal of the other battery cell module. Thereafter, the halted battery cell module can forward the cached data signal immediately. Here is a prioritization of the battery cell modules 2 advantageous. For example, could the battery cell module, which closer to the central battery control 6 is located, have priority.

Wird ein Balancing der Batteriezellen 3 angefordert, so wird zunächst durch das Batteriezellenmodul, welches in der Reihenschaltung am weitesten von der zentralen Batteriesteuerung 6 gelegen ist, geprüft, ob Bedarf besteht. Falls dies der Fall ist, wird ein Balancing der jeweiligen Batteriezelle 3 mittels der Balancing-Schalter ausgeführt. Falls dies nicht der Fall ist, prüft das jeweils in der Reihenschaltung vorangehende Batteriezellenmodul, ob ein Bedarf zum Balancing besteht. Will be a balancing of the battery cells 3 requested, it is first by the battery cell module, which in the series connection furthest from the central battery control 6 is located, checked if there is a need. If this is the case, a balancing of the respective battery cell 3 executed by means of the balancing switch. If this is not the case, the respective preceding in the series circuit battery cell module, if there is a need for balancing.

Falls ein Balancing des Batteriezellenmoduls 101 notwendig ist, kann dies über den ersten Balancing-Schalter 125 und/oder den zweiten Balancing-Schalter 126 gesteuert werden. Ist das Balancing des Batteriezellenmoduls 101 abgeschlossen, wird das vorangehende Batteriezellenmodul 201 mittels eines Datensignals dazu angestoßen zu prüfen, ob ein Bedarf zum Balancing besteht. If a balancing of the battery cell module 101 necessary, this can be over the first balancing switch 125 and / or the second balancing switch 126 to be controlled. Is the balancing of the battery cell module 101 completed, the previous battery cell module 201 triggered by a data signal to check whether there is a need for balancing.

Jeder Mikrokontroller, und somit jede Steuereinheit, besitzt nach dem Einbau des jeweiligen Batteriezellenmoduls in das Batteriesystem 1 ein identisches BIOS, welches eine Kommunikation zwischen den Batteriezellenmodulen ermöglicht. Eine Nummerierungszelle in einem EPROM des Batteriezellenmoduls 101 ist für die Kennzeichnung des Batteriezellenmoduls zuständig. Dazu wird in der Nummerierungszelle eine veränderliche Bezeichnung gespeichert, die eine Identifikation des Batteriezellenmoduls in einer Reihenschaltung mehrerer Batteriezellenmodule ermöglicht. Durch eine Initialisierungsroutine erfolgt eine automatische Zellnummerierung, wenn das Batteriezellenmodul in ein Batteriesystem 6 eingebaut wurde. Dabei wird die veränderliche Bezeichnung der Nummerierungszelle und somit der Steuereinheit automatisch zugeteilt. Eine Aktualisierung der Zellnummerierung kann jederzeit erfolgen, so z.B. auch nach einem Austausch von defekten Zellen. Each microcontroller, and thus each control unit, has after installation of the respective battery cell module in the battery system 1 an identical BIOS, which allows communication between the battery cell modules. A numbering cell in an EPROM of the battery cell module 101 is responsible for the identification of the battery cell module. For this purpose, a variable designation is stored in the numbering cell, which allows identification of the battery cell module in a series connection of several battery cell modules. By an initialization routine, an automatic cell numbering takes place when the battery cell module in a battery system 6 was installed. In this case, the variable name of the numbering cell and thus the control unit is automatically assigned. An update of the cell numbering can take place at any time, for example even after an exchange of defective cells.

3 zeigt eine Überwachungsschaltung 10 des Batteriezellenmoduls 101, die den Mikrokontroller, der die Steuereinheit 103 umfasst, überwacht. Der Mikrokontroller wird von der Batteriezelle 102 mit Spannung versorgt und geht in einen Ruhezustand, wenn dies durch einen Befehl der zentralen Batteriesteuerung 6 angefordert wird, oder wenn ein vorgegebener Zeitraum verstrichen ist, ohne dass eine Kommunikation über die erste oder zweite Kommunikationseinheit 105, 106 erfolgt ist. Dadurch wird der Energieverbrauch des Mikrokontrollers gesenkt. 3 shows a monitoring circuit 10 of the battery cell module 101 that the microcontroller, the control unit 103 includes, monitors. The microcontroller is powered by the battery cell 102 energized and goes into hibernation, if this by a command of the central battery control 6 is requested, or if a predetermined period of time has elapsed without any communication over the first or second communication unit 105 . 106 is done. This reduces the power consumption of the microcontroller.

Die Überwachungsschaltung 10 umfasst einen zurücksetzbaren Zähler 11, einen Taktgeber 12, ein erstes Flipflop 13, ein zweites Flipflop 14, ein drittes Flipflop 15 und ein UND-Gatter 16. Die Flipflops sind in dieser Ausführungsform D-Flipflops. Der Taktgeber 12 ist mit den Takteingängen CLK des zurücksetzbaren Zählers 11, des ersten Flipflops 13, des zweiten Flipflops 14 und des dritten Flipflops 15 verbunden. Der Zähler 11 inkrementiert mit jedem Takt des Taktgebers und weist einen Zählerausgang 19 auf, der eine logische „1“ ausgibt, sobald ein vorgegebener Zählerwert erreicht ist. Der Zählerausgang 19 ist mit einem Deaktivierungs-Eingang des Zählers 11 verbunden. Wird von dem Zähler 11 an dem Zählerausgang 19 eine logische „1“ ausgegeben, wird damit der Zähler 11 deaktiviert und somit die logische „1“ an dem Zählerausgang 19 gehalten, bis der Zähler 11 zurückgesetzt wird. Der Zähler 11 ist ferner mit dem Mikrokontroller, welcher die Steuereinheit 103 umfasst, verbunden und wird von diesem in einem normalen Betrieb des Mikrokontrollers regelmäßig zurückgesetzt, bevor der Zähler 11 den vorgegebenen Zählerwert erreicht. Der Zähler 11 wird jedoch nicht von dem Mikrokontroller zurückgesetzt, falls dieser in den Ruhezustand geschaltet hat. Der Ausgang des Zählers 11 ist mit dem Dateneingang D des ersten Flipflops 13 verbunden. Der Ausgang Q des ersten Flipflops ist mit einem ersten Eingang des UND-Gatters 16 verbunden. Somit kann am Ausgang des UND-Gatters 16 nur dann eine logische „1“ anliegen, wenn der Zähler 11 seinen vorgegeben Zählerwert erreicht hat und danach nicht zurückgesetzt wurde.The monitoring circuit 10 includes a resettable counter 11 , a clock 12 , a first flip-flop 13 , a second flip flop 14 , a third flip flop 15 and an AND gate 16 , The flip-flops are D flip-flops in this embodiment. The clock 12 is with the clock inputs CLK of the resettable counter 11 , the first flip-flop 13 , the second flip-flop 14 and the third flip-flop 15 connected. The counter 11 increments with each clock of the clock and has a counter output 19 which outputs a logical "1" as soon as a predetermined counter value is reached. The counter output 19 is with a deactivation input of the counter 11 connected. Is from the counter 11 at the counter output 19 a logical "1" is output, this becomes the counter 11 deactivated and thus the logical "1" at the counter output 19 held until the counter 11 is reset. The counter 11 is further to the microcontroller, which is the control unit 103 includes, and is regularly reset by this in a normal operation of the microcontroller before the counter 11 reaches the preset counter value. The counter 11 However, it is not reset by the microcontroller if it has switched to the idle state. The output of the counter 11 is the data input D of the first flip-flop 13 connected. The output Q of the first flip-flop is connected to a first input of the AND gate 16 connected. Thus, at the output of the AND gate 16 only a logical "1" is present when the counter 11 has reached its preset counter value and has not been reset afterwards.

Der Dateneingang D des zweiten Flipflops 14 ist über eine Kommunikationsleitung 17 mit der ersten Kommunikationseinheit 105 verbunden. Der Ausgang Q des zweiten Flipflops 14 ist mit dem Dateneingang D des dritten Flipflops 15 und einem zweiten Eingang des UND-Gatters 16 verbunden. Der invertierende Ausgang QB des dritten Flipflops 15 ist mit dem dritten Eingang des UND-Gatters 16 verbunden. Somit wird in einem Zustand, in dem ein wechselnder logischer Zustand an dem Dateneingang D des zweiten Flipflops 14 auftritt, was dann der Fall ist, wenn ein Datensignal an der ersten Kommunikationseinheit 105 auftritt, ein Impuls am Ausgang des UND-Gatters 16 ausgelöst. Dabei ist zu beachten, dass der Impuls nur dann ausgelöst wird, wenn der Zähler 11 seinen vorgegeben Zählerwert erreicht hat und danach nicht zurückgesetzt wurde. Der Ausgang des UND-Gatters 16 ist mit dem Mikrokontroller derart gekoppelt, dass der Mikrokontroller aus dem Ruhezustand aufwacht, wenn der Impuls an dem Ausgang des UND-Gatters 16 anliegt.The data input D of the second flip-flop 14 is via a communication line 17 with the first communication unit 105 connected. The output Q of the second flip-flop 14 is the data input D of the third flip-flop 15 and a second input of the AND gate 16 connected. The inverting output QB of the third flip-flop 15 is at the third input of the AND gate 16 connected. Thus, in a state in which an alternating logic state at the data input D of the second flip-flop 14 occurs, which is the case when a data signal is sent to the first communication unit 105 occurs, a pulse at the output of the AND gate 16 triggered. It should be noted that the pulse is only triggered when the counter 11 has reached its preset counter value and has not been reset afterwards. The output of the AND gate 16 is coupled to the microcontroller such that the microcontroller wakes up from hibernation when the pulse at the output of the AND gate 16 is applied.

Wird der Zähler der Überwachungsschaltung 10, der hier als ein Timer arbeitet, nichtmehr durch den Mikrokontroller zurückgesetzt, da dieser sich in dem Ruhezustand befindet, so liegt am Ausgang des Zählers 11 der Pegel einer logischen „1“ an und damit auch an dem Dateneingang D des ersten Flipflops 13. Erscheint nun eine Kommunikation über die Kommunikationsleitung 17, so wird ein Hardwareinterrupt am Ausgang des UND-Gatters 16 ausgelöst, und der Mikrokontroller erwacht aus dem Ruhezustand. Der Ruhezustand des Mikrokontrollers kann beispielsweise durch eine sehr langsame Taktung des Mikrokontrollers erreicht werden. Das Batteriezellenmodul 101 umfasst somit eine Überwachungsschaltung 10, welche die Steuereinheit 103 in einen aktiven Zustand versetzt, wenn das Batteriezellenmodul 101 ein Datensignal über die erste Kommunikationseinheit 105 empfängt.Will the counter of the monitoring circuit 10 which is operating as a timer, no longer reset by the microcontroller, since this is in the idle state, so is the output of the counter 11 the level of a logical "1" and thus also at the data input D of the first flip-flop 13 , Now appears a communication over the communication line 17 Thus, a hardware interrupt occurs at the output of the AND gate 16 triggered, and the microcontroller wakes up from hibernation. The idle state of the microcontroller can be achieved for example by a very slow clocking of the microcontroller. The battery cell module 101 thus includes a monitoring circuit 10 which the control unit 103 set to an active state when the battery cell module 101 a data signal via the first communication unit 105 receives.

In alternativen Ausführungsformen umfasst die Überwachungsschaltung 10 weitere Flipflops, die mit der zweiten Kommunikationseinheit 106 gekoppelt sind und mit dem zweiten und dritten Flipflop über ein ODER-Gatter gekoppelt sind. Damit wird eine Überwachungsschaltung 10 geschaffen, welche die Steuereinheit 103 in einen aktiven Zustand versetzt, wenn das Batteriezellenmodul 101 ein Datensignal über die zweite Kommunikationseinheit 106 empfängt.In alternative embodiments, the monitoring circuit comprises 10 other flip flops that communicate with the second communication unit 106 are coupled and with the second and third flip-flop are coupled via an OR gate. This will be a monitoring circuit 10 created the control unit 103 set to an active state when the battery cell module 101 a data signal via the second communication unit 106 receives.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem 1 ist ferner dazu eingerichtet, das Datensignal mit einem Wechselstrom, insbesondere einem Wechselstrom im GHz-Bereich, zu überlagern, dessen Frequenz einer Resonanzfrequenz von Lithium-Atomen der Batteriezellen entspricht.The battery system according to the invention 1 is also adapted to superimpose the data signal with an alternating current, in particular an alternating current in the GHz range, whose frequency corresponds to a resonance frequency of lithium atoms of the battery cells.

Wird ein Schwingungssystem nahe der Resonanzfrequenz angeregt, so treten bei geringer Dämpfung große Amplituden auf. Dies ist häufig unerwünscht, z. B. bei Gebäuden, Seilbahn-Kabinen, Freilandleitungen etc. und kann zur Resonanzkatastrophe führen. Bei bestimmten Zuständen von Li-Ionen-Batterien kann dies jedoch erwünscht sein: Weisen Zellen metallisches Lithium-Plating und Dendritenbildung auf der Anode auf, was bei wiederholter Batterieentladung mit hohem Entladestrom oder beim Laden bei tiefer Temperatur vorkommen kann, so ist das ein Indiz für gealterte Zellen, die an Kapazität verloren haben und bei denen es zu einem internen Kurzschluss kommen kann. Durch eine Überlagerung der Kommunikationssignale mit einem Wechselstrom im GHz-Bereich kann die Li-Schicht wieder von der Anode abgelöst und die Zellenalterung rückgängig gemacht werden. Hierbei muss die Überlagerungsfrequenz der Resonanzfrequenz der Li-Atome entsprechen.If a vibration system is excited near the resonance frequency, large amplitudes occur at low attenuation. This is often undesirable, for. As in buildings, cable car cabins, outdoor lines, etc. and can lead to a resonance disaster. In certain states of Li-ion batteries, however, this may be desirable: If cells have metallic lithium plating and dendrite formation on the anode, which can occur with repeated battery discharge with high discharge current or charging at low temperature, this is an indication of aged cells that have lost capacity and can cause an internal short circuit. By overlaying the communication signals with an alternating current in the GHz range, the Li layer can again be detached from the anode and the cell aging can be reversed. In this case, the superposition frequency must correspond to the resonance frequency of the Li atoms.

Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 3 verwiesen.In addition to the above written disclosure, explicit reference is made to the disclosure of 1 to 3 directed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010016175 A1 [0006] DE 102010016175 A1 [0006]
  • DE 102011002632 A1 [0007] DE 102011002632 A1 [0007]

Claims (11)

Batteriezellenmodul (101) mit Kommunikationsvorrichtung für einen Datenaustausch zwischen mehreren gleichartigen in Reihe geschalteten Batteriezellenmodulen (101, 201, 301) umfassend: – eine Batteriezelle (102), die dazu eingerichtet ist, eine Batteriezellenspannung (UB1) zu liefern und in Reihe mit der Batteriezelle (202) eines vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) und/oder einer Batteriezelle eines folgenden Batteriezellenmoduls (301) geschaltet zu werden, – eine Steuereinheit (103) mit – einer ersten Kommunikationseinheit (105), die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen, und – einer zweiten Kommunikationseinheit (106), die dazu eingerichtet ist, Datensignale zu senden, – eine erste Kopplungseinheit (129), die dazu eingerichtet ist, die erste Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) über eine zweite Kopplungseinheit (232) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) mit einer zweiten Kommunikationseinheit (206) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) oder mit einer zentralen Batteriesteuereinheit (6) über eine einzelne Datenleitung (501) zu koppeln, und – eine zweite Kopplungseinheit (132), die dazu eingerichtet ist, die zweite Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) über eine erste Kopplungseinheit (329) des folgenden Batteriezellenmoduls (301) mit einer ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls (301) über eine einzelne Datenleitung (502) zu koppeln, wobei die Steuereinheit (103) dazu eingerichtet ist, Datensignale, die über die erste Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) empfangen wurden zu verarbeiten und/oder modifiziert oder unverändert mittels der zweiten Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) zu senden. Battery cell module ( 101 ) with a communication device for a data exchange between a plurality of identical battery cells modules connected in series ( 101 . 201 . 301 ) comprising: - a battery cell ( 102 ), which is adapted to supply a battery cell voltage (U B1 ) and in series with the battery cell ( 202 ) of a preceding battery cell module ( 201 ) and / or a battery cell of a following battery cell module ( 301 ), - a control unit ( 103 ) with - a first communication unit ( 105 ), which is adapted to receive data signals, and - a second communication unit ( 106 ), which is adapted to send data signals, - a first coupling unit ( 129 ), which is adapted to the first communication unit ( 105 ) of the battery cell module ( 101 ) via a second coupling unit ( 232 ) of the preceding battery cell module ( 201 ) with a second communication unit ( 206 ) of the preceding battery cell module ( 201 ) or with a central battery control unit ( 6 ) via a single data line ( 501 ), and - a second coupling unit ( 132 ), which is adapted to the second communication unit ( 106 ) of the battery cell module ( 101 ) via a first coupling unit ( 329 ) of the following battery cell module ( 301 ) with a first communication unit of the following battery cell module ( 301 ) via a single data line ( 502 ), the control unit ( 103 ) is adapted to receive data signals transmitted via the first communication unit ( 105 ) of the battery cell module ( 101 ) have been received and / or modified or unchanged by means of the second communication unit ( 106 ) of the battery cell module ( 101 ) to send. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungseinheit (129) des Batteriezellenmoduls (101) und die zweite Kopplungseinheit (232) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) im gekoppelten Zustand einen ersten Spannungsteiler bilden, der einen Spannungsabfall zwischen – einem Potential der Batteriezelle (102) auf Seiten des folgenden Batteriezellenmoduls (301) und – einem Potential an der zweiten Kommunikationseinheit (206) des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des ersten Spannungsteilers mit der ersten Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) gekoppelt ist.Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling unit ( 129 ) of the battery cell module ( 101 ) and the second coupling unit ( 232 ) of the preceding battery cell module ( 201 ) form a first voltage divider in the coupled state, which voltage drop between - a potential of the battery cell ( 102 ) on the side of the following battery cell module ( 301 ) and a potential at the second communication unit ( 206 ) of the preceding battery cell module ( 201 ), wherein a mean voltage tap of the first voltage divider with the first communication unit ( 105 ) of the battery cell module ( 101 ) is coupled. Batteriezellenmodul (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Kommunikationseinheit (105) ferner dazu eingerichtet ist, Datensignale zu senden, und – die zweite Kommunikationseinheit (106) ferner dazu eingerichtet ist, Datensignale zu empfangen, wobei die Steuereinheit (103) dazu eingerichtet ist, Datensignale, die über die zweite Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) empfangen wurden, modifiziert oder unverändert mittels der ersten Kommunikationseinheit (105) des Batteriezellenmoduls (101) zu senden.Battery cell module ( 101 ) according to claim 1, characterized in that - the first communication unit ( 105 ) is further adapted to send data signals, and - the second communication unit ( 106 ) is further adapted to receive data signals, wherein the control unit ( 103 ) is arranged to transmit data signals via the second communication unit ( 106 ) of the battery cell module ( 101 ), modified or unchanged by means of the first communication unit ( 105 ) of the battery cell module ( 101 ) to send. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kopplungseinheit (132) des Batteriezellenmoduls (101) und die erste Kopplungseinheit (329) des folgenden Batteriezellenmoduls (301) im gekoppelten Zustand einen zweiten Spannungsteiler bilden, der einen Spannungsabfall zwischen – einem Potential der Batteriezelle (102) auf Seiten des vorangehenden Batteriezellenmoduls (201) und – einem Potential an der ersten Kommunikationseinheit des folgenden Batteriezellenmoduls (301) teilt, wobei ein mittlerer Spannungsabgriff des zweiten Spannungsteilers mit der zweiten Kommunikationseinheit (106) des Batteriezellenmoduls (101) gekoppelt ist. Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the second coupling unit ( 132 ) of the battery cell module ( 101 ) and the first coupling unit ( 329 ) of the following battery cell module ( 301 ) form a second voltage divider in the coupled state, which voltage drop between - a potential of the battery cell ( 102 ) on the side of the previous battery cell module ( 201 ) and - a potential at the first communication unit of the following battery cell module ( 301 ), wherein a middle voltage tap of the second voltage divider with the second communication unit ( 106 ) of the battery cell module ( 101 ) is coupled. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) einen Komparator (107) umfasst, der eingehende Datensignale mit einem Vergleichswert vergleicht, wobei das Datensignal eine logische Eins aufweist, wenn die Spannung des Datensignals über dem Vergleichswert liegt und das Datensignal eine logische Null aufweist, wenn die Spannung des Datensignals unter dem Vergleichswert liegt.Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 103 ) a comparator ( 107 ) which compares incoming data signals with a comparison value, the data signal having a logical one when the voltage of the data signal is above the comparison value and the data signal has a logic zero when the voltage of the data signal is below the comparison value. Batteriezellenmodul (101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) dazu eingerichtet ist: – ein Initialisierungssignal mit einem hohen Pegel und einem niedrigen Pegel jeweils gegebener Dauer über die erste und/oder die zweite Kommunikationseinheit (105, 106) zu senden, wobei der hohe Pegel einem Spannungswert einer logischen Eins des Datensignals entspricht und der niedrige Pegel einem Spannungswert einer logischen Null des Datensignals entspricht, und – das Initialisierungssignal des vorausgehenden oder des folgenden Batteriezellenmoduls (301) zu empfangen, um den Vergleichswert auf einen Wert zwischen dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel festzusetzen.Battery cell module ( 101 ) according to claim 5, characterized in that the control unit ( 103 ) is arranged to: - an initialization signal with a high level and a low level respectively given duration via the first and / or the second communication unit ( 105 . 106 ), wherein the high level corresponds to a voltage value of a logic one of the data signal and the low level corresponds to a voltage value of a logic zero of the data signal, and - the initialization signal of the preceding or following battery cell module ( 301 ) to set the comparison value to a value between the high level and the low level. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellenmodul (101) eine Überwachungsschaltung (10) umfasst, welche die Steuereinheit (103) in einen aktiven Zustand versetzt, wenn das Batteriezellenmodul (101) ein Datensignal über die erste Kommunikationseinheit (105) und/oder die zweite Kommunikationseinheit (106) empfängt.Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell module ( 101 ) a monitoring circuit ( 10 ), which the control unit ( 103 ) is set to an active state when the battery cell module ( 101 ) a data signal via the first communication unit ( 105 ) and / or the second communication unit ( 106 ) receives. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) eine veränderliche Bezeichnung aufweist, die eine Adressierung und/oder Identifikation des Batteriezellenmoduls (101) in einer Reihenschaltung mehrerer Batteriezellenmodule ermöglicht, wobei die Bezeichnung der Steuereinheit (103) automatisch zugeteilt wird.Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 103 ) has a variable designation, which is an addressing and / or identification of the battery cell module ( 101 ) in a series connection of a plurality of battery cell modules, wherein the designation of the control unit ( 103 ) is automatically assigned. Batteriezellenmodul (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (103) einen Oszillator, insbesondere einen spannungsgesteuerter Oszillator oder einen RC-Oszillator, umfasst, wobei die Steuereinheit (103) dazu eingerichtet ist, das Datensignal basierend auf einem Takt des Oszillators und einer Abweichung des Oszillators von einem zentralen, nicht von dem Batteriezellenmodul umfassten, Taktgeber zu takten.Battery cell module ( 101 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the control unit ( 103 ) comprises an oscillator, in particular a voltage-controlled oscillator or an RC oscillator, wherein the control unit ( 103 ) is adapted to clock the data signal based on a clock of the oscillator and a deviation of the oscillator from a central, not included in the battery cell module, clock. Batteriesystem (1), umfassend n Batteriezellenmodule nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Batteriezellen (3) der mehreren Batteriezellenmodule (2) in Reihe geschaltet sind, – die erste Kopplungseinheit (8) von n – 1 Batteriezellenmodulen mit der zweiten Kopplungseinheit (9) des jeweils vorangehenden Batteriezellenmoduls gekoppelt ist, und – am Anfang der Reihenschaltung eine zentrale Batteriesteuereinheit (6) angeordnet ist, die mit der ersten Kopplungseinheit (8) des ersten Batteriezellenmoduls in der Reihenschaltung gekoppelt ist.Battery system ( 1 ), comprising n battery cell modules according to one of the preceding claims, characterized in that - the battery cells ( 3 ) of the plurality of battery cell modules ( 2 ) are connected in series, - the first coupling unit ( 8th ) of n - 1 battery cell modules with the second coupling unit ( 9 ) of the respective preceding battery cell module is coupled, and - at the beginning of the series connection, a central battery control unit ( 6 ) arranged with the first coupling unit ( 8th ) of the first battery cell module in the series circuit is coupled. Batteriesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesteuereinheit dazu eingerichtet ist, das Datensignal mit einem Wechselstrom, insbesondere einem Wechselstrom im GHz-Bereich, zu überlagern, dessen Frequenz einer Resonanzfrequenz von Lithium-Atomen der Batteriezellen entspricht.Battery system according to claim 10, characterized in that the battery control unit is adapted to superimpose the data signal with an alternating current, in particular an alternating current in the GHz range, whose frequency corresponds to a resonant frequency of lithium atoms of the battery cells.
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