DE102019213125A1 - Method for operating an electrochemical battery cell - Google Patents

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Philipp Teichert
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle (6), aufweisend ein Batterieschichtsystem, welches in einem Zellengehäuse (8) aufgenommen ist, wobei ein innerhalb des Zellengehäuses (8) auftretender Gasdruck (p) erfasst wird, wobei der Gasdruck (p) anhand mindestens einem hinterlegten Grenzwert (pmin, pmax) und/oder einer hinterlegten Referenzkurve (Δp) als Maß für einen vorbekannten Betriebszustand der Batteriezelle (6) ausgewertet wird, und wobei eine Betriebszustandsgröße (I, U, T) der Batteriezelle (6) anhand der Auswertung des Gasdrucks (p) angesteuert und/oder geregelt wird.The invention relates to a method for operating an electrochemical battery cell (6), having a battery layer system which is accommodated in a cell housing (8), a gas pressure (p) occurring within the cell housing (8) being detected, the gas pressure (p) is evaluated based on at least one stored limit value (pmin, pmax) and / or a stored reference curve (Δp) as a measure for a previously known operating state of the battery cell (6), and an operating state variable (I, U, T) of the battery cell (6) based on the evaluation of the gas pressure (p) is activated and / or regulated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle, aufweisend ein Batterieschichtsystem, welches in einem Zellengehäuse aufgenommen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating an electrochemical battery cell, having a battery layer system which is accommodated in a cell housing. The invention also relates to a vehicle battery of a motor vehicle for carrying out the method.

Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an eine fahrzeuginterne (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.Motor vehicles driven or drivable electrically or by an electric motor, for example electric or hybrid vehicles, generally comprise an electric motor with which one or both vehicle axles can be driven. In order to be supplied with electrical energy, the electric motor is usually connected to a vehicle-internal (high-voltage) battery as an electrical energy store.

Unter einer insbesondere elektrochemischen Batterie ist hier und im Folgenden insbesondere eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Bei einer solchen (sekundären) Fahrzeugbatterie ist eine verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar. Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als elektrochemische Akkumulatoren, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt. Zur Erzeugung oder Bereitstellung einer ausreichend hohen Betriebsspannung weisen solche Fahrzeugbatterien typischerweise mindestens ein Batteriezellmodul auf, bei welchem mehrere einzelne Batteriezellen verschaltet sind.An in particular electrochemical battery is to be understood here and in the following text in particular as a so-called secondary battery (secondary battery) of the motor vehicle. In the case of such a (secondary) vehicle battery, used chemical energy can be restored by means of an electrical (charging) process. Such vehicle batteries are designed, for example, as electrochemical accumulators, in particular as lithium-ion accumulators. In order to generate or provide a sufficiently high operating voltage, such vehicle batteries typically have at least one battery cell module in which several individual battery cells are connected.

Die Batteriezellen sind beispielsweise als elektrochemische (Dünn-)Schichtzellen ausgeführt. Die Dünnschichtzellen weisen einen geschichteten Aufbau mit einer Kathodenschicht (Kathode) und mit einer Anodenschicht (Anode) sowie mit einer dazwischen eingebrachten Separatorschicht (Separator) auf. Diese Bestandteile werden beispielsweise von einem flüssigen Elektrolyt (Flüssigelektrolyt) durchdrungen, welcher eine ionenleitfähige Verbindung der Bestandteile beziehungsweise einen Ladungsausgleich erzeugt. Die Ionenleitung basiert hierbei auf Leitsalzen im Elektrolyten.The battery cells are designed, for example, as electrochemical (thin) layer cells. The thin-film cells have a layered structure with a cathode layer (cathode) and with an anode layer (anode) and with a separator layer (separator) introduced in between. These components are penetrated, for example, by a liquid electrolyte (liquid electrolyte), which creates an ion-conductive connection between the components or a charge equalization. The ionic conduction is based on conductive salts in the electrolyte.

Während des Betriebs von Lithium-Ionen-Zellen treten Zersetzungsreaktionen innerhalb der Batteriezelle auf, welche ausgasen, also ein gasförmiges Reaktions- oder Entstehungsprodukt erzeugen. Diese (Zell-)Gase sind abhängig von dem Elektrolytmaterial, wobei in der Regel im Wesentlichen Sauerstoff (O2) und Kohlenstoffdioxid (CO2), aber auch Kohlenstoffmonooxid (CO), Ethen (C2H4), Ethan (C2H6), und Wasserstoff (H2), gebildet werden.During the operation of lithium-ion cells, decomposition reactions occur within the battery cell, which outgas, i.e. generate a gaseous reaction or formation product. These (cell) gases are dependent on the electrolyte material, with essentially oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ), but also carbon monoxide (CO), ethene (C 2 H 4 ), ethane (C 2 H 6 ), and hydrogen (H 2 ).

Batteriezellen, also die Schichtsysteme aus Kathode, Anode und Separator, sind in der Regel zum Schutz vor äußeren Einflüssen innerhalb eines jeweiligen Zellgehäuses angeordnet. Die Zellgase sollen hierbei möglichst nicht aus dem Zellengehäuse austreten, so dass die Zellengehäuse üblicherweise hermetisch oder fluiddicht, insbesondere gasdicht, ausgeführt sind. Die entstehenden Gase sammeln sich somit im Inneren des Zellengehäuses an, und bewirken beispielsweise eine Volumenzunahme oder Volumenexpansion des Zellengehäuses.Battery cells, that is to say the layer systems of cathode, anode and separator, are usually arranged within a respective cell housing to protect against external influences. The cell gases should not escape from the cell housing as far as possible, so that the cell housings are usually designed to be hermetic or fluid-tight, in particular gas-tight. The resulting gases thus accumulate in the interior of the cell housing and cause, for example, an increase in volume or an expansion in volume of the cell housing.

Die Gasentstehung oder Gasentwicklung ist beispielsweise abhängig von der Lebensdauer und/oder der Temperatur der Batteriezelle, und nimmt in der Regel im Zuge eines Lade- und Entladevorgangs zu und ab. In der Regel tritt während eines Ladevorgangs, insbesondere während eines ersten Ladeschritts, eine vermehrte Gastentstehung oder Gasentwicklung auf. Des Weiteren treten bei Betriebsstörungen der Batteriezelle, wie beispielsweise bei einem elektrischen Kurzschluss zwischen der Kathoden- und Anodenschicht, Gasentwicklungen auf, welche zu einem Anstieg oder einer Zunahme des Zellinnendrucks führen. Die Zellgase und deren Anteil an dem Gasdruck im Zellengehäuse, dem sogenannten Zellinnendruck oder Gasinnendruck, ermöglichen somit Aussagen über den (Betriebs-)Zustand der Batteriezelle. Mit anderen Worten ist der Zellinnendruck ein Maß für die ordnungsgemäße Funktion der Batteriezelle.The generation or development of gas depends, for example, on the service life and / or the temperature of the battery cell, and generally increases and decreases in the course of a charging and discharging process. As a rule, during a charging process, in particular during a first charging step, an increased generation of gas or gas occurs. Furthermore, if the battery cell malfunctions, such as an electrical short circuit between the cathode and anode layers, gas is generated, which leads to an increase or an increase in the internal pressure of the cell. The cell gases and their proportion of the gas pressure in the cell housing, the so-called internal cell pressure or internal gas pressure, thus enable statements to be made about the (operating) state of the battery cell. In other words, the internal cell pressure is a measure of the proper functioning of the battery cell.

Häufig wird der Zellinnendruck lediglich mittelbar über eine Betriebszustandsgröße oder Parameter der Batteriezelle, wie beispielsweise dem Verspannungsdruck, einer Batteriespannung, einem Batteriestrom, einer Batterietemperatur, einer Batteriekapazität, oder dem elektrischen Widerstand der Batteriezelle bestimmt. Nachteiligerweise ist eine derartige Bestimmung vergleichsweise langsam und ungenau, so dass keine zuverlässige und betriebssichere Aussage über den aktuellen Zellinnendruck oder Gasdruck möglich ist.Often the internal cell pressure is only determined indirectly via an operating state variable or parameters of the battery cell, such as the tension pressure, a battery voltage, a battery current, a battery temperature, a battery capacity, or the electrical resistance of the battery cell. Disadvantageously, such a determination is comparatively slow and imprecise, so that no reliable and operationally reliable statement about the current internal cell pressure or gas pressure is possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle anzugeben. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Fahrzeugbatterie anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable method for operating an electrochemical battery cell. The invention is also based on the object of specifying a particularly suitable vehicle battery.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Fahrzeugbatterie übertragbar und umgekehrt.With regard to the method, the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the vehicle battery with the features of claim 10. Advantageous refinements and developments are the subject of the respective subclaims. The advantages and configurations cited with regard to the method can also be applied to the vehicle battery and vice versa.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, geeignet und ausgestaltet. Die Batteriezelle weist hierbei ein Batterieschichtsystem, insbesondere mit zwei Elektrodenschichten, einer Kathodenschicht und einer Anodenschicht, sowie mit einer dazwischen angeordneten Separatorschicht, auf, welches in einem insbesondere fluid- oder gasdichten Zellengehäuse aufgenommen ist. Unter einem Zellengehäuse ist hier und im Folgenden insbesondere ein Gehäuse zu verstehen, in welchem die Zellmaterialien oder das Batterieschichtsystem aufgenommen ist.The method according to the invention is for operating an electrochemical battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, suitable and configured. The battery cell here has a battery layer system, in particular with two electrode layers, a cathode layer and an anode layer, and with a separator layer arranged between them, which is accommodated in a particularly fluid-tight or gas-tight cell housing. A cell housing is to be understood here and below in particular as a housing in which the cell materials or the battery layer system is accommodated.

Während des Betriebs wird innerhalb des Zellengehäuses ein auftretender Gasdruck oder Zellinnendruck als aktueller Ist-Gasdruck erfasst. Der Gasdruck oder Zellinnendruck wird hierbei beispielsweise kontinuierlich oder periodisch erfasst, insbesondere wird der zeitliche Verlauf beziehungsweise die zeitliche Entwicklung des Gasdrucks erfasst.During operation, a gas pressure or internal cell pressure occurring within the cell housing is recorded as the current actual gas pressure. The gas pressure or internal cell pressure is recorded, for example, continuously or periodically; in particular, the course over time or the development of the gas pressure over time is recorded.

Verfahrensgemäß wird der erfasste Gasdruck anhand mindestens eines hinterlegten Grenzwerts und/oder anhand mindestens einer hinterlegten Referenzkurve als Maß für einen vorbekannten Betriebszustand der Batteriezelle ausgewertet. Anschließend wird eine Betriebszustandsgröße der Batteriezelle anhand der Auswertung des Gasdrucks angesteuert und/oder geregelt. Dies bedeutet, dass die Batteriezelle beziehungsweise deren Betriebszustandsgröße im Betrieb automatisch und vorzugsweise fortlaufend oder kontinuierlich mittels des bestimmten Gasdrucks, insbesondere hinsichtlich der hinterlegten Grenzwerte und/oder Referenzkurven (Referenzprofil), gesteuert und/oder geregelt wird. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle realisiert.According to the method, the detected gas pressure is evaluated based on at least one stored limit value and / or based on at least one stored reference curve as a measure for a previously known operating state of the battery cell. An operating state variable of the battery cell is then activated and / or regulated on the basis of the evaluation of the gas pressure. This means that the battery cell or its operating state variable during operation is controlled and / or regulated automatically and preferably continuously or continuously by means of the determined gas pressure, in particular with regard to the stored limit values and / or reference curves (reference profile). This realizes a particularly suitable method for operating an electrochemical battery cell.

Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.The conjunction “and / or” is to be understood here and below in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.

Der mindestens eine hinterlegte Grenzwert ist insbesondere ein zulässiger Maximaldruck oder Minimaldruck für den Zellinnendruck, also eine zulässige Betriebsgrenze der Batteriezelle beziehungsweise ein Maß für die Größe oder Höhe des Gasdrucks. Die mindestens eine Referenzkurve oder Kennlinie ist hierbei ein Maß für die, insbesondere zeitliche, Entwicklung des Gasdrucks ist. Mit anderen Worten wird der aktuelle Gasdruck mit hinterlegten, vorbekannten, Gasdrücken verglichen. Die Grenzwerte und/oder die Referenzkurven sind beispielsweise als eine Tabelle oder als ein Kennlinienfeld hinterlegt.The at least one stored limit value is in particular a permissible maximum pressure or minimum pressure for the internal cell pressure, that is to say a permissible operating limit of the battery cell or a measure for the size or level of the gas pressure. The at least one reference curve or characteristic curve is a measure of the development of the gas pressure, in particular over time. In other words, the current gas pressure is compared with stored, previously known, gas pressures. The limit values and / or the reference curves are stored, for example, as a table or as a family of characteristics.

Die vorbekannten oder hinterlegten Gasdrücke, beziehungsweise Grenzwerte und/oder Referenzkurven, entsprechen im Wesentlichen vorbekannten Betriebszuständen. Bei einem positiven Vergleichsergebnis wird ein vorbekannter Betriebszustand der Batteriezelle erkannt. Mit anderen Worten wird über den Vergleich des Gasdrucks der aktuelle Ist-Betriebszustand der Batteriezelle erfasst, so dass die Betriebszustandsgröße der Batteriezelle in der Folge vorausschauend auf einen gewünschten Soll-Betriebszustand gesteuert und/oder geregelt wird.The previously known or stored gas pressures, or limit values and / or reference curves, essentially correspond to previously known operating states. If the comparison result is positive, a previously known operating state of the battery cell is recognized. In other words, by comparing the gas pressure, the current actual operating state of the battery cell is recorded, so that the operating state variable of the battery cell is subsequently controlled and / or regulated in a predictive manner to a desired target operating state.

Erfindungsgemäß ist somit eine Kombination aus der Überwachung der Größe und Entwicklung des Zellinnendrucks und dem Betrieb der Batteriezelle realisiert. Der Betrieb der Batteriezelle berücksichtigt also die Größe und/oder den Verlauf des Gasdrucks, und wird entsprechend gesteuert und/oder geregelt.According to the invention, a combination of the monitoring of the size and development of the internal cell pressure and the operation of the battery cell is thus implemented. The operation of the battery cell therefore takes into account the size and / or the course of the gas pressure and is controlled and / or regulated accordingly.

Dies ermöglicht eine frühzeitige und zuverlässige Erfassung von Betriebsstörungen der Batteriezelle. Eine solche Betriebsstörung ist beispielsweise Lithium-Plating, bei welchem sich bei einem Laden der Batteriezelle metallisches Lithium bildet und ablagert, wodurch die Lebensdauer der Batteriezelle nachteilig verringert oder sogar ein elektrischer Kurzschluss oder ein Brand verursacht werden kann. Weitere solche Betriebsstörungen sind beispielsweise eine Tiefentladung, eine Überladung, oder eine erhöhte Alterung beziehungsweise ein anormales Zellverhalten. Derartige Betriebsstörungen sind vorzugsweise anhand der hinterlegten Grenzwerte und/oder Referenzkurven charakterisiert, so dass bei einem positiven Vergleichsergebnis frühzeitig, zuverlässig und effizient ein betriebssicherer Zustand der Batteriezelle bewirkt werden kann.This enables an early and reliable detection of malfunctions in the battery cell. Such a malfunction is, for example, lithium plating, in which metallic lithium is formed and deposited during charging of the battery cell, which can disadvantageously reduce the service life of the battery cell or even cause an electrical short circuit or a fire. Further such malfunctions are, for example, deep discharge, overcharging, or increased aging or abnormal cell behavior. Such malfunctions are preferably characterized on the basis of the stored limit values and / or reference curves, so that in the event of a positive comparison result, an operationally safe state of the battery cell can be brought about early, reliably and efficiently.

Unter einer Betriebszustandsgröße ist eine Kenngröße des Betriebs der Batteriezelle zu verstehen, als eine physikalische Größe, welche den Betriebszustand der Batteriezelle beschreibt, und welche zur Beeinflussung des Betriebszustands veränderbar ist. Die Betriebszustandsgröße ist beispielsweise die Batterietemperatur oder der Batteriestrom. Im Zuge des Verfahrens wird also nicht der Gasdruck selbst geregelt und/oder gesteuert, sondern eine damit mittelbar verknüpfte Betriebszustandsgröße, so dass durch die Steuerung und/oder Regelung der Betriebszustandsgröße auch der Gasdruck in dem Zellengehäuse beeinflusst wird.An operating state variable is to be understood as a characteristic variable of the operation of the battery cell, as a physical variable which describes the operating state of the battery cell and which can be changed to influence the operating state. The operating state variable is, for example, the battery temperature or the battery current. In the course of the method, the gas pressure itself is not regulated and / or controlled, but an operating state variable indirectly linked to it, so that the control and / or regulation of the operating state variable also influences the gas pressure in the cell housing.

In einer denkbaren Ausführungsform ist es beispielsweise denkbar, dass wenn die Gasbildung stärker zunimmt als die hinterlegten Grenzwerte und/oder die hinterlegten Referenzkurven, der Batteriestrom um einen vorgegebenen Wert, beispielsweise prozentual, reduziert wird.In a conceivable embodiment it is conceivable, for example, that if the gas formation increases more strongly than the stored limit values and / or the stored reference curves, the battery current is reduced by a predetermined value, for example as a percentage.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Gasdruck mittels eines Gasdrucksensors erfasst. Der Gasdrucksensor ist beispielsweise Teil des Zellengehäuses. Mit anderen Worten ist ein Gasdrucksensor in das Zellengehäuse integriert. Dadurch ist eine besonders effektive, unmittelbare Messung oder Erfassung des Zellinnendrucks gewährleistet, wodurch ein betriebssicherer und zuverlässiger Betrieb der Batteriezelle sichergestellt wird.In a preferred development, the gas pressure is recorded by means of a gas pressure sensor. The gas pressure sensor is part of the cell housing, for example. In other words, is a gas pressure sensor integrated into the cell housing. This ensures particularly effective, direct measurement or detection of the internal cell pressure, which ensures safe and reliable operation of the battery cell.

In einer bevorzugten Ausgestaltung werden der mindestens eine Grenzwert und/oder die mindestens eine Referenzkurve im Zuge einer Referenzmessung mittels eines Belastungsprofils, insbesondere eines Belastungslade- und/oder Belastungsentladeprofils, erstellt. Dies bedeutet, dass zumindest eine Test- oder Referenzmessung vor dem eigentlichen Betrieb der Batteriezelle durchgeführt wurde. Die Referenzmessung wird hierbei beispielsweise an der Batteriezelle selbst, oder einer gleichartigen (baugleichen) Batteriezelle durchgeführt. Im Zuge der Referenzmessung wird die Batteriezelle elektrisch kontaktiert und mit einem (Belastungs-)Lade- und/oder Entladeprofil belastet, und die resultierenden Gasdrücke als Grenzwerte und/oder die resultierenden Gasdruckverläufe als Referenzkurven hinterlegt. Die Ladeprofile entsprechen hierbei unterschiedlichen Betriebszuständen, insbesondere unterschiedlichen Störzuständen.In a preferred embodiment, the at least one limit value and / or the at least one reference curve are created in the course of a reference measurement by means of a load profile, in particular a load charge and / or load discharge profile. This means that at least one test or reference measurement was carried out before the actual operation of the battery cell. The reference measurement is carried out here, for example, on the battery cell itself or on a similar (structurally identical) battery cell. In the course of the reference measurement, the battery cell is electrically contacted and loaded with a (load) charge and / or discharge profile, and the resulting gas pressures are stored as limit values and / or the resulting gas pressure curves are stored as reference curves. The charging profiles correspond to different operating states, in particular different fault states.

Vorzugsweise werden die Referenzmessungen hierbei beispielsweise in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, einem Verspannungsdruck des Zellengehäuses, einer Höhenlage oder einem Zellaußendruck, einer Stromrate, und einem Alterungszustand der Batteriezelle gemessen und charakterisiert. Dadurch ist im Betrieb eine besonders zuverlässige Bestimmung des Ist-Betriebszustands anhand des aktuellen Gasdrucks ermöglicht. In der Folge wird beispielsweise der Schutz vor Lithium-Plating der Batteriezelle wesentlich verbessert.The reference measurements are preferably measured and characterized, for example, as a function of the battery temperature, a tension pressure of the cell housing, an altitude or an external cell pressure, a current rate, and an aging condition of the battery cell. This enables a particularly reliable determination of the actual operating state on the basis of the current gas pressure during operation. As a result, for example, the protection against lithium plating of the battery cell is significantly improved.

In einer zweckmäßigen Ausbildung wird als Referenzkurve ein Druckgradient oder Druckverlauf hinterlegt. Unter einem Druckgradienten ist hierbei eine Steigung oder ein Gefälle des Gasdrucks oder Zellinnendrucks, insbesondere hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs oder einer bestimmten Zeitdauer, zu verstehen. Der Druckgradient ist also ein Maß für eine Druckänderung des Zellinnendrucks. Insbesondere sind hierbei Referenzkurven für unterschiedliche Betriebe oder Betriebsarten der Batteriezelle als maximal zulässige Maximalgradienten hinterlegt. Dadurch ist eine besonders effektive, zuverlässige und betriebssichere Bestimmung des aktuellen Ist-Betriebszustands ermöglicht. Insbesondere wird eine besonders schnelle oder zeitreduzierte Erkennung eines Störzustands im Falle eines zu hohen Druckgradienten realisiert. Dadurch wird das Verfahren weiter verbessert.In an expedient embodiment, a pressure gradient or pressure curve is stored as a reference curve. A pressure gradient is to be understood here as an increase or decrease in the gas pressure or internal cell pressure, in particular with regard to a time profile or a specific period of time. The pressure gradient is therefore a measure of a change in pressure in the internal cell pressure. In particular, reference curves for different operations or operating modes of the battery cell are stored as maximum permissible maximum gradients. This enables a particularly effective, reliable and operationally safe determination of the current actual operating state. In particular, a particularly rapid or time-reduced detection of a fault condition is implemented in the event of an excessively high pressure gradient. This further improves the process.

Beispielsweise ist es möglich, dass ein Druckabfall mittels eines Druckgradienten oder Referenzkurve im Zuge der Referenzmessung bestimmt wurde, welcher bei einem Fehler oder bei einer Störung, auftritt. Insbesondere werden hierbei Referenzkurven für einen Lade- oder Schnellladevorgang im Falle eines undichten Zellengehäuses oder wenn der Gasdruck zu einem falschen Betriebszeitpunkt sinkt (Schnellentladung) oder zu schnell abnimmt (Stand) hinterlegt. Dadurch ist es in einfacher Art und Weise möglich in Betriebssituationen, in welchen der Gasdruck bei ordnungsgemäßen Betrieb ansteigen sollte, zuverlässig auf einen Fehler oder Störung zu überwachen.For example, it is possible that a pressure drop was determined by means of a pressure gradient or reference curve in the course of the reference measurement, which occurs in the event of an error or a malfunction. In particular, reference curves for a charging or fast charging process in the event of a leaky cell housing or if the gas pressure drops at an incorrect operating time (rapid discharge) or decreases too quickly (status) are stored. This makes it possible, in a simple manner, to reliably monitor for an error or malfunction in operating situations in which the gas pressure should rise during normal operation.

In einer geeigneten Ausgestaltung wird mindestens eine Betriebszustandsgröße der Batteriezelle erfasst, welche bei der Auswertung des Gasdrucks berücksichtigt wird. Die erfasste Betriebszustandsgröße ist hierbei nicht notwendigerweise die gesteuerte und/oder geregelte Betriebszustandsgröße. Beispielsweise wird die Batterietemperatur erfasst und der Batteriestrom gesteuert und/oder geregelt. Durch die Einbeziehung der Betriebszustandsgröße wird der Vergleich zwischen dem aktuellen Gasdruck und den hinterlegten Grenzwerten und/oder Referenzkurven weiter verbessert, insbesondere wenn die vorbekannten oder vorcharakterisierten Grenzwerte und/oder Referenzkurven in Abhängigkeit oder hinsichtlich dieser erfassten Betriebszustandsgröße charakterisiert und gemessen wurden. Dadurch ist ein besonders zuverlässiges und betriebssicheres Verfahren sichergestellt.In a suitable embodiment, at least one operating state variable of the battery cell is recorded, which is taken into account when evaluating the gas pressure. The recorded operating state variable is not necessarily the controlled and / or regulated operating state variable. For example, the battery temperature is recorded and the battery current is controlled and / or regulated. By including the operating state variable, the comparison between the current gas pressure and the stored limit values and / or reference curves is further improved, in particular if the previously known or pre-characterized limit values and / or reference curves have been characterized and measured as a function of or with regard to this recorded operating state variable. This ensures a particularly reliable and operationally safe process.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit des Vergleichs des Gasdrucks mit dem mindestens einen Grenzwert und/oder mit der mindestens einen Referenzkurve eine Sicherheitsmaßnahme ausgelöst wird. Die Sicherheitsmaßnahme wird hierbei insbesondere ausgelöst, wenn das Vergleichsergebnis einen Fehler oder Störzustand der Batteriezelle beschreibt oder ein unbekannter Betriebszustand vorliegt. Dadurch wird ein besonders sicheres Verfahren realisiert.An additional or further aspect of the invention provides that a safety measure is triggered as a function of the comparison of the gas pressure with the at least one limit value and / or with the at least one reference curve. The safety measure is triggered in particular if the comparison result describes an error or fault condition of the battery cell or an unknown operating condition is present. A particularly safe process is thereby implemented.

Als Sicherheitsmaßnahme ist es beispielsweise im Zuge eines aufgrund durch Alterung oder Zelldefekt oder Unfalls entstehenden Überdrucks oder schnellen Druckanstiegs möglich, ein Gasablass oder Ventil des Zellengehäuses zu öffnen, um den Zellinnendruck zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Batteriezelle beispielsweise als Sicherheitsmaßnahme abgeschaltet werden. Sofern die Batteriezelle ein Teil einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs ist, ist es ebenso denkbar, dass als Sicherheitsmaßnahme der Betrieb des Kraftfahrzeugs gesperrt wird.As a safety measure, it is possible, for example, in the course of an overpressure or rapid pressure increase resulting from aging or cell defects or an accident, to open a gas outlet or valve in the cell housing in order to reduce the internal cell pressure. Additionally or alternatively, the battery cell can be switched off as a safety measure, for example. If the battery cell is part of a vehicle battery of a motor vehicle, it is also conceivable that the operation of the motor vehicle is blocked as a safety measure.

In einer vorteilhaften Ausführung wird als Sicherheitsmaßnahme ein Warnsignal an einen Nutzer versendet. Das Warnsignal kann beispielsweise dem Nutzer optisch mittels einer Warn- oder Werkstattleuchte und/oder akustisch mittels eines Lautsprechers übermittelt werden. Dadurch wird sichergestellt dass ein Nutzer über den Fehler oder Störzustand informiert wird.In an advantageous embodiment, a warning signal is sent to a user as a security measure. The warning signal can, for example, optically give the user a warning or Workshop light and / or acoustically transmitted by means of a loudspeaker. This ensures that a user is informed of the error or malfunction.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist hinsichtlich des Vergleichs ein gewisser Schwellwertbereich vorgesehen, wobei die Sicherheitsmaßnahme erst ausgelöst wird, wenn das Vergleichsergebnis den Schwellwertbereich erreicht oder überschreitet. Mit anderen Worten ist eine gewisse Bagatellgrenze definiert, wodurch beispielsweise zufällige Vergleichsergebnisse aufgrund von elektrischen Rauschen oder dergleichen nicht eine ungewollte oder falsche Zuordnung eines Betriebszustands, und somit eine ungewünschte Auslösung der Sicherheitsmaßnahme, bewirken. Dadurch wird der Betrieb der elektrochemischen Batteriezelle weiter verbessert.In an expedient embodiment, a certain threshold value range is provided with regard to the comparison, the safety measure not being triggered until the comparison result reaches or exceeds the threshold value range. In other words, a certain trivial limit is defined, whereby, for example, accidental comparison results due to electrical noise or the like do not cause an undesired or incorrect assignment of an operating state and thus an undesired triggering of the safety measure. This further improves the operation of the electrochemical battery cell.

Geeigneterweise werden die Grenzwerte und/oder die Referenzkurven hierbei im Zuge der Referenzmessung jeweils mehrmals gemessen, so dass die resultierenden Fehler- oder Schwankungsbreiten als Schwellwertbereich verwendbar sind.The limit values and / or the reference curves are suitably measured several times in the course of the reference measurement, so that the resulting error or fluctuation ranges can be used as the threshold value range.

In einer bevorzugten Ausbildung wird eine Änderung des mindestens einen Grenzwerts und/oder der mindestens einen Referenzkurve aufgrund einer Alterung der Batteriezelle berücksichtigt wird. Mit anderen Worten werden die Grenzwerte und/oder Referenzkurven über die Lebensdauer der Batteriezelle angepasst. Insbesondere bei als Lithium-Ionen-Zellen ausgeführten Batteriezellen zersetzt sich der Elektrolyt während der Lebensdauer der Batteriezelle, so dass der Gasdruck in dem Zellengehäuse über die Zeit hinweg stetig zunimmt oder ansteigt. Dadurch ist ein zuverlässiger und betriebssicherer Betrieb der Batteriezelle über deren Lebensdauer gewährleistet.In a preferred embodiment, a change in the at least one limit value and / or in the at least one reference curve due to aging of the battery cell is taken into account. In other words, the limit values and / or reference curves are adapted over the service life of the battery cell. In particular in the case of battery cells designed as lithium-ion cells, the electrolyte decomposes during the life of the battery cell, so that the gas pressure in the cell housing increases or rises steadily over time. This ensures reliable and operationally safe operation of the battery cell over its service life.

Vorzugsweise wird der erfasste Gasdruck hierbei einer Zellüberwachung zugeführt. In der Zellüberwachung ist beispielsweise ein Alterungsmodell für die Batteriezelle hinterlegt, wobei der Gasdruck als ein Eingangsparameter zugeführt wird. Das Alterungsmodell verändert in der Folge die Grenzwerte und/oder Referenzkurven beziehungsweise passt diese an das (effektive) Alter der Batteriezelle an.In this case, the detected gas pressure is preferably fed to a cell monitoring system. For example, an aging model for the battery cell is stored in the cell monitoring system, with the gas pressure being supplied as an input parameter. The aging model then changes the limit values and / or reference curves or adapts them to the (effective) age of the battery cell.

Die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie ist beispielsweise als eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ausgeführt. Die Fahrzeugbatterie weist mindestens eine vorstehend beschriebene Batteriezelle auf. Insbesondere sind hierbei mehrere Batteriezellen zu mindestens einem Batteriemodul verschaltet. Die Fahrzeugbatterie weist weiterhin einen mit der Batteriezelle gekoppelten Controller, also ein Steuergerät auf. Der Controller ist hierbei insbesondere als Batteriemanagementsystem ausgeführt. Dadurch ist eine besonders geeignete Fahrzeugbatterie realisiert.The vehicle battery according to the invention is designed, for example, as a traction battery of a motor vehicle, in particular an electrically driven or drivable motor vehicle, such as an electric or hybrid vehicle. The vehicle battery has at least one battery cell described above. In particular, several battery cells are connected to form at least one battery module. The vehicle battery also has a controller coupled to the battery cell, that is to say a control unit. The controller is designed in particular as a battery management system. This creates a particularly suitable vehicle battery.

Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, den Gasdruck der Batteriezelle zu erfassen und mit hinterlegten Grenzwerten und/oder Referenzkurven zu vergleichen sowie in Abhängigkeit des Vergleichs den Betrieb der Batteriezelle zu steuern und/oder zu regeln.The controller is generally set up here - in terms of program and / or circuitry - to carry out the method according to the invention described above. The controller is thus specifically set up to detect the gas pressure of the battery cell and to compare it with stored limit values and / or reference curves and to control and / or regulate the operation of the battery cell as a function of the comparison.

In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Vorrichtungsnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.In a preferred embodiment, the controller is at least essentially formed by a microcontroller with a processor and a data memory, in which the functionality for performing the method according to the invention is implemented in the form of operating software (firmware), so that the method - possibly in interaction with a device user - is carried out automatically when the operating software is executed in the microcontroller. Within the scope of the invention, however, the controller can alternatively also be formed by a non-programmable electronic component, such as an application-specific integrated circuit (ASIC), in which the functionality for performing the method according to the invention is implemented using circuitry.

Der Controller überwacht beispielsweise den Gasdruck von allen Batteriezellen der Fahrzeugbatterie. Ebenso denkbar ist beispielsweise, dass der Controller lediglich einen Teil der Batteriezellen, insbesondere einen kritischen Teil der Batteriezellen, überwacht. Unter einem kritischen Teil oder den kritischen Batteriezellen sind beispielsweise diejenigen Batteriezellen zu verstehen, welche bei einem Fahrzeugunfall die höchste Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung aufweisen.For example, the controller monitors the gas pressure of all battery cells in the vehicle battery. It is also conceivable, for example, that the controller only monitors part of the battery cells, in particular a critical part of the battery cells. A critical part or the critical battery cells are to be understood as meaning, for example, those battery cells which have the highest probability of damage in the event of a vehicle accident.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei in einer vereinfachten und schematischen Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie mit einer Batteriezelle.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The single FIGURE shows, in a simplified and schematic representation, a motor vehicle with a vehicle battery with a battery cell.

Das in der Figur in vereinfachter und schematischer Weise dargestellte Kraftfahrzeug 2 ist als ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausgeführt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine interne Fahrzeugbatterie 4 auf. Die Fahrzeugbatterie 4 weist eine Anzahl von als Batteriemodule verschaltete elektrochemische Batteriezellen 6 auf, wobei in der Figur lediglich eine Batteriezelle 6 beispielhaft gezeigt ist.The motor vehicle shown in the figure in a simplified and schematic manner 2 is designed as an electrically powered or drivable motor vehicle, in particular as an electric or hybrid vehicle. The car 2 has an internal vehicle battery 4th on. The vehicle battery 4th has a number of electrochemical battery cells interconnected as battery modules 6th on, with only one battery cell in the figure 6th is shown by way of example.

Die Batteriezelle 6 weist ein nicht näher gezeigtes Batterieschichtsystem, also ein Zellschichtsystem aus einer Kathodenschicht und einer Anodenschicht sowie einer dazwischen angeordneten Separatorschicht, auf, welches in einem Zellengehäuse 8 aufgenommen ist. Das Batterieschichtsystem ist hierbei an einen Pluspol 10 und einen Minuspol 12 des Zellengehäuses 8 kontaktiert. In dem Zellengehäuse 8 ist ein Gasdrucksensor 14 integriert, welcher einen Gasdruck oder Zellinnendruck p innerhalb des Zellengehäuses 8 erfasst oder misst.The battery cell 6th has a battery layer system (not shown in more detail), that is to say a cell layer system composed of a cathode layer and an anode layer and a separator layer arranged in between, which is in a cell housing 8th is recorded. The battery layer system is connected to a positive pole 10 and a negative pole 12th of the cell housing 8th contacted. In the cell housing 8th is a gas pressure sensor 14th integrated, which is a gas pressure or internal cell pressure p inside the cell housing 8th captures or measures.

Der Gasdruck p wird als ein elektrisches Signal an einen Controller 16 der Fahrzeugbatterie 4 übermittelt. Der Controller 16 ist hierbei insbesondere als ein Batteriemanagementsystem (BMS) der Fahrzeugbatterie 4 ausgeführt, welche zur Überwachung, Regelung und Schutz der Batteriezelle 6 ausgebildet ist. Hierzu erfasst der Controller 16 eine Anzahl von aktuellen Ist-Betriebszustandsgrößen der Batteriezelle 6. In dem in der Figur gezeigten Ausführungsform erfasst der Controller 16 zusätzlich zu dem (Ist-)Gasdruck p insbesondere einen (Ist-)Batteriestrom list, eine (Ist-)Batteriespannung Uist sowie eine (Ist-)Batterietemperatur Tist .The gas pressure p is used as an electrical signal to a controller 16 the vehicle battery 4th transmitted. The controller 16 is here in particular as a battery management system (BMS) of the vehicle battery 4th designed for monitoring, regulating and protecting the battery cell 6th is trained. To do this, the controller records 16 a number of current actual operating state variables of the battery cell 6th . In the embodiment shown in the figure, the controller detects 16 in addition to the (actual) gas pressure p, in particular an (actual) battery current list, an (actual) battery voltage Uist and an (actual) battery temperature T is .

Der Controller 16 wertet den erfassten Gasdruck p im Betrieb anhand eines Vergleichs mit in einem Speicher 18 hinterlegten Grenzwerten pmin , pmax und Referenzkurven Δp aus. Insbesondere wird der Gasdruck p hierbei mit einem zulässigen Minimaldruck pmin und mit einem zulässigen Maximaldruck pmax und einem Maximalgradienten Δp des Druckanstiegs, also einem zulässigen maximalen Druckgradienten oder Druckänderung, als Betriebsgrenzen der Batteriezelle 6 verglichen.The controller 16 evaluates the recorded gas pressure p in operation based on a comparison with in a memory 18th stored limit values p min , p max and reference curves Δp out. In particular, the gas pressure p here with a permissible minimum pressure p min and with a maximum allowable pressure p max and a maximum gradient Δp of the pressure increase, i.e. a permissible maximum pressure gradient or pressure change, as the operating limits of the battery cell 6th compared.

Die Grenzwerte pmin , pmax und Referenzkurven Δp sind im Zuge einer Anzahl von Referenzmessungen als vorbekannte Betriebszustände der Batteriezelle 6 charakterisiert und in dem Speicher 18 hinterlegt. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise ebenfalls denkbar, dass während der Lebensdauer der Batteriezelle 6, die in der Anwendung entstandenen Daten erfasst und als Referenzmessungen charakterisiert werden. Derartige Messungen während der Lebensdauer sind weiterhin beispielsweise in einem Alterungsmodell zur weiteren Berechnung und zur Erfassung der Zellhistorie verwendbar.The limit values p min , p max and reference curves Δp are known operating states of the battery cell in the course of a number of reference measurements 6th characterized and in the memory 18th deposited. Additionally or alternatively, it is also conceivable, for example, that during the life of the battery cell 6th , the data generated in the application are recorded and characterized as reference measurements. Such measurements during the service life can also be used, for example, in an aging model for further calculation and for recording the cell history.

Die Grenzwerten pmin , pmax und Referenzkurven Δp sind zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der unterschiedlichen Betriebszustandsgrößen Iist , Uist , Tist mittels Belastungsladeprofilen im Zuge von Referenzmessungen gemessen und hinterlegt, so dass hinsichtlich des gemessenen (Ist-)Gasdrucks p in Abhängigkeit der jeweils aktuell vorliegenden Betriebszustandsgrößen der Batteriezelle 6 eine möglichst eindeutige und zuverlässige Zuordnung zu einem vorbekannten Betriebszustand ermöglicht ist. Mit anderen Worten erfolgt somit im Wesentlichen eine Bestimmung des aktuellen Ist-Betriebszustands.The limit values p min , p max and reference curves Δp are expediently dependent on the different operating state variables I is , U is , T is measured and stored by means of load charging profiles in the course of reference measurements, so that with regard to the measured (actual) gas pressure p depending on the current operating state variables of the battery cell 6th a clear and reliable assignment to a previously known operating state is made possible. In other words, the current actual operating state is essentially determined.

Der Controller 16 steuert und/oder regelt hierbei anhand des bestimmten Ist-Betriebszustands den Betrieb der Batteriezelle 6. Hierzu steuert und/oder regelt der Controller 16 eine oder mehrere der Betriebszustandsgrößen auf einen jeweiligen Soll-Wert Isoll , Usoll , Tsoll . Dies bedeutet, dass der Controller 16 zusätzlich zu dem Ist-Batteriestrom list, der Ist-Batteriespannung Uist , und der Ist-Batterietemperatur Tist den Gasdruck p erfasst, und bei einer Bestimmung des aktuell vorliegenden Ist-Betriebszustands berücksichtigt. Der Gasdruck p ist hierbei jedoch keine direkte Steuer- und/oder Regelgröße des Controllers 16, sondern wird lediglich mittelbar über den Soll-Batteriestrom Isoll , der Soll-Batteriespannung Usoll , und der Soll-Batterietemperatur Tsoll gesteuert und/oder geregelt.The controller 16 controls and / or regulates the operation of the battery cell on the basis of the determined actual operating state 6th . To this end, the controller controls and / or regulates 16 one or more of the operating state variables to a respective target value I should , U should , T should . This means that the controller 16 in addition to the actual battery current list, the actual battery voltage U is , and the actual battery temperature T is the gas pressure p recorded, and taken into account when determining the current actual operating state. The gas pressure p However, it is not a direct control and / or regulating variable of the controller 16 , but is only indirectly via the target battery current I should , the target battery voltage U should , and the target battery temperature T should controlled and / or regulated.

Durch die zusätzliche Berücksichtigung des direkt gemessenen Gasdrucks p ist insbesondere eine besonders effektive und zuverlässige Identifikation von Lithium-Plating, Tiefentladung, Überladung, und erhöhte Alterung oder anormalen Zellverhaltens der Batteriezelle 6 seitens des Batteriemanagementsystems beziehungsweise Controllers 16 ermöglicht.Due to the additional consideration of the directly measured gas pressure p is in particular a particularly effective and reliable identification of lithium plating, deep discharge, overcharging, and increased aging or abnormal cell behavior of the battery cell 6th on the part of the battery management system or controller 16 enables.

Zur Überprüfung der Zellfunktion der Batteriezelle 6 ist es beispielsweise möglich, dass der Controller 16 im Betrieb die Batteriezelle 6 diese mit einem Belastungsprofil aus den Referenzmessungen beaufschlagt, und den resultierenden Gasdruck p mit den Grenzwerten pmin , pmax und Referenzkurven Δp vergleicht. Steigt beispielsweise die Gasbildung während eines Ladevorgangs stärker als während der Referenzmessungen an, also liegt beispielsweise eine größere Druckdifferenz oder ein größerer Druckgradient oder ein unzulässig hoher Druckwert vor, so wird beispielsweise der Batteriestrom reduziert.To check the cell function of the battery cell 6th is it possible, for example, that the controller 16 the battery cell during operation 6th a load profile from the reference measurements is applied to this, and the resulting gas pressure p with the limit values p min , p max and reference curves Δp compares. For example, if the gas formation increases more strongly during a charging process than during the reference measurements, i.e. if there is a greater pressure difference or a greater pressure gradient or an impermissibly high pressure value, for example, the battery current is reduced.

Wird ein ungewünschter Betriebszustand, beispielsweise ein Fehler oder Störzustand, der Batteriezelle 6 erkannt, löst der Controller 16 eine Sicherheitsmaßnahme aus. Bei der in der Figur gezeigten Ausführungsform versendet der Controller 16 hierbei insbesondere ein Warnsignal W an eine Anzeigeeinheit 20, beispielsweise einer Warn- oder Werkstattleuchte, des Kraftfahrzeugs 2.If an undesired operating state, for example an error or malfunction, of the battery cell 6th detected, the controller triggers 16 a security measure. In the embodiment shown in the figure, the controller sends 16 here in particular a warning signal W to a display unit 20th , for example a warning or workshop lamp, of the motor vehicle 2 .

Geeigneterweise werden die Grenzwerte pmin , pmax und/oder die Referenzkurven Δp hierbei im Zuge der Referenzmessung jeweils mehrmals gemessen, so dass die resultierenden Fehler- oder Schwankungsbreiten als Schwellwertbereich verwendet werden, wobei das Warnsignal W erst versendet wird, wenn das Vergleichsergebnis des Gasdrucks p den Schwellwertbereich erreicht oder überschreitet.Appropriately, the limit values p min , p max and / or the reference curves Δp measured several times in the course of the reference measurement so that the resulting error or fluctuation margins are used as the threshold value range, the warning signal W not being sent until the comparison result of the gas pressure p reaches or exceeds the threshold range.

In dem Speicher 18 des Controllers 16 ist vorzugsweise ein Alterungsmodell für die Batteriezelle 6 hinterlegt, wobei der Gasdruck p als ein Eingangsparameter zugeführt wird. Das Alterungsmodell verändert über die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie 4 beziehungsweise der Batteriezelle 6 die Grenzwerte pmin , pmax und/oder Referenzkurven Δp beziehungsweise passt diese an das (effektive) Alter der Batteriezelle 6 an.In the memory 18th of the controller 16 is preferably an aging model for the battery cell 6th deposited, with the gas pressure p is supplied as an input parameter. The aging model changes over the life of the vehicle battery 4th or the battery cell 6th the limit values p min , p max and / or reference curves Δp or adjusts it to the (effective) age of the battery cell 6th at.

Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.The claimed invention is not limited to the exemplary embodiment described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined in other ways within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention.

Im Falle einer Batteriezelle 6 mit einem betätigbaren Ventil ist es beispielsweise möglich, dass das Ventil von dem Controller 16 in Abhängigkeit des Gasdrucks p gesteuert und/oder geregelt wird. Das Ventil ist hierbei insbesondere Teil des Zellengehäuses 8 und ermöglicht im geöffneten Zustand einen Druckausgleich zwischen dem Gehäuseinneren und dem Gehäuseäußeren.In the case of a battery cell 6th with an actuatable valve it is possible, for example, that the valve is controlled by the controller 16 depending on the gas pressure p is controlled and / or regulated. The valve is in particular part of the cell housing 8th and enables a pressure equalization between the housing interior and the housing exterior in the open state.

Bei einer Batteriezelle 6 mit einem Gasdruchfluss, beispielsweise bei einer Lithium-Luft-Zelle, ist es beispielsweise möglich, dass der Betrieb der Batteriezelle 6 mittels des Gasdrucks p gesteuert und/oder geregelt wird.With a battery cell 6th with a gas flow, for example in the case of a lithium-air cell, it is possible, for example, to operate the battery cell 6th by means of the gas pressure p is controlled and / or regulated.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

22
KraftfahrzeugMotor vehicle
44th
FahrzeugbatterieVehicle battery
66th
BatteriezelleBattery cell
88th
ZellengehäuseCell housing
1010
PluspolPositive pole
1212th
MinuspolNegative pole
1414th
GasdrucksensorGas pressure sensor
1616
ControllerController
1818th
SpeicherStorage
2020th
Anzeigeeinheit Display unit
pp
GasdruckGas pressure
pmin, Pmaxp min , Pmax
Grenzwertlimit
ΔpΔp
ReferenzkurveReference curve
Iist, Isoll I is , I should
BatteriestromBattery power
Uist, Usoll U is , U should
BatteriespannungBattery voltage
Tist, Tsoll T is , T should
BatterietemperaturBattery temperature

Claims (10)

Verfahren zum Betrieb einer elektrochemischen Batteriezelle (6), aufweisend ein Batterieschichtsystem, welches in einem Zellengehäuse (8) aufgenommen ist, - wobei ein innerhalb des Zellengehäuses (8) auftretender Gasdruck (p) erfasst wird, - wobei der Gasdruck (p) anhand mindestens einem hinterlegten Grenzwert (pmin, pmax) und/oder einer hinterlegten Referenzkurve (Δp) als Maß für einen vorbekannten Betriebszustand der Batteriezelle (6) ausgewertet wird, und - wobei eine Betriebszustandsgröße (I, U, T) der Batteriezelle (6) anhand der Auswertung des Gasdrucks (p) angesteuert und/oder geregelt wird.A method for operating an electrochemical battery cell (6), having a battery layer system which is accommodated in a cell housing (8), - wherein a gas pressure (p) occurring within the cell housing (8) is detected, - wherein the gas pressure (p) is based at least a stored limit value (p min , p max ) and / or a stored reference curve (Δp) is evaluated as a measure for a previously known operating state of the battery cell (6), and - an operating state variable (I, U, T) of the battery cell (6) is controlled and / or regulated based on the evaluation of the gas pressure (p). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck (p) mittels eines Gasdrucksensors (14) erfasst wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the gas pressure (p) is detected by means of a gas pressure sensor (14). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Grenzwert (pmin, pmax) und/oder die mindestens eine Referenzkurve (Δp) im Zuge einer Referenzmessung mittels eines Belastungsprofils erstellt werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one limit value (p min , p max ) and / or the at least one reference curve (Δp) are created in the course of a reference measurement using a load profile. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Referenzkurve (Δp) ein Druckgradient oder Druckverlauf hinterlegt wird.Method according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that a pressure gradient or pressure curve is stored as the reference curve (Δp). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Betriebszustandsgröße (Iist, Uist, Tist) der Batteriezelle (6) erfasst wird, welche bei der Auswertung des Gasdrucks (p) berücksichtigt wird.Method according to one of the Claims 1 to 4th Characterized in that at least one operating state quantity (I, U, T is) of the battery cell (6) is detected, which is considered in the evaluation of the gas pressure (p). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des Vergleichs des Gasdrucks (p) mit dem mindestens einem Grenzwert (pmin, pmax) und/oder mit der mindestens einen Referenzkurve (Δp) eine Sicherheitsmaßnahme ausgelöst wird.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that depending on the comparison of the gas pressure (p) with the at least one limit value (p min , p max ) and / or with the at least one reference curve (Δp), a safety measure is triggered. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherheitsmaßnahme ein Warnsignal (W) an einen Nutzer versendet wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a warning signal (W) is sent to a user as a safety measure. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass hinsichtlich des Vergleichs ein Schwellwertbereich vorgesehen ist, wobei die Sicherheitsmaßnahme erst ausgelöst wird, wenn das Vergleichsergebnis den Schwellwertbereich erreicht oder überschreitet.Procedure according to Claim 6 or 7th , characterized in that a threshold value range is provided with regard to the comparison, the security measure being triggered only when the comparison result reaches or exceeds the threshold value range. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des mindestens einen Grenzwerts (pmin, pmax) und/oder der mindestens einen Referenzkurve (Δp) aufgrund einer Alterung der Batteriezelle berücksichtigt wird.Method according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that a change in the at least one limit value (p min , p max ) and / or the at least one reference curve (Δp) due to aging of the battery cell is taken into account. Fahrzeugbatterie (4) eines Kraftfahrzeugs (2), aufweisend mindestens eine elektrochemische Batteriezelle (6) und einen Controller (16) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.Vehicle battery (4) of a motor vehicle (2), having at least one electrochemical battery cell (6) and a controller (16) for carrying out a method according to one of the Claims 1 to 9 .
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