DE102015222804A1 - ENERGY STORAGE DEVICE, METHOD FOR OPERATING AN ENERGY STORAGE DEVICE, BATTERY MODULE AND VEHICLE - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit einer elektrochemischen Energiespeicherzelle, beispielsweise einem Lithium-Ionen-Akkumulator, welche mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode aufweist, einer Referenzelektrode, welche in die Energiespeicherzelle integriert ist, einer Verstärkungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Potentialdifferenz zwischen der Anode oder Kathode und der Referenzelektrode zu verstärken, und einer Verarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, anhand der verstärkten Potentialdifferenz einen Betriebszustand, insbesondere eines Ladezustands, der Energiespeicherzelle zu ermitteln. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energiespeichervorrichtung, ein Batteriemodul mit solchen Energiespeichervorrichtungen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.The invention relates to an energy storage device having an electrochemical energy storage cell, for example a lithium-ion accumulator, which has at least one anode and at least one cathode, a reference electrode, which is integrated in the energy storage cell, an amplifying device, which is adapted to a potential difference between the Anode or cathode and the reference electrode to amplify, and a processing device which is adapted to determine based on the increased potential difference an operating condition, in particular a state of charge, the energy storage cell. The invention further relates to a method for operating such an energy storage device, a battery module with such energy storage devices and a vehicle with such a battery module.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energiespeichervorrichtung, ein Batteriemodul mit solchen Energiespeichervorrichtungen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.The invention relates to an energy storage device, a method for operating such an energy storage device, a battery module with such energy storage devices and a vehicle with such a battery module.

Batterien zur Speicherung elektrischer Energie spielen in fast jedem Aspekt des täglichen Lebens eine große Rolle, zum Beispiel in Uhren, tragbaren Elektrogeräten und auf dem Gebiet der drahtlosen Telekommunikation. Von zentraler Bedeutung sind sie insbesondere in dem Bereich der sogenannten Elektromobilität, sowohl bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb als auch bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb. Besonders hierbei ist es von großer Bedeutung, den Betriebszustand der Batterien, beispielsweise den Ladezustand oder die Lebensdauer, genau ermitteln zu können.Batteries for storing electrical energy play an important role in almost every aspect of daily life, for example in watches, portable electrical appliances and in the field of wireless telecommunications. They are of central importance, in particular in the field of so-called electromobility, both in vehicles with pure electric drive and in vehicles with hybrid drive. Especially here it is of great importance to be able to accurately determine the operating state of the batteries, for example the state of charge or the service life.

Zum Bestimmen des Betriebszustandes der Batterien, insbesondere des Ladezustandes (state of charge, SOC), werden verschiedene Methoden herangezogen, beispielsweise ein einfaches Abgleichen einer gemessenen Spannung mit einer bekannten Ladungs-Spannungskurve, eine direkte Messung der abgeflossenen Ladung durch Integration des bereits geflossenen Stroms oder ein Abgleich von integriertem Strom mit computergestützten Echtzeitberechnungen der im Betrieb auftretenden Überspannungspotentiale eines Batteriemodells. Die Genauigkeit der Ermittlung des Betriebszustandes, insbesondere des Ladezustandes, wird dabei im Allgemeinen maßgeblich von der Messgenauigkeit bei der Spannungs- bzw. Strommessung bestimmt.To determine the operating state of the batteries, in particular the state of charge (SOC), various methods are used, for example, a simple comparison of a measured voltage with a known charge voltage curve, a direct measurement of the charge flow by integration of the already flowed or an adjustment of integrated current with computer-aided real-time calculations of the overvoltage potentials of a battery model occurring during operation. The accuracy of the determination of the operating state, in particular of the state of charge, is generally determined substantially by the measurement accuracy in the voltage or current measurement.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeicherzelle, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Energiespeicherzelle, ein Batteriemodul mit solchen Energiespeicherzellen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriemodul anzugeben, welche bzw. welches hinsichtlich der Bestimmung des Betriebszustandes besonders präzise ist.It is an object of the present invention to provide an energy storage cell, a method for operating such an energy storage cell, a battery module with such energy storage cells and a vehicle with such a battery module, which is particularly precise with respect to the determination of the operating state.

Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung weist auf: eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit mindestens einer Anode und mindestens einer Kathode, eine Referenzelektrode, welche in die Energiespeicherzelle integriert ist, eine Verstärkungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, eine Potentialdifferenz zwischen der Anode oder Kathode und der Referenzelektrode zu verstärken, sowie eine Verarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, anhand der verstärkten Potentialdifferenz einen Betriebszustand der Energiespeicherzelle zu ermitteln.The energy storage device according to the invention comprises: an electrochemical energy storage cell having at least one anode and at least one cathode, a reference electrode, which is integrated in the energy storage cell, an amplifying device, which is designed to increase a potential difference between the anode or cathode and the reference electrode, and a processing device which is designed to determine an operating state of the energy storage cell based on the amplified potential difference.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul weist zwei oder mehrere miteinander verschaltete erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtungen auf.The battery module according to the invention has two or more interconnected inventive energy storage devices.

Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, weist einen Elektroantrieb oder einen Hybridantrieb sowie mindestens eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung und/oder mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriemodul auf.An inventive vehicle, in particular a motor vehicle, has an electric drive or a hybrid drive and at least one energy storage device according to the invention and / or at least one battery module according to the invention.

Bei einem Kraftfahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung handelt es sich vorzugsweise um ein nicht dauerhaft spurgeführtes Landfahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug, beispielsweise um einen Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Omnibus oder ein Kraftrad.A motor vehicle in the sense of the present invention is preferably a non-permanently track-guided land vehicle, in particular a road vehicle, for example a passenger car, lorry, bus or a motorcycle.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung, welche eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit mindestens einer Kathode und mindestens einer Anode und eine in die Energiespeicherzelle integrierte Referenzelektrode aufweist, weist folgende Schritte auf: Verstärkung einer Potentialdifferenz zwischen Anode oder Kathode und Referenzelektrode durch eine Verstärkungseinrichtung und Ermittlung eines Betriebszustandes der Energiespeicherzelle in einer Verarbeitungseinrichtung anhand der verstärkten Potentialdifferenz zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode.The method according to the invention for operating an energy storage device which has an electrochemical energy storage cell with at least one cathode and at least one anode and a reference electrode integrated in the energy storage cell has the following steps: amplification of a potential difference between anode or cathode and reference electrode by an amplification device and determination of an operating state the energy storage cell in a processing device based on the increased potential difference between the cathode or anode and reference electrode.

Die Erfindung basiert auf dem Ansatz, anstelle einer Messung des Spannungsabfalls zwischen Kathode und Anode der jeweiligen Energiespeicherzelle eine Potentialdifferenz zwischen der Kathode oder Anode einerseits und einer in der Energiespeicherzelle zusätzlich integrierten Referenzelektrode andererseits abzugreifen und diese durch eine Verstärkungseinrichtung zu verstärken. Die Verstärkungseinrichtung weist hierbei einen Verstärkungsfaktor auf, welcher vorzugsweise so einstellbar ist, dass die im Betrieb der Energiespeicherzelle auftretenden bzw. zu erwartenden Potentialdifferenzen zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode so verstärkt werden, dass diese den Dynamikumfang einer nachgeschalteten Auswertungselektronik während des Betriebs der Zelle größtenteils oder sogar im Wesentlichen vollständig ausschöpfen. Hierdurch wird bei vorgegebenem Dynamikumfang der Auswertungselektronik, welcher durch die Sampling- oder Bittiefe der Auswertungselektronik bestimmt wird, die Genauigkeit, d. h. die Auflösung, mit der die verstärkte Potentialdifferenz von der Auswertungselektronik erfasst und weiterverarbeitet werden kann, deutlich erhöht. Die verstärkten Potentialdifferenzen werden dadurch in der Auswertungselektronik mit hoher Auflösung verarbeitet, so dass sich der Betriebszustand, insbesondere der Ladezustand, der Energiespeicherzelle mit besonders hoher Präzision bestimmen lässt.The invention is based on the approach, instead of measuring the voltage drop between the cathode and anode of the respective energy storage cell to tap a potential difference between the cathode or anode on the one hand and in the energy storage cell additionally integrated reference electrode on the other hand, and amplify it by an amplifying device. In this case, the amplification device has an amplification factor, which is preferably adjustable so that the potential differences between cathode or anode and reference electrode occurring or expected during operation of the energy storage cell are amplified in such a way that they greatly affect the dynamic range of a downstream evaluation electronics during operation of the cell or even completely exhausted. As a result, at a given dynamic range of the evaluation electronics, which is determined by the sampling or bit depth of the evaluation electronics, the accuracy, ie the resolution with which the amplified potential difference can be detected and further processed by the evaluation electronics, significantly increased. The amplified potential differences are thereby processed in the evaluation electronics with high resolution, so that the operating state, in particular the state of charge, the energy storage cell can be determined with very high precision.

Das folgende Beispiel soll dies veranschaulichen: in Lithium-Ionen-Zellen nimmt, je nach Bauart, die Kathodenspannung gegenüber der auf Masse liegenden Anode über den Zeitraum der Entladung typischerweise von 4,2 auf 3 Volt ab, so dass die zur Ermittlung des Ladezustandes wesentliche Spannungsänderung 1,2 Volt beträgt. Der Dynamikumfang einer mit den Elektroden der Zelle verschalteten Auswertungselektronik kann bei Betrachtung der gesamten Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode aufgrund des relativ hohen Offsets in Höhe von 3 Volt somit bei der Bestimmung des Ladezustands nicht vollständig ausgenutzt werden. Das Einführen einer Referenzelektrode mit einer Spannung von beispielsweise 3 Volt gegenüber der Anode bzw. Masse verkleinert dagegen den betrachteten Messbereich der sich während des Entladens ändernden Potenzialdifferenz zwischen Kathode und Referenzelektrode auf etwa 1,2 Volt. Durch eine geeignete bzw. angepasste Verstärkung der im Betrieb auftretenden Potentialdifferenzen zwischen Kathode und Referenzelektrode kann der Dynamikumfang der Auswerteelektronik nun vollständig oder zumindest zum größten Teil ausgenutzt werden, wodurch bei gegebener Bittiefe der Auswertungselektronik die Auflösung der bei der Ermittlung des Ladezustands herangezogenen Potenzialdifferenz erheblich verbessert wird. Beträgt die Bittiefe der Auswertungselektronik beispielsweise 10 Bit, so kann die im Betrieb der Zelle auftretende Potentialdifferenz zwischen Kathode und Referenzelektrode von bis zu etwa 1,2 Volt nach entsprechender Verstärkung mit bis zu 1024 Abstufungen genau verarbeitet werden, was einer Auflösung von rund 1,2 mV entspricht.The following example is intended to illustrate this: in lithium-ion cells, depending on the design, the cathode voltage with respect to the grounded anode typically decreases from 4.2 to 3 volts over the period of discharge, so that the essential for determining the state of charge Voltage change is 1.2 volts. The dynamic range of a connected to the electrodes of the cell evaluation electronics can not be fully exploited in the determination of the state of charge when considering the total potential difference between the cathode and anode due to the relatively high offset in the amount of 3 volts. On the other hand, the introduction of a reference electrode with a voltage of, for example, 3 volts with respect to the anode or ground reduces the range of measurement of the potential difference between the cathode and the reference electrode which changes during the discharge to approximately 1.2 volts. By means of a suitable or adapted amplification of the potential differences between the cathode and the reference electrode during operation, the dynamic range of the evaluation electronics can now be fully or at least largely utilized, whereby the resolution of the potential difference used in determining the state of charge is considerably improved for a given bit depth of the evaluation electronics , For example, if the bit depth of the evaluation electronics is 10 bits, then the potential difference between the cathode and the reference electrode of up to about 1.2 volts can be accurately processed after appropriate amplification with up to 1024 steps, resulting in a resolution of about 1.2 mV corresponds.

Insgesamt wird dadurch die Ermittlung des Betriebszustandes von Energiespeichervorrichtungen und Batteriemodulen mit solchen Energiespeichervorrichtungen deutlich verbessert.Overall, this significantly improves the determination of the operating state of energy storage devices and battery modules with such energy storage devices.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Energiespeichervorrichtung einen Analog-Digital-Wandler auf, welcher dazu ausgebildet ist, die verstärkte Potentialdifferenz in ein entsprechendes digitales Ausgangssignal umzuwandeln. Dementsprechend ist die dem Analog-Digital-Wandler nachgeschaltete Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise ein entsprechend programmierter Mikrocontroller, dazu ausgebildet, anhand des digitalen Ausgangssignals den Betriebszustand der Energiespeicherzelle zu ermitteln. Auf diese Weise kann aus der verstärkten Potentialdifferenz der Betriebszustand besonders zuverlässig ermittelt werden.In a preferred embodiment of the invention, the energy storage device comprises an analog-to-digital converter, which is designed to convert the amplified potential difference into a corresponding digital output signal. Accordingly, the analog-to-digital converter downstream processing device, such as a suitably programmed microcontroller, is adapted to determine the operating state of the energy storage cell based on the digital output signal. In this way, the operating state can be determined particularly reliably from the increased potential difference.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der Analog-Digital-Wandler einen Eingangsspannungsbereich auf und ist dazu ausgebildet, innerhalb des Eingangsspannungsbereiches liegende Potentialdifferenzen in entsprechende digitale Ausgangssignale umzuwandeln. Entsprechend ist die Verstärkungseinrichtung dazu ausgebildet, die während des Betriebs der Energiespeicherzelle zu erwartenden oder auftretenden Potentialdifferenzen zwischen der Anode bzw. Kathode und der Referenzelektrode so zu verstärken, dass die verstärkten Potentialdifferenzen in einem Spannungsbereich liegen, welcher einen Großteil des Eingangsspannungsbereichs des Analog-Digital-Wandlers abdeckt. Vorzugsweise decken die verstärkten Potenzialdifferenzen mehr als 70%, insbesondere mehr als 80% oder mehr als 90%, des Eingangsspannungsbereichs ab. Folgendes Beispiel soll dies veranschaulichen: Eine beim Entladen der Zelle auftretende maximale Potenzialdifferenz zwischen Kathode und Referenzelektrode beträgt 1,2 V. Diese wird in der Verstärkungseinrichtung z. B. um den Faktor 4 verstärkt und beträgt dann maximal 4,8 V. Ein Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers von beispielsweise 5 V wird durch die maximal auftretende verstärkte Potenzialdifferenz während des Entladens also bis zu 96% ausgeschöpft. Bei einem Verstärkungsfaktor von beispielsweise 3,5 wird der Eingangsspannungsbereich bis zu 84% ausgeschöpft. Dadurch wird sichergestellt, dass die zur Bestimmung des Betriebszustandes der Energiespeicherzelle benötigten Potentialdifferenzen zu jeder Zeit mit höchstmöglicher Auflösung und kleinstmöglichem Quantisierungsfehler digitalisiert werden.In a further preferred embodiment, the analog-to-digital converter has an input voltage range and is designed to convert potential differences lying within the input voltage range into corresponding digital output signals. Accordingly, the amplification device is designed to amplify the potential differences between the anode or cathode and the reference electrode to be expected or occurring during operation of the energy storage cell in such a way that the amplified potential differences lie in a voltage range which covers a large part of the input voltage range of the analog-to-digital interface. Converter covers. The amplified potential differences preferably cover more than 70%, in particular more than 80% or more than 90%, of the input voltage range. The following example illustrates this: A occurring during discharge of the cell maximum potential difference between the cathode and the reference electrode is 1.2 V. This is in the amplification device z. B. amplified by a factor of 4 and is then a maximum of 4.8 V. An input voltage range of the analog-to-digital converter, for example, 5 V is thus exhausted by the maximum occurring increased potential difference during discharge up to 96%. For example, with a gain factor of 3.5, the input voltage range is depleted by up to 84%. This ensures that the potential differences required for determining the operating state of the energy storage cell are digitized at any time with the highest possible resolution and the smallest possible quantization error.

In einer besonders bevorzugten Ausführung weist das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers eine Auflösung auf, die mindestens zwei Millivolt (2 mV) beträgt. Das heißt, dass die verstärkte Potentialdifferenz in ein digitales Ausgangssignal in Form einer Ausgangsspannung umgewandelt wird, deren Höhe durch ein ganzzahliges Vielfaches eines Faktors, der zwei Millivolt oder weniger beträgt, gegeben ist. Mit Hilfe dieser Genauigkeit des digitalen Ausgangsignals lässt sich der Betriebszustand der Energiespeicherzelle durch die Verarbeitungseinrichtung mit besonders hoher Präzision ermitteln.In a particularly preferred embodiment, the output of the analog-to-digital converter has a resolution that is at least two millivolts (2 mV). That is, the amplified potential difference is converted into a digital output signal in the form of an output voltage whose magnitude is given by an integer multiple of a factor that is two millivolts or less. With the aid of this accuracy of the digital output signal, the operating state of the energy storage cell can be determined by the processing device with particularly high precision.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers durch eine am Analog-Digital-Wandler anliegende Referenzspannung, insbesondere eine Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers, gegeben. Diese Referenzspannung wird vorzugsweise durch eine zeitlich möglichst konstante Spannungsquelle vorgegeben, wodurch ein gleichbleibender Dynamikumfang des Analog-Digital-Wandlers genau eingestellt wird und das digitalisierte Ausgangssignal die am Analog-Digital-Wandler anliegende, zu digitalisierende Potentialdifferenz möglichst genau widergibt.In a further preferred embodiment, the input voltage range of the analog-to-digital converter is given by a voltage applied to the analog-to-digital converter reference voltage, in particular an operating voltage of the analog-to-digital converter. This reference voltage is preferably predetermined by a temporally constant as possible voltage source, whereby a constant dynamic range of the analog-to-digital converter is set accurately and the digitized output signal reproduces the voltage applied to the analog-to-digital converter, to be digitized potential difference as accurately as possible.

In einer bevorzugten Ausführung ist die am Analog-Digital-Wandler anliegende Referenzspannung, insbesondere die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers, mindestens so groß wie die während des Betriebs der Energiespeicherzelle maximal zu erwartende oder auftretende Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode. Damit ist der Dynamikumfang des Analog-Digital-Wandlers ausreichend groß, um im Bedarfsfall auch die im Betrieb der Energiespeicherzelle auftretenden Potentialdifferenzen zwischen Kathode und Anode zur Bestimmung des Betriebszustandes der Energiespeicherzelle heranzuziehen. In a preferred embodiment, the voltage applied to the analog-to-digital converter reference voltage, in particular the operating voltage of the analog-to-digital converter, at least as large as during the operation of the energy storage cell maximum expected or occurring potential difference between the cathode and anode. Thus, the dynamic range of the analog-to-digital converter is sufficiently large, if necessary, to use the occurring during operation of the energy storage cell potential differences between the cathode and anode to determine the operating state of the energy storage cell.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die am Analog-Digital-Wandler anliegende Referenzspannung, insbesondere die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers, mindestens so groß wie die während des Betriebs maximal zu erwartende oder auftretende und durch die Verstärkungseinrichtung verstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode. Damit wird gewährleistet, dass der Dynamikumfang des Analog-Digital-Wandlers ausreichend groß ist, um die während des Betriebs der Energiespeicherzelle auftretenden und durch die Verstärkungseinrichtung verstärkten Potentialdifferenzen zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode zu verarbeiten und zur Bestimmung des Betriebszustandes der Energiespeicherzelle heranziehen zu können.In a further preferred embodiment, the voltage applied to the analog-to-digital converter reference voltage, in particular the operating voltage of the analog-to-digital converter, at least as large as the maximum expected during operation or occurring and amplified by the amplifying device potential difference between the cathode or anode and reference electrode. This ensures that the dynamic range of the analog-to-digital converter is sufficiently large in order to process the potential differences between cathode or anode and reference electrode occurring during operation of the energy storage cell and amplified by the amplifying device and to be able to determine the operating state of the energy storage cell ,

In einer bevorzugten Ausführung weist die Energiespeichervorrichtung eine erste Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltungsmodus auf, wobei im ersten Schaltungsmodus die durch die Verstärkungseinrichtung verstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode oder Anode und Referenzelektrode am Analog-Digital-Wandler anliegt, wohingegen im zweiten Schaltungsmodus eine Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode, ohne von der Verstärkungseinrichtung verstärkt zu werden, direkt am Analog-Digital-Wandler anliegt. Damit kann variabel und situationsabhängig entschieden werden, welche Potentialdifferenz zur Bestimmung des Betriebszustandes der Energiespeicherzelle herangezogen werden soll. insbesondere erlaubt das Umschalten zwischen den Schaltungsmodi einen Vergleich zwischen dem durch Verarbeitung der Potentialdifferenz zwischen Kathode oder Anode und Referenzelektrode und dem durch Verarbeitung der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode ermittelten Betriebszustands der Energiespeicherzelle, wodurch Fehler und/oder Unregelmäßigkeiten bei der Bestimmung des Betriebszustandes der Energiespeicherzelle erkannt und gegebenenfalls eliminiert oder korrigiert werden können.In a preferred embodiment, the energy storage device has a first switching device for switching between a first and a second circuit mode, wherein in the first circuit mode, the potential difference between cathode or anode and reference electrode amplified by the amplifying device is applied to the analog-to-digital converter, whereas in the second circuit mode Potential difference between the cathode and anode, without being amplified by the amplifying device, applied directly to the analog-to-digital converter. Thus, it can be decided variably and depending on the situation, which potential difference should be used to determine the operating state of the energy storage cell. In particular, the switching between the circuit modes allows a comparison between the operating state of the energy storage cell determined by processing the potential difference between cathode or anode and reference electrode and processing the potential difference between cathode and anode, thereby detecting errors and / or irregularities in the determination of the operating state of the energy storage cell and if necessary eliminated or corrected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist eine zweite Schalteinrichtung zum Umschalten zwischen einem dritten und vierten Schaltungsmodus vorgesehen. Im dritten Schaltungsmodus liegt die Potentialdifferenz zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode und im vierten Schaltungsmodus liegt die Potentialdifferenz zwischen Referenzelektrode und Kathode bzw. Anode an der Verstärkungseinrichtung an, so dass die im dritten und vierten Schaltungsmodus an der Verstärkungseinrichtung anliegenden Potentialdifferenzen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, dem Betrag nach jedoch gleich sind. Dadurch können auch Potentialdifferenzen zwischen Kathode bzw. Anode und Referenzelektrode im Analog-Digital-Wandler digitalisiert werden, wenn das Referenzelektrodenpotential zwischen den Potentialgrenzen der Kathode bzw. Anode, also zwischen dem minimalen und maximalen Kathoden- bzw. Anodenpotential, liegt. In diesem Fall ist die zu bestimmende Potentialdifferenz dem Betrag nach besonders klein und weist zwei Spannungsbereiche mit unterschiedlichem Vorzeichen auf. Bei entsprechend gewähltem Verstärkungsfaktor können die Potentialdifferenzen in beiden Spannungsbereichen vom Analog-Digital-Wandler daher bei gleichbleibendem Dynamikumfang mit besonders hoher Auflösung digitalisiert werden, wodurch eine besonders genaue Ermittlung des Betriebszustands ermöglicht wird.In a further preferred embodiment, a second switching device is provided for switching between a third and fourth circuit mode. In the third circuit mode, the potential difference between cathode and anode and reference electrode and in the fourth circuit mode, the potential difference between the reference electrode and cathode or anode is applied to the amplifying device, so that the potential differences applied to the amplifying means in the third and fourth circuit modes have opposite signs Amount after, however, are the same. As a result, potential differences between cathode or anode and reference electrode in the analog-to-digital converter can be digitized if the reference electrode potential lies between the potential limits of the cathode or anode, ie between the minimum and maximum cathode or anode potential. In this case, the potential difference to be determined is particularly small in magnitude and has two voltage ranges with different signs. With a correspondingly selected amplification factor, the potential differences in both voltage ranges from the analog-to-digital converter can therefore be digitized with a particularly high resolution while maintaining the dynamic range, thereby enabling a particularly accurate determination of the operating state.

Vorzugsweise ist die Referenzelektrode so gewählt, dass die Potentialdifferenz zwischen Anode oder Kathode und Referenzelektrode etwa in der Mitte zwischen maximaler und minimaler Betriebsspannung der Kathode bzw. Anode liegt. Dieser Fall ist besonders vorteilhaft, da hierbei die beim Entladevorgang auftretende Änderung der zu messenden Potentialdifferenz gegenüber der Änderung der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode in zwei etwa gleiche Teile aufgeteilt wird. Durch Wahl eines entsprechend höheren Verstärkungsfaktors der Verstärkungseinrichtung kann für die Änderung der Potentialdifferenz in jedem der beiden Teile jeweils der ganze Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers und damit auch die gesamte Bittiefe genutzt werden, so dass die Auflösung der gesamten Änderung der Potentialdifferenz effektiv verdoppelt wird. Damit wird die bestmögliche Auflösung des digitalisierten Signals erzielt und eine entsprechend hohe Zuverlässigkeit bei der Bestimmung des Betriebszustands erreicht.Preferably, the reference electrode is selected so that the potential difference between anode or cathode and reference electrode is located approximately in the middle between maximum and minimum operating voltage of the cathode or anode. This case is particularly advantageous, since in this case the change occurring during the discharge of the potential difference to be measured in relation to the change in the potential difference between cathode and anode is divided into two approximately equal parts. By selecting a correspondingly higher amplification factor of the amplification device, the entire input voltage range of the analog-to-digital converter and thus also the total bit depth can be used for the change of the potential difference in each of the two parts, so that the resolution of the total change of the potential difference is effectively doubled , Thus, the best possible resolution of the digitized signal is achieved and achieved a correspondingly high reliability in the determination of the operating condition.

In einer bevorzugten Ausführung ist die elektrochemische Energiespeicherzelle als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet. In dieser Ausführung weist die Energiespeicherzelle eine besonders hohe spezifische Energie auf, wobei zur Vermeidung von Überladung oder Tiefentladung hierbei aber auch eine präzise Bestimmung des Betriebszustandes besonders vorteilhaft ist.In a preferred embodiment, the electrochemical energy storage cell is designed as a lithium-ion accumulator. In this embodiment, the energy storage cell has a particularly high specific energy, with a precise determination of the operating state being particularly advantageous in order to avoid overcharging or overdischarge.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung enthält die Kathode Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (Li(NiCoMn)O2, NMC) und/oder die Referenzelektrode Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4, LFP), Lithium-Mangandioxid (LiMn2O4 LMO) oder Lithium-Kobaltdioxid (LiCoO2, LCO). Dadurch wird eine vorteilhafte relative Lage der Betriebsspannungen von Kathode und Referenzelektrode erreicht, bei der die zu messende Potentialdifferenz zwischen Kathode und Referenzelektrode kleiner ist als der Betrag der Potentialdifferenz zwischen Kathode und Anode. Durch die Lage des Referenzelektrodenpotentials zwischen den Potentialgrenzen der Kathode, d. h. der maximalen und minimalen Kathodenspannung, kann die zu messende Potentialdifferenz in zwei Spannungsbereiche aufgeteilt werden. Bei entsprechend gewähltem Verstärkungsfaktor können diese beiden Potentialdifferenzen vom Analog-Digital-Wandler daher bei gegebenem Dynamikumfang mit besonders hoher Auflösung digitalisiert werden. Umgekehrt ist bei gegebener oder gewünschter Auflösung, beispielsweise von 2 mV oder weniger, eine geringere Sampling- oder Bittiefe erforderlich.In a further preferred embodiment, the cathode contains lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (Li (NiCoMn) O 2 , NMC) and / or the Reference electrode Lithium iron phosphate (LiFePO 4 , LFP), lithium manganese dioxide (LiMn 2 O 4 LMO) or lithium cobalt dioxide (LiCoO 2 , LCO). As a result, an advantageous relative position of the operating voltages of the cathode and the reference electrode is achieved, in which the potential difference to be measured between the cathode and the reference electrode is smaller than the amount of the potential difference between the cathode and the anode. Due to the position of the reference electrode potential between the potential limits of the cathode, ie the maximum and minimum cathode voltage, the potential difference to be measured can be divided into two voltage ranges. If the amplification factor is selected accordingly, these two potential differences from the analog-to-digital converter can therefore be digitized with a particularly high resolution for a given dynamic range. Conversely, for a given or desired resolution, for example, 2 mV or less, a lower sampling or bit depth is required.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:Other features, advantages and applications of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. Show it:

1 ein Beispiel einer Ausführung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; 1 an example of an embodiment of the energy storage device according to the invention;

2 ein weiteres Beispiel einer Ausführung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; 2 another example of an embodiment of the energy storage device according to the invention;

3 ein Beispiel für den Verlauf des Kathodenpotentials relativ zu dem Anodenpotential und dem Potential der Referenzelektrode; und 3 an example of the course of the cathode potential relative to the anode potential and the potential of the reference electrode; and

4 ein Beispiel für eine alternative Ausführung einer Energiespeichervorrichtung. 4 an example of an alternative embodiment of an energy storage device.

1 zeigt ein Beispiel einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 1 mit einer elektrochemischen Energiespeicherzelle 10, beispielsweise einem Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Energiespeicherzelle 10 weist eine Kathode 11 und eine Anode 12 auf, die im gezeigten Beispiel nur schematisiert dargestellt sind und bei konkreten Ausgestaltungen der Energiespeicherzelle 10 beispielsweise in Form eines Stapels oder Wickels angeordnet sein können. 1 shows an example of a first embodiment of the energy storage device according to the invention 1 with an electrochemical energy storage cell 10 , For example, a lithium-ion battery. The energy storage cell 10 has a cathode 11 and an anode 12 on, which are shown only schematically in the example shown and in specific embodiments of the energy storage cell 10 may be arranged for example in the form of a stack or a roll.

Darüber hinaus ist eine Referenzelektrode 13 in die Energiespeicherzelle 10 integriert, beispielsweise durch Anordnen der Referenzelektrode 13 zwischen Kathode 11 und Anode 12 oder im Bereich der Kathode 11 oder der Anode 12. Es ist grundsätzlich auch möglich, mehrere Referenzelektroden in die Energiespeicherzelle 10 zu integrieren.In addition, a reference electrode 13 into the energy storage cell 10 integrated, for example by arranging the reference electrode 13 between cathode 11 and anode 12 or in the area of the cathode 11 or the anode 12 , It is also possible in principle, several reference electrodes in the energy storage cell 10 to integrate.

Die Potentialdifferenzen zwischen den Elektroden 11 bis 13 werden abgegriffen und einer Überwachungselektronik 20 zugeführt, welche dazu ausgelegt ist, den Betriebszustand, insbesondere den Ladezustand, der Energiespeicherzelle 10 zu bestimmen. Durch die Verschaltung der Überwachungselektronik 20 mit der Energiespeicherzelle 10 wird eine intelligente Zelle (sog. „smart cell”) realisiert, in welcher Informationen zum Betriebszustand der Energiespeicherzelle 10 ermittelt und über eine Kommunikationseinheit 30, in welcher z. B. eine Sendereinheit 31 vorgesehen ist, an ein Anzeigegerät, beispielsweise ein Display in einem Fahrzeugcockpit, und/oder an ein Batteriemanagementsystem weitergeleitet werden können. Ferner kann die Kommunikationseinheit 30 eine Empfängereinheit 32 aufweisen, mit der an die Überwachungselektronik 20 oder an einzelne Komponenten der Überwachungselektronik 20 adressierte Steuerungsbefehle empfangen werden können.The potential differences between the electrodes 11 to 13 are tapped and a monitoring electronics 20 supplied, which is adapted to the operating state, in particular the state of charge, the energy storage cell 10 to determine. Through the interconnection of the monitoring electronics 20 with the energy storage cell 10 an intelligent cell (so-called "smart cell") is realized in which information about the operating state of the energy storage cell 10 determined and via a communication unit 30 in which z. B. a transmitter unit 31 is provided, can be forwarded to a display device, such as a display in a vehicle cockpit, and / or to a battery management system. Furthermore, the communication unit 30 a receiver unit 32 have, with the to the monitoring electronics 20 or to individual components of the monitoring electronics 20 addressed control commands can be received.

In dem dargestellten Beispiel ist die Anode 12 der Energiespeicherzelle 10 auf Masse 21 gelegt und fungiert damit als Referenz der Potentiale in der Energiespeicherzelle 10.In the example shown, the anode is 12 the energy storage cell 10 on earth 21 placed and thus acts as a reference of the potentials in the energy storage cell 10 ,

Die Potentiale von Kathode 11 und Referenzelektrode 13 liegen in dem dargestellten Beispiel an den Eingangskanälen einer Verstärkungseinheit 22, beispielsweise eines Operationsverstärkers, an. Die Verstärkungseinheit 22 ist dazu ausgelegt, die an den Eingangskanälen anliegende Potentialdifferenz mit einem Verstärkungsfaktor k zu verstärken und die entsprechend verstärkte Potenzialdifferenz auszugeben.The potentials of cathode 11 and reference electrode 13 lie in the example shown on the input channels of a gain unit 22 , For example, an operational amplifier to. The reinforcement unit 22 is designed to amplify the potential difference applied to the input channels with an amplification factor k and to output the correspondingly amplified potential difference.

Die Überwachungselektronik 20 weist in der dargestellten Ausführung auch eine erste Schalteinrichtung 23 auf, beispielsweise eine Selektionsschaltung („Multiplexer”), welche zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltungsmodus, vorzugsweise digital durch Empfang einer entsprechenden Anweisung durch die Empfangseinheit 32, umgeschaltet werden kann und an welche das Ausgangssignal der Verstärkungseinheit 22, d. h. die verstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13, weitergeleitet wird. Das Ausgangssignal der Verstärkungseinheit 22 belegt damit eine erste Zuleitung der ersten Schalteinrichtung 23, deren Signal im ersten Schaltungsmodus als Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 23 ausgegeben wird. In dem in 1 gezeigten Fall ist der zweite Schaltungsmodus dargestellt, in welchem auf einer zweiten Zuleitung der ersten Schalteinrichtung 23 die unverstärkte Betriebsspannung der Kathode 11, also das Kathodenpotential, anliegt und als Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 23 ausgegeben wird.The monitoring electronics 20 also has a first switching device in the illustrated embodiment 23 on, for example, a selection circuit ("multiplexer"), which between a first and a second circuit mode, preferably digitally by receiving a corresponding instruction by the receiving unit 32 , which can be switched and to which the output signal of the amplification unit 22 ie the amplified potential difference between the cathode 11 and reference electrode 13 , is forwarded. The output signal of the amplification unit 22 thus occupies a first supply line of the first switching device 23 whose signal in the first circuit mode as an output signal of the first switching device 23 is issued. In the in 1 In the case shown, the second circuit mode is shown in which on a second supply line of the first switching device 23 the unamplified operating voltage of the cathode 11 , So the cathode potential, is applied and as an output signal of the first switching device 23 is issued.

Aus dem Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 23, insbesondere aus der durch die Verstärkungseinrichtung 22 verstärkten Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 im Falle des ersten Schaltungsmodus, wird von der Auswertungselektronik der Betriebszustand, insbesondere der Ladezustand, der Energiespeicherzelle 10 ermittelt. In der Auswertungselektronik ist ein Analog-Digital-Wandler 24 vorgesehen, welcher dazu ausgelegt ist, anliegende analoge Spannungssignale, insbesondere die verstärkten Potentialdifferenzen, zu digitalisieren. Der Analog-Digital-Wandler hat eine vorgegebene Samplingtiefe, welche auch als Bittiefe bezeichnet wird und die Anzahl der Bits angibt, die bei der Quantisierung eines analogen, d. h. kontinuierlichen Spannungssignals pro Abtastwert (Sample) verwendet werden. Durch die Samplingtiefe wird also bestimmt, in wie vielen Abstufungen ein aus dem analogen Eingangssignal erhaltenes digitales Ausgangssignal repräsentiert werden kann. Typische Samplingtiefen liegen bei 10, 11 oder 12 Bits.From the output signal of the first switching device 23 , in particular from the reinforcing device 22 increased potential difference between cathode 11 and reference electrode 13 in the case of the first circuit mode, the evaluation electronics of the operating state, in particular the state of charge, the energy storage cell 10 determined. In the evaluation electronics is an analog-to-digital converter 24 provided, which is designed to digitize applied analog voltage signals, in particular the amplified potential differences. The analog-to-digital converter has a predetermined sampling depth, which is also referred to as the bit depth and the number of bits used in the quantization of an analog, ie continuous voltage signal per sample (sample). The sampling depth thus determines in how many gradations a digital output signal obtained from the analog input signal can be represented. Typical sampling depths are 10, 11 or 12 bits.

Der Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Konverters 24, also der Spannungsbereich, in welchem das anliegende Spannungssignal zuverlässig digitalisiert wird, wird durch eine am Analog-Digital-Wandler 24 angelegte Referenzspannung Uref bestimmt, die durch eine Spannungsquelle 25 bereitgestellt wird. Die Referenzspannung Uref kann dabei insbesondere die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers 24 sein und ist im dargestellten Beispiel so gewählt, dass sie mindestens so hoch ist wie die im Betrieb der Energiespeicherzelle 10 maximal auftretende oder zu erwartende Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Anode 12. Alternativ oder zusätzlich kann die Referenzspannung Uref aber auch so gewählt sein, dass sie der während des Betriebs der Zelle maximal zu erwartenden oder auftretenden und in der Verstärkungseinheit 23 verstärkten Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 oder Anode 12 und Referenzelektrode 13 entspricht. Damit ist sichergestellt, dass das am Analog-Digital-Wandler 24 anliegende Spannungssignal den Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 zum Großteil abdeckt und damit der Dynamikumfang und die Auflösung des Analog-Digital-Wandlers 24 bestmöglich ausgenutzt werden. Hierdurch ist das digitalisierte Spannungssignal, insbesondere die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 10 bis 13, als Ausgangssignal des Analog-Digital-Konverters 24 sehr präzise, insbesondere mit einer Genauigkeit von zwei Millivolt oder besser, bestimmbar.The input voltage range of the analog-to-digital converter 24 , That is, the voltage range in which the applied voltage signal is reliably digitized by one of the analog-to-digital converter 24 applied reference voltage U ref determined by a voltage source 25 provided. The reference voltage U ref can in particular be the operating voltage of the analog-to-digital converter 24 be and is chosen in the example shown so that it is at least as high as that during operation of the energy storage cell 10 maximum or expected potential difference between cathode 11 and anode 12 , Alternatively or additionally, however, the reference voltage U ref can also be selected such that it is the maximum that is expected or occurring during operation of the cell and in the amplification unit 23 increased potential difference between cathode 11 or anode 12 and reference electrode 13 equivalent. This ensures that at the analog-to-digital converter 24 applied voltage signal the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 covers the majority and thus the dynamic range and the resolution of the analog-to-digital converter 24 be exploited in the best possible way. As a result, the digitized voltage signal, in particular the potential difference between the electrodes 10 to 13 , as the output signal of the analog-to-digital converter 24 very precise, especially with an accuracy of two millivolts or better, determinable.

Vorzugsweise ist der Verstärkungsfaktor k der Verstärkungseinrichtung 22 so gewählt, dass die von der ersten Schalteinrichtung 23 an den Analog-Digital-Wandler 24 weitergeleitete Potentialdifferenz den Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 zum Großteil abdeckt. Vorzugsweise ist die durch die Spannungsquelle 25 zur Verfügung gestellte Referenz- bzw. Betriebsspannung größer als die Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13, so dass auch in dem ersten Schaltungsmodus der ersten Schalteinrichtung 23 der vorgegebene Dynamikumfang des Analog-Digital-Wandlers 24 bestmöglich ausgenutzt wird, wodurch das digitalisierte Spannungssignal so präzise wie möglich, insbesondere mit einer Genauigkeit von zwei Millivolt oder besser, bestimmt werden kann.The amplification factor k of the amplification device is preferably 22 so chosen, that of the first switching device 23 to the analog-to-digital converter 24 forwarded potential difference the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 for the most part covers. Preferably, that is through the voltage source 25 provided reference or operating voltage greater than the potential difference between the cathode 11 and reference electrode 13 in that also in the first circuit mode of the first switching device 23 the default dynamic range of the analog-to-digital converter 24 is exploited as possible, whereby the digitized voltage signal as precise as possible, in particular with an accuracy of two millivolts or better, can be determined.

Folgendes Beispiel soll dies veranschaulichen: Beträgt die Referenz- bzw. Betriebsspannung z. B. 5 V, so liegen bei einer Verstärkung der Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 von z. B. maximal 1,2 V um einen Faktor 4 im ersten Schaltungsmodus der Schalteinrichtung die während des Entladens auftretenden verstärkten Potenzialdifferenzen bei maximal 4,8 V und damit innerhalb des durch die Betriebsspannung gegebenen Eingangsspannungsbereichs, so dass diese im Analog-Digital-Wandler 24 zuverlässig digitalisiert werden können. Liegen im zweiten Schaltungsmodus die beim Entladen der Zelle zwischen etwa 4,2 V und 3 V variierenden unverstärkten Potentialdifferenzen zwischen Kathode und Anode am Analog-Digital-Wandler 24 an, so befinden sich auch diese Potentialdifferenzen innerhalb des Eingangsspannungsbereichs und können ebenfalls zuverlässig digitalisiert werden.The following example is intended to illustrate this: If the reference or operating voltage z. B. 5 V, so are at an amplification of the potential difference between the cathode 11 and reference electrode 13 from Z. B. a maximum of 1.2 V by a factor of 4 in the first circuit mode of the switching device occurring during discharging amplified potential differences at a maximum of 4.8 V and thus within the given by the operating voltage input voltage range, so that these in the analog-to-digital converter 24 can be reliably digitized. In the second circuit mode, the non-amplified potential differences between cathode and anode at the analog-to-digital converter, which vary between about 4.2 V and 3 V when the cell is discharged, lie 24 On, so are these potential differences within the input voltage range and can also be reliably digitized.

Die Auswertungselektronik weist neben dem Analog-Digital-Wandler 24, welcher das Ausgangssignal der ersten Schalteinrichtung 23 digitalisiert, auch eine Verarbeitungseinrichtung 26 auf, beispielsweise einen entsprechend programmierten Mikrocontroller, welche auf Grundlage des vom Analog-Digital-Wandlers 24 digitalisierten Spannungssignals den Betriebszustand der Energiespeicherzelle 10 ermittelt. Entspricht dieses digitalisierte Spannungssignal der Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Anode 12, wie in 1 durch die Stellung der ersten Schalteinrichtung 23 im zweiten Schaltungsmodus gezeigt, kann der Betriebszustand beispielsweise durch einen Vergleich dieser Potentialdifferenz mit einer Spannungskennlinie, also des Potentialverlaufs der Kathode 11 oder Anode 12 in Abhängigkeit des Ladezustands der Energiespeicherzelle 10, ermittelt werden.The evaluation electronics have in addition to the analog-to-digital converter 24 , which receives the output signal of the first switching device 23 digitized, also a processing facility 26 on, for example, a suitably programmed microcontroller, which on the basis of the analog-to-digital converter 24 digitized voltage signal the operating state of the energy storage cell 10 determined. Corresponds to this digitized voltage signal of the potential difference between the cathode 11 and anode 12 , as in 1 by the position of the first switching device 23 shown in the second circuit mode, the operating state, for example, by comparing this potential difference with a voltage characteristic, so the potential profile of the cathode 11 or anode 12 depending on the state of charge of the energy storage cell 10 , be determined.

Bei Energiespeicherzellen mit einem flachen Verlauf dieser Spannungskennlinie sind Änderungen in der durch die Überwachungselektronik 20 ermittelten Potentialdifferenzen relativ klein, so dass diese unter Umständen vom Analog-Digital-Wandler 24 nicht ausreichend genau aufgelöst werden können. Ein Wechsel in den ersten Schaltungsmodus der ersten Schalteinrichtung 23 umgeht diese Problematik, indem hier beispielhaft die um den Verstärkungsfaktor k verstärkte und auf den Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 geführte Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 durch den Analog-Digital-Wandler 21 digitalisiert wird, wodurch dessen Eingangsspannungsbereich zum Großteil ausgeschöpft wird, die zu messende Spannungsänderung aber nicht durch die minimale Spannung der Kathode 11 gegenüber der Anode 12 überlagert ist. Entsprechend kann die Verschaltung aber auch so gewählt sein, dass die Potentialdifferenz zwischen Referenzelektrode und Anode verstärkt und digitalisiert wird. In jedem Fall lässt sich mit diesem Signal der Betriebszustand der Energiespeicherzelle 10 in der Verarbeitungseinrichtung 26 mit wesentlich gesteigerter Präzision bestimmen.For energy storage cells with a flat course of this voltage characteristic changes in the by the monitoring electronics 20 determined potential differences relatively small, so that these may be from the analog-to-digital converter 24 can not be resolved with sufficient accuracy. A change to the first circuit mode of the first switching device 23 circumvents this problem by exemplifying the amplified by the gain factor k and the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 guided potential difference between cathode 11 and reference electrode 13 through the analog-to-digital converter 21 is digitized, whereby its input voltage range is largely exhausted, the measuring voltage change but not by the minimum voltage of the cathode 11 opposite the anode 12 is superimposed. Accordingly, the interconnection can also be chosen so that the potential difference between the reference electrode and the anode is amplified and digitized. In any case, can be with this signal, the operating state of the energy storage cell 10 in the processing facility 26 determine with much increased precision.

2 zeigt ein Beispiel einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 1 mit einer Energiespeicherzelle 10 und einer Überwachungselektronik 20, für welche, sofern nachfolgend nicht anders angegeben, die obenstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Beispiel entsprechend gelten. 2 shows an example of a second embodiment of the energy storage device according to the invention 1 with an energy storage cell 10 and a monitoring electronics 20 , for which, unless otherwise stated, the above explanations in connection with the in 1 apply as shown in the example.

Die Überwachungselektronik 20 ist bis auf eine zweite Schalteinrichtung 27 identisch mit der in 1 dargestellten und oben beschriebenen ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 1. Die zweite Schalteinrichtung 27 weist einen dritten und vierten Schaltungsmodus auf und ermöglicht so eine Anpassung der Überwachungselektronik 20 an das Vorzeichen der Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13, da der Analog-Digital-Wandler 25 in der Regel nur positive Potentialdifferenzen digitalisieren kann. So liegen bei dem in der 2 gezeigten dritten Schaltungsmodus der zweiten Schalteinrichtung 27 die Betriebsspannungen der Kathode 11 auf dem ersten und der Referenzelektrode 13 auf dem zweiten Eingangskanal der Verstärkungseinrichtung 22, analog zum ersten Schaltungsmodus der ersten Schalteinrichtung 23 der in 1 dargestellten ersten Ausführung der Energiespeichervorrichtung 1. In dem vierten Schaltungsmodus der zweiten Schalteinrichtung 27 dagegen ist die Belegung der Eingangskanäle der Verstärkungseinrichtung 22 vertauscht, d. h. die Betriebsspannungen von Kathode 11 bzw. Referenzelektrode 13 liegen auf dem zweiten bzw. ersten Eingangskanal der zweiten Schalteinrichtung 27. Damit kehrt sich bei einem Umschalten des Schaltungsmodus der zweiten Schalteinrichtung 27 das Vorzeichen der an der Verstärkungseinrichtung 22 anliegenden und durch diese verstärkten Potentialdifferenz um. Der Vorteil dieses Umschaltens wird in der folgenden Figurenbeschreibung im Zusammenhang mit 3 erläutert.The monitoring electronics 20 is up to a second switching device 27 identical to the one in 1 illustrated and described above first embodiment of the energy storage device according to the invention 1 , The second switching device 27 has a third and fourth circuit mode, allowing an adjustment of the monitoring electronics 20 to the sign of the potential difference between the cathode 11 and reference electrode 13 because of the analog-to-digital converter 25 usually only digitize positive potential differences. So lie in the in the 2 shown third circuit mode of the second switching device 27 the operating voltages of the cathode 11 on the first and the reference electrode 13 on the second input channel of the amplification device 22 , analogous to the first circuit mode of the first switching device 23 the in 1 shown first embodiment of the energy storage device 1 , In the fourth circuit mode of the second switching device 27 on the other hand, the occupancy of the input channels of the amplification device 22 reversed, ie the operating voltages of the cathode 11 or reference electrode 13 lie on the second or first input channel of the second switching device 27 , Thus, when switching the switching mode of the second switching device is reversed 27 the sign of the at the amplification device 22 adjacent and amplified by this potential difference. The advantage of this switching is related in the following description of the figures 3 explained.

3 zeigt ein Beispiel für eine Kathodenspannungskennlinie 40, welche das Potential E einer NCM-Kathode in Abhängigkeit des Ladezustandes der Energiespeicherzelle 10 angibt. Das Referenzelektrodenpotential 41, im vorliegenden Fall einer Elektrode aus LFP, bleibt unabhängig vom Ladezustand der Energiespeicherzelle 10 konstant und ist als gestrichelte Linie bei etwa 3,4 V eingezeichnet. Die Kathodenspannungskennlinie 40 befindet sich bei üblichen Entlade- bzw. Ladevorgängen der Energiespeicherzelle 10 durchgängig oberhalb des Referenzelektrodenpotentials 41. Der Schnittpunkt der Kathodenspannungskennlinie 40 mit dem Referenzelektrodenpotential 41 wird im Allgemeinen nicht erreicht, da im Regelfall eine Tiefentladung der Energiespeicherzelle 10 vermieden werden soll. 3 shows an example of a cathode voltage characteristic 40 , which shows the potential E of an NCM cathode as a function of the state of charge of the energy storage cell 10 indicates. The reference electrode potential 41 , in the present case an electrode made of LFP, remains independent of the state of charge of the energy storage cell 10 constant and is shown as a dashed line at about 3.4 volts. The cathode voltage characteristic 40 is located during normal discharging or charging of the energy storage cell 10 consistently above the reference electrode potential 41 , The intersection of the cathode voltage characteristic 40 with the reference electrode potential 41 is generally not reached, as a rule, a deep discharge of the energy storage cell 10 should be avoided.

Die zu digitalisierende Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 bewegt sich in diesem Beispiel etwa zwischen 1,3 und 0,2 V, bevor sie durch den Verstärkungsfaktor k so stark verstärkt wird, dass sie einen Großteil des Eingangsspannungsbereichs von etwa 5 V des Analog-Digital-Wandlers 24, vorgegeben durch die maximale Kathodenspannung 42, abdeckt. Der Verstärkungsfaktor könnte in diesem Fall beispielsweise k = 3,5 betragen. Die Überlagerung mit einer ebenfalls durch den Verstärkungsfaktor k verstärkten Grundspannung („Offset”) von k·0,2 V = 0,7 V nimmt daher im Vergleich zu einem Offset von rund 3,5 V, gegeben durch das minimale Kathodenpotential 43 bei einer Messung gegenüber dem Potential der Anode 12, signifikant ab, so dass die verstärkte Potentialänderung von k·1,3 V = 4,5 V auf k·0,2 V = 0,7 V den Dynamikumfang des Analog-Digital-Wandlers 24 deutlich besser ausnutzt.The potential difference to be digitized between cathode 11 and reference electrode 13 In this example, it moves between about 1.3 and 0.2V before being amplified by the gain k to a large extent the approximately 5V input voltage range of the analog-to-digital converter 24 , given by the maximum cathode voltage 42 , covers. For example, the gain factor could be k = 3.5 in this case. The superposition with a base voltage ("offset") of k · 0.2 V = 0.7 V, which is likewise amplified by the amplification factor k, therefore decreases in comparison to an offset of approximately 3.5 V, given by the minimum cathode potential 43 when measured against the potential of the anode 12 , significant, so that the amplified potential change from k * 1.3V = 4.5V to k * 0.2V = 0.7V the dynamic range of the analog-to-digital converter 24 much better exploited.

Es ist auch möglich, eine Referenzelektrode 13 zu verwenden, deren Potential die Kathodenspannungskennlinie 40 in einem Bereich schneidet, der bei Betrieb der Energiespeicherzelle 10 tatsächlich durchlaufen wird. Bei einer Referenzelektrode 13 aus LCO kann die zu messende Potentialdifferenz beispielsweise in zwei Bereiche, getrennt durch den Schnittpunkt des LCO-Referenzelektrodenpotentials 44 mit der Kathodenspannungskennlinie 40, aufgeteilt werden kann, wobei die Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 im ersten Bereich 45 positiv, im zweiten Bereich 46 negativ ist. Verschwindet die gemessene Potentialdifferenz, muss die zweite Schalteinrichtung 27 daher vom dritten in den vierten Schaltungsmodus umgeschaltet werden, damit die dem Analog-Digital-Wandler 24 zugeführte Potentialdifferenz weiterhin ein positives Vorzeichen aufweist.It is also possible to use a reference electrode 13 whose potential is the cathode voltage characteristic 40 in an area that cuts when operating the energy storage cell 10 is actually going through. With a reference electrode 13 For example, from LCO, the potential difference to be measured can be divided into two regions separated by the intersection of the LCO reference electrode potential 44 with the cathode voltage characteristic 40 , which can be divided, wherein the potential difference between cathode 11 and reference electrode 13 in the first area 45 positive, in the second area 46 is negative. If the measured potential difference disappears, the second switching device must be switched off 27 Therefore, be switched from the third to the fourth circuit mode, so that the analog-to-digital converter 24 supplied potential difference continues to have a positive sign.

Dadurch wird die zu bestimmende Potentialdifferenz nochmals verkleinert, und ein Offset wird nun vollständig vermieden. Durch einen passend gewählten Verstärkungsfaktor k der Verstärkungseinrichtung 22 werden die zu bestimmenden Potentialdifferenzen so verstärkt, dass sie den Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 zum Großteil abdecken und damit mit der bestmöglichen Auflösung in ein digitales Signal umgewandelt werden können.As a result, the potential difference to be determined is reduced again, and an offset is now completely avoided. By a suitably chosen amplification factor k of the amplification device 22 the potential differences to be determined are amplified so that they are the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 cover most of them and can thus be converted into a digital signal with the best possible resolution.

Gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung weist eine Energiespeichervorrichtung folgende Komponenten auf: eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit mindestens einer Anode und mindestens einer Kathode, eine Referenzelektrode, welche in die Energiespeicherzelle integriert ist, und eine Verarbeitungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, anhand einer Potentialdifferenz zwischen Anode bzw. Kathode und Referenzelektrode einen Betriebszustand der Energiespeicherzelle zu ermitteln. Dies wird im Folgenden anhand eines Beispiels näher erläutert.According to an alternative aspect of the invention, an energy storage device has the following components: an electrochemical energy storage cell with at least one anode and at least one cathode, a reference electrode which is integrated into the energy storage cell, and a processing device which is designed to operate on the basis of a potential difference between the anode and the anode Cathode and reference electrode to determine an operating state of the energy storage cell. This will be explained in more detail below with reference to an example.

4 zeigt ein Beispiel einer Ausführung der vorstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung 2 gemäß einem alternativen Aspekt der Erfindung. Sofern nachfolgend nicht anders angegeben, gelten die obenstehenden Erläuterungen im Zusammenhang mit dem in 1 gezeigten Beispiel entsprechend. 4 shows an example of an embodiment of the energy storage device described above 2 according to an alternative aspect of the invention. Unless otherwise stated below, the above explanations apply in connection with 1 according to the example shown.

Anders als bei der in 1 dargestellten Ausgestaltung weist die Überwachungselektronik 20 in der vorliegenden Ausführung keine Verstärkungseinrichtung zur Verstärkung der Potentialdifferenzen zwischen Kathode 11 und Referenzelektrode 13 auf. Anstatt die Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 oder Anode 12 einerseits und Referenzelektrode 13 andererseits zu verstärken und dadurch an den Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 anzupassen, wird in der vorliegenden Ausführung die durch die Spannungsquelle 25 vorgebbare Referenzspannung Uref, z. B. die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers 24, an die während des Betriebs der Zelle 10 zu erwartende oder auftretende maximale Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 bzw. Anode 12 und Referenzelektrode 13 angepasst und damit gewährleistet, dass der Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers 24 durch die unverstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 bzw. Anode 12 und Referenzelektrode 13 zum Großteil abgedeckt wird. Vorzugsweise ist die Referenzspannung Uref größer als die im Betrieb der Energiespeicherzelle 10 maximal zu erwartende oder auftretende Potentialdifferenz zwischen Kathode 11 bzw. Anode 12 und Referenzelektrode 13. Bei dieser Ausführung kann in der Energiespeichervorrichtung 2 vorteilhafterweise auf ein Bauteil verzichtet werden, was den Aufbau der Überwachungselektronik 20 vereinfacht.Unlike the in 1 illustrated embodiment, the monitoring electronics 20 in the present embodiment, no amplifying means for enhancing the potential differences between the cathode 11 and reference electrode 13 on. Instead of the potential difference between cathode 11 or anode 12 on the one hand and reference electrode 13 on the other hand, and thereby to the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 In the present embodiment, the voltage to be adjusted by the voltage source 25 predefinable reference voltage U ref , z. B. the operating voltage of the analog-to-digital converter 24 to which during the operation of the cell 10 expected or occurring maximum potential difference between cathode 11 or anode 12 and reference electrode 13 adjusted and thus ensures that the input voltage range of the analog-to-digital converter 24 by the unamplified potential difference between the cathode 11 or anode 12 and reference electrode 13 is largely covered. Preferably, the reference voltage U ref is greater than that during operation of the energy storage cell 10 maximum expected or occurring potential difference between cathode 11 or anode 12 and reference electrode 13 , In this embodiment, in the energy storage device 2 advantageously be dispensed with a component, which is the structure of the monitoring electronics 20 simplified.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
EnergiespeichervorrichtungEnergy storage device
22
Alternative EnergiespeichervorrichtungAlternative energy storage device
1010
EnergiespeicherzelleEnergy storage cell
1111
Kathodecathode
1212
Anodeanode
1313
Referenzelektrodereference electrode
2020
Überwachungselektronikelectronic monitoring system
2121
MasseDimensions
2222
Verstärkungseinrichtungreinforcing device
2323
Schalteinrichtungswitching device
2424
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
2525
Spannungsquelle für ReferenzspannungVoltage source for reference voltage
2626
Verarbeitungseinheitprocessing unit
3030
Kommunikationseinheitcommunication unit
3131
Sendereinheittransmitter unit
3232
Empfängereinheitreceiver unit
4040
KathodenspannungskennlinieCathode voltage characteristic
4141
LFP-ReferenzelektrodenpotentialLFP reference electrode potential
4242
maximales Kathodenpotentialmaximum cathode potential
4343
minimales Kathodenpotentialminimal cathode potential
4444
LCO-ReferenzelektrodenpotentialLCO-reference electrode potential
4545
erster Bereichfirst area
4646
zweiter Bereichsecond area
Uref U ref
Referenzspannungreference voltage

Claims (15)

Energiespeichervorrichtung (1) mit – einer elektrochemischen Energiespeicherzelle (10), welche mindestens eine Anode (12) und mindestens eine Kathode (11) aufweist, – einer Referenzelektrode (13), welche in die Energiespeicherzelle (10) integriert ist, – einer Verstärkungseinrichtung (22), welche dazu ausgebildet ist, eine Potentialdifferenz zwischen der Anode (12) oder Kathode (11) und der Referenzelektrode (13) zu verstärken, und – einer Verarbeitungseinrichtung (26), welche dazu ausgebildet ist, anhand der verstärkten Potentialdifferenz einen Betriebszustand der Energiespeicherzelle (10) zu ermitteln.Energy storage device ( 1 ) with - an electrochemical energy storage cell ( 10 ), which at least one anode ( 12 ) and at least one cathode ( 11 ), - a reference electrode ( 13 ), which in the energy storage cell ( 10 ), - an amplification device ( 22 ), which is adapted to a potential difference between the anode ( 12 ) or cathode ( 11 ) and the reference electrode ( 13 ), and - a processor ( 26 ), which is designed to use the increased potential difference an operating state of the energy storage cell ( 10 ) to investigate. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 1 mit einem Analog-Digital-Wandler (24), welcher dazu ausgebildet ist, die verstärkte Potentialdifferenz in ein entsprechendes digitales Ausgangssignal umzuwandeln, wobei die Verarbeitungseinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, den Betriebszustand der Energiespeicherzelle (10) anhand des digitalen Ausgangssignals zu ermitteln.Energy storage device ( 1 ) according to claim 1 with an analog-to-digital converter ( 24 ), which is designed to convert the amplified potential difference into a corresponding digital output signal, wherein the processing device ( 26 ) is adapted to the operating state of the energy storage cell ( 10 ) based on the digital output signal. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der Analog-Digital-Wandler (24) einen Eingangsspannungsbereich aufweist und dazu ausgebildet ist, innerhalb des Eingangsspannungsbereichs liegende Potentialdifferenzen in entsprechende digitale Ausgangssignale umzuwandeln, und die Verstärkungseinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, die während des Betriebs der Energiespeicherzelle (10) zu erwartenden oder auftretenden Potentialdifferenzen zwischen der Anode (12) bzw. Kathode (11) und der Referenzelektrode (13) so zu verstärken, dass die verstärkten Potentialdifferenzen in einem Spannungsbereich liegen, welcher einen Großteil des Eingangsspannungsbereichs des Analog-Digital-Wandlers (24) abdeckt.Energy storage device ( 1 ) according to claim 2, wherein the analog-to-digital converter ( 24 ) has an input voltage range and is configured to convert potential differences lying within the input voltage range into corresponding digital output signals, and the amplification device ( 26 ) is adapted to, during operation of the energy storage cell ( 10 ) expected or occurring potential differences between the anode ( 12 ) or cathode ( 11 ) and the reference electrode ( 13 ) in such a way that the amplified potential differences lie in a voltage range which covers a large part of the input voltage range of the analog-to-digital converter ( 24 ) covers. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers (24) eine Auflösung aufweist, welche mindestens 2 mV beträgt.Energy storage device ( 1 ) according to claim 2 or 3, the output signal of the analog-digital Converter ( 24 ) has a resolution which is at least 2 mV. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei der Eingangsspannungsbereich des Analog-Digital-Wandlers (24) durch eine am Analog-Digital-Wandler (24) anliegende Referenzspannung (Uref), insbesondere eine Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers (24), gegeben ist.Energy storage device ( 1 ) according to claim 3, wherein the input voltage range of the analog-to-digital converter ( 24 ) by one on the analog-to-digital converter ( 24 ) applied reference voltage (U ref ), in particular an operating voltage of the analog-to-digital converter ( 24 ), given is. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die am Analog-Digital-Wandler (24) anliegende Referenzspannung (Uref), insbesondere die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers (24), mindestens so groß ist wie die während des Betriebs der Energiespeicherzelle (10) maximal zu erwartende oder auftretende Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) und Anode (12).Energy storage device ( 1 ) according to claim 5, wherein the at the analog-to-digital converter ( 24 ) applied reference voltage (U ref ), in particular the operating voltage of the analog-to-digital converter ( 24 ), at least as large as that during operation of the energy storage cell ( 10 ) maximum expected or occurring potential difference between cathode ( 11 ) and anode ( 12 ). Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die am Analog-Digital-Wandler (24) anliegende Referenzspannung (Uref), insbesondere die Betriebsspannung des Analog-Digital-Wandlers (24), mindestens so groß ist wie die während des Betriebs der Energiespeicherzelle (10) maximal zu erwartende oder auftretende verstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) bzw. Anode (12) und Referenzelektrode (13).Energy storage device ( 1 ) according to claim 5 or 6, wherein the at the analog-to-digital converter ( 24 ) applied reference voltage (U ref ), in particular the operating voltage of the analog-to-digital converter ( 24 ), at least as large as that during operation of the energy storage cell ( 10 ) maximum expected or occurring increased potential difference between cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) and reference electrode ( 13 ). Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7 mit einer ersten Schalteinrichtung (23) zum Umschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Schaltungsmodus, wobei im ersten Schaltungsmodus die durch die Verstärkungseinrichtung (22) verstärkte Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) oder Anode (12) und Referenzelektrode (13) am Analog-Digital-Wandler (24) anliegt, wohingegen im zweiten Schaltungsmodus eine Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) und Anode (12), ohne von der Verstärkungseinrichtung (22) verstärkt zu werden, direkt am Analog-Digital-Wandler (24) anliegt.Energy storage device ( 1 ) according to one of claims 2 to 7 with a first switching device ( 23 ) for switching between a first and a second circuit mode, wherein in the first circuit mode, the amplification means ( 22 ) increased potential difference between cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) and reference electrode ( 13 ) on the analog-to-digital converter ( 24 ), whereas in the second circuit mode a potential difference between cathode ( 11 ) and anode ( 12 ), without the reinforcing device ( 22 ), directly at the analog-to-digital converter ( 24 ) is present. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer zweiten Schalteinrichtung (27) zum Umschalten zwischen einem dritten und vierten Schaltungsmodus, wobei im dritten Schaltungsmodus die Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) bzw. Anode (12) und Referenzelektrode (13) und im vierten Schaltungsmodus die Potentialdifferenz zwischen Referenzelektrode (13) und Kathode (11) bzw. Anode (12) an der Verstärkungseinrichtung (22) anliegt, wodurch die im dritten und vierten Schaltungsmodus an der Verstärkungseinrichtung (22) anliegenden Potentialdifferenzen entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.Energy storage device ( 1 ) according to one of the preceding claims with a second switching device ( 27 ) for switching between a third and fourth circuit mode, wherein in the third circuit mode the potential difference between cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) and reference electrode ( 13 ) and in the fourth circuit mode the potential difference between the reference electrode ( 13 ) and cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) at the reinforcement device ( 22 ), whereby the third and fourth circuit modes on the amplifying device ( 22 ) adjacent potential differences have opposite signs. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Referenzelektrode (13) so gewählt wird, dass die Potentialdifferenz zwischen Anode (12) oder Kathode (11) und Referenzelektrode (13) etwa in der Mitte zwischen maximaler und minimaler Betriebsspannung (45, 46) der Anode (12) bzw. Kathode (11) liegt.Energy storage device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the reference electrode ( 13 ) is chosen so that the potential difference between anode ( 12 ) or cathode ( 11 ) and reference electrode ( 13 ) approximately in the middle between maximum and minimum operating voltage ( 45 . 46 ) of the anode ( 12 ) or cathode ( 11 ) lies. Energiespeichervorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrochemische Energiespeicherzelle (10) als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildet ist.Energy storage device ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the electrochemical energy storage cell ( 10 ) is designed as a lithium-ion battery. Energiespeichervorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Kathode (11) Lithium-Nickel-Mangan-Kobaltoxid (Li(NiCoMn)O2, NMC) und/oder die Referenzelektrode (13) Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4, LFP), Lithium-Mangandioxid LiMn2O4 (LMO) oder Lithium-Kobaltdioxid (LiCoO2, LCO) enthält.Energy storage device ( 1 ) according to claim 11, wherein the cathode ( 11 ) Lithium-nickel-manganese-cobalt oxide (Li (NiCoMn) O 2 , NMC) and / or the reference electrode ( 13 ) Lithium iron phosphate (LiFePO 4 , LFP), lithium manganese dioxide LiMn 2 O 4 (LMO) or lithium cobalt dioxide (LiCoO 2 , LCO). Batteriemodul mit zwei oder mehreren miteinander verschalteten Energiespeichervorrichtungen (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Battery module with two or more interconnected energy storage devices ( 1 ) according to one of the preceding claims. Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Hybrid- oder Elektroantrieb und mindestens einem Batteriemodul nach dem vorangehenden AnspruchVehicle, in particular motor vehicle, with a hybrid or electric drive and at least one battery module according to the preceding claim Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung (1), welche eine elektrochemische Energiespeicherzelle (10) mit mindestens einer Kathode (11) und mindestens einer Anode (12) und eine in die Energiespeicherzelle (10) integrierte Referenzelektrode (13) aufweist, bei welchem – eine Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) oder Anode (12) und Referenzelektrode (13) durch eine Verstärkungseinrichtung (22) verstärkt wird und – anhand der verstärkten Potentialdifferenz zwischen Kathode (11) bzw. Anode (12) und Referenzelektrode (13) ein Betriebszustand der Energiespeicherzelle (10) in einer Verarbeitungseinrichtung (26) ermittelt wird.Method for operating an energy storage device ( 1 ), which an electrochemical energy storage cell ( 10 ) with at least one cathode ( 11 ) and at least one anode ( 12 ) and one into the energy storage cell ( 10 ) integrated reference electrode ( 13 ), in which - a potential difference between cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) and reference electrode ( 13 ) by an amplification device ( 22 ) and - based on the increased potential difference between the cathode ( 11 ) or anode ( 12 ) and reference electrode ( 13 ) an operating state of the energy storage cell ( 10 ) in a processing device ( 26 ) is determined.
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