WO2010142511A2 - Verfahren zum betrieb einer hochleistungs-batterie sowie für die durchführung des verfahrens geeignete vorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betrieb einer hochleistungs-batterie sowie für die durchführung des verfahrens geeignete vorrichtung Download PDF

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WO2010142511A2
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a high-performance battery according to claim 1 and to a device suitable for carrying out the method according to claim 12.
  • Li-ion battery cells Li-polymer cells, Li-iron-phosphate battery cells, Li-titanate battery cells, and combinations thereof are distinguished from conventional batteries, such as batteries.
  • Lead acid batteries by a significant reduction in charging and discharging times and a significant increase in the short-term discharge current.
  • it is considered problematic for their use in a large-scale DC island network, such as a DC system. in a power plant own power plant or in a submarine DC network, the extremely high prospective short-circuit currents seen, for example, can be 20 kA for a battery string and up to 500 kA per battery.
  • a high-performance battery in a DC island network usually comprises a plurality of battery modules connected in parallel, each having one string or a plurality of parallel-connected strings of high-performance battery cells connected in series, the or each of the strings
  • Mains voltage of the DC island network has.
  • a battery system in a DC island network usually still has a switching device.
  • a Gleichstromin- set with a high-performance battery and such a switching device is disclosed for example in EP 1 641 066 A2 and WO 2008/055493 Al.
  • High-performance lithium-ion battery cells and modules for use in such networks are known, for example, from the article "Development of high energy lithium-ion cells" by K. Brandt and S. Theuerkauf in "Naval Forces special Isue 2007", Page 109 known.
  • monitoring and safety functions are necessary.
  • the battery or its individual modules or cells should be optimally operated in their charging and discharging cycles. Again, appropriate monitoring and control functions are necessary.
  • the monitoring, control and safety functions must be carried out in a short-circuit-proof design, as otherwise these functions themselves pose dangers.
  • the equipment required for this purpose must be characterized by robustness, low susceptibility to electromagnetic disturbances, low space requirements and low weight.
  • the Bragg grating sensors are arranged in an optical waveguide which runs along the battery cells and is connected to the battery cells in the region of their power connections.
  • an object of the present invention to provide for an initially described high-performance battery with a plurality of battery strings and battery cells and associated relatively large spatial extent an operating method that ensures safe and optimal operation of the battery, especially when using the battery in a DC island network such as a watercraft. Moreover, it is an object of the present invention specify a device particularly suitable for carrying out the method.
  • the battery comprises a plurality of strings connected in parallel from a plurality of series-connected battery units (eg battery modules or battery cells)
  • at least one reference variable of the battery is measured and from this an expected profile of the battery is related derived to a physical parameter of the battery units.
  • the physical parameter may be, for example, a temperature, expansion or vibration of a battery unit.
  • current values of the physical parameters of the battery units are measured by means of Bragg grating sensors and from this a current profile of the battery with respect to the physical parameter is derived. The current profile is compared with the expected profile and the operation of the battery is controlled and / or regulated as a function of a determined deviation from the expected profile.
  • measured value detection based on Bragg grating sensors and optical waveguides is characterized by resistance to short circuits, insensitivity to electromagnetic interference and robustness.
  • battery with respect to a physical parameter of the battery units is understood to mean a set of values for this parameter for the individual battery units at a specific point in time.
  • the operation of the battery is thus not based on an isolated individual consideration of each individual battery unit, but on the basis of an overall image of the battery, which is composed of a large number of measured values of many different battery units and which in turn is related to operating conditions of the battery , which are recorded using the reference size.
  • Operating conditions of the battery are, for example, the ambient temperature of the battery, mechanical effects such as. Vibration or shock, orientation of the battery, high or low current load of the battery due to discharge or the state of charge of the battery or individual battery cells.
  • interactions between the individual battery units for example mutual heating
  • the installation location inside the battery for example in the middle or at the edge
  • the derivation of the expected profile from the measured value of the reference variable can be carried out either on the basis of previously determined (eg mathematically and / or experimentally) determined and stored profiles which are respectively assigned to different measured values of the reference variable, or on the basis of a current calculation. which can be done, for example, with the help of a neural network.
  • the cooling of the battery and / or the charge of the battery units is controlled in dependence on the determined deviation from the expected profile and / or regulated and thus brought the current profile targeted to the expected profile.
  • the battery can be at least partially switched off.
  • each battery unit is associated with at least one own Bragg grating sensor.
  • each strand is assigned its own optical waveguide, in which the Bragg grating sensors of all battery units of the strand are arranged.
  • the common arranged in the series circuits at the same place battery units may be assigned a common optical waveguide in which the Bragg grating sensors of these battery units are arranged.
  • the Bragg grating sensor can be arranged inside the battery unit, on its surface or in its immediate vicinity.
  • the at least one reference variable is also measured with at least one Bragg grating sensor, which is preferably arranged outside the battery.
  • the reference variable can thereby be measured without being influenced by the battery itself and thus the expected profile can be determined with high accuracy.
  • a device particularly suitable for carrying out the method comprises
  • At least one Bragg grating sensor for measuring a value of at least one reference variable of the battery
  • a control and / or regulating device which is set up in such a way that it a) derives from the measured value of the reference variable an expected profile of the battery with respect to the physical parameter of the battery units, b) from the measured actual values of the physical parameter Battery units derives a current profile of the battery with respect to the physical Parame ⁇ ter, c) compares the current profile with the expected profile and d) controls the operation of the battery in response to a determined deviation from the expected profile and / or regulated ,
  • 1 shows a known from the prior art DC island network with a high-performance battery
  • 2 shows the electrical construction of a battery module of FIG. 1
  • FIG. 4 shows a side view of a battery module
  • FIG. 5 shows a front view of a battery module
  • FIG. 7 shows the battery cell of FIG. 6 with an optical waveguide winding
  • FIG. 10 shows a first apparatus for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 11 shows a second apparatus for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a DC island network formed as a submarine DC network 1, consisting of a first subnetwork 2 and a second subnetwork 3, not shown in more detail, which is constructed symmetrically to the first subnetwork 2.
  • the subnets 2, 3 can be connected or connected to one another via a network coupling 4.
  • Subnets 2, 3 has a generator 5 for generating electrical energy, a battery 6 for storing the electrical energy and as an energy consumer a motor 7 (eg a DC motor or a DC-powered motor) for driving a propeller 8 of the submarine and a not-shown on-board network.
  • the subnets 2, 3 may also each have a plurality of generators 5 and batteries 6 connected in parallel.
  • the batteries of the subnets 2, 3 may also be sub-batteries of a single battery.
  • the individual components of the subnets 2, 3 are connected to each other via protective and switching elements, not shown.
  • the battery 6 of the subnetwork 2 consists of a plurality of parallel-connected strands 10 (eg ten strands or more) of series-connected battery modules 11. Each of the battery modules 11 in turn - as shown in FIG 2 - from several series-connected battery cells 12 (eg 20th series connected battery cells).
  • the battery cells 12 are high performance energy storage devices such as e.g. Li-ion battery cells, Li-polymer battery cells or combinations thereof.
  • the individual strands 10 each have an equal number of identical modules 11, each with an equal number of battery cells 12.
  • the height of the mains voltage of the network 1 thus results from the number of battery cells 12 connected in series in the individual strings 10 and the magnitude of the voltage of the individual battery cells 12.
  • the power available for the energy consumers in the network 1 results from the Number of strings connected in parallel.
  • the battery cells 12 are designed, for example, in the shape of a cylinder with a lateral surface 13 and two end surfaces 14, 15. At the end faces 14, 15 is in each case a connection contact 16 for the electrical connection to the battery cell 12th
  • FIG. 4 An exemplary structural design of a module 11 with six battery cells 12 is shown in FIG. 4 and FIG. FIG. 4 shows a side view and FIG. 5 shows a front view of a module 11.
  • the battery module 11 comprises a holding structure or housing 17 in which the battery cells 12 of the module 11 are held stacked on top of each other and connected via electrical trical conductors 18 are connected in series with each other. In this case, the electrical conductors 18 run alternately on one side and the other side of the module 11.
  • the module 11 comprises a module management device 19 for monitoring and charging control of the module 11.
  • the cell 12 has on its surface in the region of its lateral surface 13 a circumferential recess 21 whose width and depth are adapted to the diameter of an optical waveguide.
  • an optical waveguide 22 in the form of a flexible glass fiber with a Bragg grating 20 is arranged in the recess 21 in a form-fitting manner.
  • the optical waveguide 22 extends in the recess exactly once around the lateral surface 13, i. it forms a winding around the lateral surface 13 of the cell.
  • the optical waveguide 22 can also be wound several times around the cell 12. It is also possible to arrange the Bragg grating sensor 20 within the cell 12 or in its immediate vicinity. In the winding around the cell 12, a plurality of Bragg grating sensors 20 may be arranged.
  • a Bragg grating sensor is formed by writing a grating structure in an optical waveguide.
  • a light waveguide 22 usually has a jacket and a
  • the Bragg grating 20 consists of a periodic series of disk-shaped regions which are arranged in the core of the optical waveguide 22 and which have a refractive index ni deviating from the normal refractive index n 2 of the core of the optical waveguide.
  • ni refractive index
  • Deformation of the optical waveguide 22 in the region of a Bragg grating 20, for example due to a change in temperature or deformation of the cell leads to a local length expansion or contraction and thus to a change in the grating period, resulting in a shift of the spectral intensity distribution of the backscattered light Has.
  • the extent of this shift is a measure of the change in length and so that the temperature change or deformation of the cell 12th
  • the measured physical parameter is thus, for example, the temperature, expansion or vibration of the battery module or the battery cell.
  • the Bragg grating sensors 20 of all the cells 12 of the battery modules 11 of one strand 10 can be arranged in a single common optical waveguide 22 running along the series-connected cells 12 and around each cell 12 one or more windings forms.
  • the Bragg grating sensors 20 of the series circuits can also be used in the same way, as shown in FIG Place arranged battery cells 12 may be arranged in a single common optical waveguide 22.
  • the grating period of the Bragg gratings 20 of the various cells 12 of a strand 10 may be the same or different.
  • the period of the Bragg gratings 20 of the different cells 12 of a strand 10 is chosen differently, then light of a light source with a broadband distribution of the intensity over the wavelength is preferably irradiated into the optical waveguide 22 to measure the physical parameter. A small portion of the light is then scattered back at the Bragg gratings 20, with a spectral intensity distribution characteristic of the respective grating, which depends on the grating period of the grating.
  • Different gratings and thus different battery units can consequently be identified by means of different wavelengths of the backscattered light.
  • the wavelength of the backscattered light is greater, the greater the grating period.
  • a pulsed, monochromatic light source is preferably used to measure the physical parameter. Different gratings and thus different battery units can consequently be identified by different transit times of the light pulses.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a first embodiment of a device 30 for monitoring and controlling and / or regulating the operation of the battery 6 shown in FIG Simplification of the illustration only the first and last strands 10 and of which only the first and last battery module 11 are shown.
  • the battery 6 also has a battery housing 29.
  • the device 30 comprises for each of the strands 10 of the battery 6 each an optical waveguide 22 with Bragg gratings 20.
  • An additional optical waveguide 22A with a plurality of Bragg gratings 20A is guided along the outside of the housing 29 of the battery and secured thereto.
  • the device 30 comprises, in addition to the optical waveguides 22, 22A with the Bragg gratings 20, 20A, a measuring arrangement 31, each with a broadband light source 32, an optical directional coupler 33 and a signal processing device 34 for each of the optical waveguides 22, and one with the signal processing means 34 all Optical waveguide 22 connected control unit 35th
  • Each of the optical waveguides 22 with its Bragg sensors 20 is thus via an optical directional coupler 33 with a him associated light source 32 and signal processing device 34 connected.
  • the directional coupler 33 couples light emitted by the light source 32 into the optical waveguide 22 and out of this backscattered light to the signal processing device 34.
  • the signal processor 34 includes a spectral analyzer for determining the spectral distribution of the light backscattered from the individual Bragg gratings 20 and a calculator which determines the amount of displacement relative to a reference position and translates into a change in the physical parameter, e.g. a temperature change compared to a reference value for this parameter, in which the spectral distribution has the reference position, converted. This is done for each individual Bragg grating 20, 20A so that in this way the distribution of the physical parameter, e.g. temperature, along the entire light waveguide 22, 22A at the locations provided with Bragg gratings 20, 20A.
  • the physical parameter e.g. temperature
  • the signal processing device 34 When using Bragg gratings with the same or essentially the same grating period, the signal processing device 34 additionally has evaluation electronics which detect and evaluate the transit time of the backscattered light with a changed spectral intensity distribution. In order to realize a time-resolved measurement, it is possible to resort to common OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) technology, as used in telecommunications for the quality assessment of signal paths.
  • OTDR Optical Time Domain Reflectometry
  • the spatial distribution of the measured physical parameter, for example the temperature, along the optical waveguide 22, 22A is detected.
  • the measured values are transmitted from the signal processing devices 34 to the control device 35, in FIG in that a current profile 40 of the battery 2 with respect to the physical parameter is created from the measured values, as shown, for example, in FIG. 12 for a battery with twelve strings 10 each having twelve battery cells 12.
  • the columns 41 of the profile 40 correspond to the
  • a reference quantity e.g. the ambient temperature or vibrations of the housing
  • an expected profile 45 of the battery 6 measured and derived therefrom by the control device 35 an expected profile 45 of the battery 6, as shown by way of example in FIG.
  • the derivation of the expected profile 45 from the measured value of the reference variable can be carried out either on the basis of previously (eg mathematically and / or experimentally) determined profiles stored in the control device 35, which profiles are respectively assigned to different measured values of the reference variable, or based on a current calculation, which, for example, can also take place with the help of a neural network.
  • the current profile 40 is compared in the control device 35 with the expected profile 45 and controlled by the controller 35, the operation of the battery in response to a deviation from the expected profile 45 and / or regulated.
  • the profiles 40, 45 shown in FIGS. 12 and 13 represent, for example, the temperature of the cells
  • the current profile 40 still has another maximum in the lower right area 43 of the battery, which is an indication of insufficient cooling or the onset of malfunction of the cells 12 in this area 43.
  • an additional cooling device 37 for the battery 6 can now be activated in a first step via a control line 39.
  • the control device 35 via Kom- the module management devices 19 of the battery modules 11 concerned, the comparatively abnormal operating state are signaled so that the module management devices 19 can initiate targeted countermeasures.
  • the control device 35 at least partially shuts off the battery (for example by opening a battery switch).
  • a second embodiment of a device 30 shown in FIG. 11 differs from the device 30 shown in FIG. 10 in that the measuring arrangement 31 has a light source 32 common to all optical waveguides 22 and a common signal processing device 34 instead of its own light source 32 and signal processing device 34, respectively each of the optical waveguides 22 has.
  • the directional couplers 33 are connected in series via optical waveguides 36A, 36B and couple light emitted by the light source 32 into the optical waveguides 22 and light scattered back to the signal processing device 34.
  • the directional couplers 33 are designed such that they only couple out light of a specific wavelength range (referred to below as “coupling-out region") and transmit light outside this wavelength range 10 is thus associated with exactly one of these coupling-out regions, ie, light is coupled out of the wavelength range assigned to the optical waveguide 22 connected to it, but light is passed on in coupling regions of the other optical waveguides 22. Only one of the directional couplers 33 is directly connected to the common light source 32 and the common signal processing device 34.
  • the number of battery strings 10 that can be monitored thereby is essentially only the bandwidth that must be provided per Bragg grating for the spectral separation of the signals scattered back from the individual Bragg gratings, the required width of the outcoupling regions and the bandwidth of the Limited light source.

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Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-Batterie (6), die mehrere parallel geschaltete Stränge (10) aus jeweils mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (11, 12) umfasst, werden - zumindest eine Referenzgröße der Batterie (6) gemessen und daraus ein zu erwartendes Profil (45) der Batterie (6) in Bezug auf einen physikalischen Parameter der Batterieeinheiten (11, 12) abgeleitet, - aktuelle Werte des physikalische Parameters der Batterieeinheiten (11, 12) mit Hilfe von Bragg-Gitter-Sensoren (20) gemessen und daraus ein aktuelles Profil (40) der Batterie (6) in Bezug auf den physikalischen Parameter abgeleitet, - das aktuelle Profil (40) mit dem zu erwartenden Profil (45) verglichen und - der Betrieb der Batterie (6) in Abhängigkeit von einer Abweichung von dem zu erwartenden Profil (45) gesteuert und/oder geregelt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-Batterie sowie für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-Batterie gemäß Patentanspruch 1 sowie eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Patentanspruch 12.
Derzeit sich in der Entwicklung befindliche Hochleistungs- Batterien auf Basis von z.B. Li-Ionen-Batteriezellen, Li- Polymer-Zellen, Li-Eisen-Phosphat-Batteriezellen, Li-Titanat- Batteriezellen und Kombinationen davon zeichnen sich im Ver- gleich zu konventionellen Batterien, wie z.B. Bleibatterien, durch eine erhebliche Verkürzung der Lade- und Entladezeiten und eine erhebliche Erhöhung des Kurzzeit-Entladestromes aus. Auf der anderen Seite werden als problematisch für ihren Einsatz in einem als Großanlage ausgebildeten Gleichstrominsel- netz, wie z.B. in einer Eigenstromversorgung eines Kraftwerkes oder in einem U-Boot-Gleichstromnetz, die außerordentlich hohen prospektiven Kurzschlussströmen gesehen, die beispielsweise 20 kA für einen Batteriestrang und bis zu 500 kA pro Batterie betragen können.
Eine Hochleistungs-Batterie in einem Gleichstrominselnetz um- fasst hierbei üblicherweise mehrere parallel geschaltete Batteriemodule mit jeweils einem Strang oder mehreren parallel geschalteten Strängen von in Reihe geschalteten Hochleis- tungs-Batteriezellen, wobei der bzw. jeder der Stränge die
Netzspannung des Gleichstrominselnetzes hat. Für das Schalten der Betriebsströme und die Begrenzung der Kurzschlussströme weist eine Batterieanlage in einem Gleichstrominselnetz üblicherweise noch eine Schalteinrichtung auf. Ein Gleichstromin- seinetz mit einer Hochleistungs-Batterie und einer derartigen Schalteinrichtung ist beispielsweise in der EP 1 641 066 A2 und der WO 2008/055493 Al offenbart. Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batteriezellen und -module für die Verwendung in derartigen Netzen sind beispielsweise aus dem Aufsatz „Development of high energy lithium-ion cells" von K. Brandt und S. Theuerkauf in „Naval Forces special Is- sue 2007", Seite 109 bekannt.
Um Überlastungen, Kurzschlüsse und allgemeine Schädigungen an der Batterie und den Batterie-Modulen zu vermeiden sind entsprechende Überwachungen und Sicherheitsfunktionen notwendig. Gleichzeitig soll die Batterie bzw. deren einzelne Module oder Zellen in ihren Lade- und Entladezyklen optimal betrieben werden. Auch hierzu sind entsprechende Überwachungen und Steuerungsfunktionen notwendig. Die Überwachungs-, Steue- rungs- und Sicherheitsfunktionen müssen dabei in kurzschluss- sicherer Ausführung erfolgen, da sonst von diesen Funktionen selbst Gefahren ausgehen. Für einen Einsatz der Batterie in einem Fahrzeug, insbesondere einem Wasserfahrzeug, müssen sich die hierfür benötigten Einrichtungen durch Robustheit, eine geringe Anfälligkeit gegen elektromagnetische Strörun- gen, eine geringen Platzbedarf und ein geringes Gewicht auszeichnen .
Aus der KR 812742 Bl ist es bereits bekannt, bei einer Batterie mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen die Temperatur der einzelnen Batteriezellen mit Bragg-Gitter-Sen- soren zu überwachen. Die Bragg-Gitter-Sensoren sind dabei in einem Lichtwellenleiter angeordnet, der entlang der Batteriezellen verläuft und mit den Batteriezellen im Bereich ihrer Stromanschlüsse verbunden ist.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, für eine eingangs erläuterte Hochleistungs-Batterie mit einer Vielzahl von Batteriesträngen und Batteriezellen und damit verbunden relativ großer räumlichen Ausdehnung ein Betriebs- verfahren anzugeben, das einen sicheren und optimalen Betrieb der Batterie, insbesondere bei einem Einsatz der Batterie in einem Gleichstrominselnetz wie z.B. in einem Wasserfahrzeug, ermöglicht. Außerdem ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung anzugeben.
Die Lösung der auf das Verfahren gerichteten Aufgabe gelingt durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 11. Eine für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind jeweils Ge- genstand der Unteransprüche 13 bis 15.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-Batterie, wobei die Batterie mehrere parallel geschaltete Stränge aus jeweils mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (z.B. Batteriemodule oder Batteriezellen) umfasst, wird zumindest eine Referenzgröße der Batterie gemessen und daraus ein zu erwartendes Profil der Batterie in Bezug auf einen physikalischen Parameter der Batterieeinheiten abgeleitet. Bei dem physikalischen Parameter kann es sich beispielsweise um eine Temperatur, Ausdehnung oder Vibration einer Batterieeinheit handeln. Außerdem werden aktuelle Werte des physikalischen Parameters der Batterieeinheiten mit Hilfe von Bragg-Gitter-Sensoren gemessen und daraus ein aktuelles Profil der Batterie in Bezug auf den physikalischen Parameter abgeleitet. Das aktuelle Profil wird mit dem zu erwartenden Profil verglichen und der Betrieb der Batterie in Abhängigkeit von einer ermittelten Abweichung von dem zu erwartenden Profil gesteuert und/oder geregelt.
Da eine Vielzahl von Bragg-Gitter-Sensoren in einem gemeinsamen Lichtwellenleiter angeordnet werden können, ist die Erfassung der Messwerte mit relativ geringem Verkabelungsaufwand und somit geringem Gewicht und Platzbedarf auch bei einer Batterie mit einer Vielzahl von Strängen und Zellen mög- lieh. Weiterhin zeichnet sich eine Messwerterfassung auf Basis von Bragg-Gitter-Sensoren und Lichtwellenleitern durch Festigkeit gegen Kurzschlüsse, Unempfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen und Robustheit aus. Unter einem Pro- fil der Batterie in Bezug auf einen physikalischen Parameter der Batterieeinheiten wird hierbei eine Menge von Werten für diesen Parameter für die einzelnen Batterieeinheiten zu einem bestimmten Zeitpunkt verstanden.
Der Betrieb der Batterie erfolgt somit nicht auf Basis einer isolierten Einzelbetrachtung jeder einzelnen Batterieeinheit, sondern auf Basis eines Gesamtbildes der Batterie, das sich aus einer Vielzahl von Messwerten von vielen unterschiedli- chen Batterieeinheiten zusammensetzt und das wiederum in Bezug gesetzt wird zu betrieblichen Rahmenbedingungen der Batterie, die mit Hilfe der Referenzgröße erfasst werden. Betriebliche Rahmenbedingungen der Batterie sind beispielsweise die Umgebungstemperatur der Batterie, mechanische Einwirkun- gen wie z.B. Vibrationen oder Stöße, Ausrichtung der Batterie, hohe oder geringe Strombelastung der Batterie aufgrund Entladung oder der Ladungszustand der Batterie oder einzelner Batteriezellen. Neben den betrieblichen Rahmenbedingungen können aber auch Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bat- terieeinheiten (z.B. gegenseitige Erwärmung) und der Einbauort innerhalb der Batterie (z.B. in der Mitte oder am Rand) berücksichtigt werden. Hierdurch kann der Betrieb einer Batterie mit einer Vielzahl von Strängen und Zellen und damit verbunden relativ großer räumlichen Ausdehnung optimiert und gleichzeitig die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Batterie erhöht werden.
Die Ableitung des zu erwartenden Profils aus dem Messwert der Referenzgröße kann entweder auf Basis vorher (z.B. rechne- risch und/oder experimentell) ermittelter und abgespeicherter Profile erfolgen, die jeweils unterschiedlichen Messwerten der Referenzgröße zugeordnet sind, oder auf Basis einer aktuellen Berechung, erfolgen, die beispielsweise auch mit Hilfe eines neuronalen Netz erfolgen kann.
Vorzugsweise wird die Kühlung der Batterie und/oder die Ladung der Batterieeinheiten in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung von dem zu erwartenden Profil gesteuert und/oder geregelt und somit das aktuelle Profil gezielt an das zu erwartende Profil herangeführt.
Bei einer unzulässigen Abweichung von dem zu erwartenden Pro- fil kann die Batterie zumindest teilweise abgeschaltet werden .
Eine besonders hohe Genauigkeit des Verfahrens ist hierbei dadurch erzielbar, dass jeder Batterieeinheit zumindest ein eigener Bragg-Gitter-Sensor zugeordnet ist.
Eine besonders genaue Auswertung bei gleichzeitig geringem Verkabelungsaufwand ist dadurch möglich, dass jedem Strang ein eigener Lichtwellenleiter zugeordnet ist, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren sämtlicher Batterieeinheiten des Stranges angeordnet sind.
Im Fall dass die Stränge jeweils eine gleiche Anzahl von in Reihe geschalteten Batterieeinheiten aufweisen, kann auch den in den Reihenschaltungen an jeweils gleicher Stelle angeordneten Batterieeinheiten ein gemeinsamer Lichtwellenleiter zugeordnet sein, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren dieser Batterieeinheiten angeordnet sind.
Der Bragg-Gitter-Sensor kann dabei innerhalb der Batterieeinheit, auf deren Oberfläche oder in deren unmittelbarer Nähe angeordnet sein.
Bevorzugt wird die zumindest eine Referenzgröße ebenfalls mit zumindest einem Bragg-Gitter-Sensor gemessen, wobei dieser vorzugsweise außerhalb der Batterie angeordnet ist. Die Referenzgröße kann hierdurch ohne Beeinflussung durch die Batterie selbst gemessen und somit das zu erwartende Profil mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Eine gleichzeitige Messung sowohl der Temperatur, der Ausdehnung als auch von Vibrationen einer Batterieeinheit ist dadurch möglich, dass in eine Oberfläche der Batterieeinheiten eine Ausnehmung eingebracht ist, deren Breite und Tiefe an den Durchmesser des Lichtwellenleiters angepasst ist, und dass in der Ausnehmung ein Lichtwellenleiter mit zumindest einem Bragg-Gitter-Sensor angeordnet ist. Hierdurch können besonders vorteilhaft abnormale Verformungen der Batterieein¬ heit, die auf eine Überlastung oder einen Defekt hinweisen, identifiziert werden.
Eine besonders zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vor- richtung umfasst
- zumindest einen Bragg-Gitter-Sensor zur Messung eines Wertes zumindest einer Referenzgröße der Batterie,
- für jede der Batterieeinheiten jeweils zumindest einen Bragg-Gitter-Sensor zur Messung eines aktuellen Wertes des physikalische Parameters der Batterieeinheiten,
- eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung, die derart eingerichtet ist, dass sie a) aus dem Messwert der Referenzgröße ein zu erwartendes Profil der Batterie in Bezug auf den physikalischen Parameter der Batterieeinheiten ableitet, b) aus den gemessenen aktuellen Werten des physikalische Parameters der Batterieeinheiten ein aktuelles Profil der Batterie in Bezug auf den physikalischen Parame¬ ter ableitet, c) das aktuelle Profil mit dem zu erwartenden Profil vergleicht und d) den Betrieb der Batterie in Abhängigkeit von einer ermittelten Abweichung von dem zu erwartenden Profil steuert und/oder regelt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert; darin zeigen:
FIG 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Gleichstrominselnetz mit einer Hochleistungsbatterie, FIG 2 den elektrischen Aufbau eines Batteriemoduls von FIG 1,
FIG 3 ein Beispiel für eine Batteriezelle,
FIG 4 eine Seitenansicht eines Batteriemoduls, FIG 5 eine Vorderansicht eines Batteriemoduls,
FIG 6 eine Batteriezelle mit einer Ausnehmung,
FIG 7 die Batteriezelle von FIG 6 mit einer Lichtwellenleiterwicklung,
FIG 8 eine erste Anordnung von Bragg-Gitter-Sensoren in Lichtwellenleitern,
FIG 9 eine zweite Anordnung von Bragg-Gitter-Sensoren in Lichtwellenleitern,
FIG 10 eine erste Vorrichtung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens, FIG 11 eine zweite Vorrichtung zur Durchführung des er findungsgemäßen Verfahrens,
FIG 12 ein aktuelles Batterieprofil,
FIG 13 ein erwartetes Batterieprofil.
FIG 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines als U-Boot-Gleichstromnetz 1 ausgebildeten Gleichstrominselnetzes bestehend aus einem ersten Teilnetz 2 und einem nicht näher dargestellten zweiten Teilnetz 3, das zu dem ersten Teilnetz 2 symmetrisch aufgebaut ist. Die Teilnetze 2, 3 sind über eine Netz- kupplung 4 miteinander verbindbar oder verbunden. Jedes der
Teilnetze 2, 3 weist einen Generator 5 zur Erzeugung elektrischer Energie, eine Batterie 6 zur Speicherung der elektrischen Energie und als Energieverbraucher einen Motor 7 (z.B. einen DC-Motor oder einen DC-gespeisten Motor) zum Antrieb eines Propellers 8 des U-Bootes sowie ein nicht näher dargestelltes Bordnetz auf. Die Teilnetze 2, 3 können natürlich auch jeweils mehrere parallel geschaltete Generatoren 5 und Batterien 6 aufweisen. Bei den Batterien der Teilnetze 2, 3 kann es sich auch um Teilbatterien einer einzigen Batterie handeln. Die einzelnen Komponenten der Teilnetze 2, 3 sind über nicht näher dargestellte Schutz- und Schaltelemente miteinander verbunden .
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich hierbei auf das Teilnetz 2, sind aber gleichermaßen für das Teilnetz 3 gültig.
Die Batterie 6 des Teilnetzes 2 besteht aus mehreren parallel geschalteten Strängen 10 (z.B. zehn Stränge oder mehr) von in Reihe geschalteten Batteriemodulen 11. Jedes der Batteriemodule 11 besteht wiederum - wie in FIG 2 gezeigt - aus mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen 12 (z.B. 20 in Reihe geschaltete Batteriezellen) . Bei den Batteriezellen 12 handelt es sich um Hochleistungsenergiespeicher wie z.B. Li- Ionen-Batteriezellen, Li-Polymerbatteriezellen oder Kombinationen daraus. Die einzelnen Stränge 10 weisen hierbei jeweils eine gleiche Anzahl gleicher Module 11 mit jeweils einer gleichen Anzahl von Batteriezellen 12 auf. Die Höhe der Netzspannung des Netzes 1 ergibt sich somit aus der Anzahl der in den einzelnen Strängen 10 in Reihe geschalteten Batteriezellen 12 und der Höhe der Spannung der einzelnen Batteriezellen 12. Die für die Energieverbraucher in dem Netz 1 zur Verfügung stehende Leistung ergibt sich aus der Anzahl der parallel geschalteten Stränge.
Wie in FIG 3 gezeigt, sind die Batteriezellen 12 beispielsweise zylinderförmig mit einer Mantelfläche 13 und zwei Stirnflächen 14, 15 ausgebildet. An den Stirnflächen 14, 15 befindet sich jeweils ein Anschlusskontakt 16 für den elektrischen Anschluss an die Batteriezelle 12.
Ein beispielhafter konstruktiver Aufbau eines Moduls 11 mit sechs Batteriezellen 12 ist in FIG 4 und FIG 5 dargestellt. Dabei zeigt FIG 4 eine Seitenansicht und FIG 5 eine Vorderansicht eines Moduls 11. Das Batteriemodul 11 umfasst eine Haltestruktur oder Gehäuse 17, in der die Batteriezellen 12 des Moduls 11 aufeinander gestapelt gehalten sind und über elek- trische Leiter 18 miteinander in Reihe geschaltet sind. Die elektrischen Leiter 18 verlaufen hierbei abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Moduls 11. Zusätzlich umfasst das Modul 11 eine Modul-Management-Einrichtung 19 zur Über- wachung und Ladesteuerung des Moduls 11.
Wie in FIG 6 gezeigt, weist die Zelle 12 an ihrer Oberfläche im Bereich ihrer Mantelfläche 13 eine umlaufende Ausnehmung 21 auf, deren Breite und Tiefe an den Durchmesser einer Lichtwellenleiter angepasst ist. Wie in FIG 7 gezeigt, ist in der Ausnehmung 21 formschlüssig ein Lichtwellenleiter 22 in Form einer flexiblen Glasfaser mit einem Bragg-Gitter 20 angeordnet. Der Lichtwellenleiter 22 verläuft hierbei in der Ausnehmung genau einmal um die Mantelfläche 13, d.h. er bil- det eine Wicklung um die Mantelfläche 13 der Zelle aus.
Grundsätzlich kann bei entsprechender Größe der Ausnehmung der Lichtwellenleiter 22 auch mehrfach um die Zelle 12 gewickelt sein. Es ist auch möglich, den Bragg-Gitter-Sensor 20 innerhalb der Zelle 12 oder in deren unmittelbarer Nähe anzu- ordnen. In der Wicklung um die Zelle 12 können auch mehrere Bragg-Gitter-Sensoren 20 angeordnet sein.
Ein Bragg-Gitter-Sensor ist durch Einschreiben einer Gitterstruktur in einen Lichtwellenleiter ausgebildet. Ein Licht- Wellenleiter 22 weist üblicherweise einen Mantel und einen
Kern auf. Das Bragg-Gitter 20 besteht aus einer periodischen Folge von scheibenförmigen Bereichen, die in dem Kern des Lichtwellenleiters 22 angeordnet sind und die einen von dem normalen Brechungsindex n2 des Kerns des Lichtwellenleiters abweichenden Brechungsindex ni aufweisen. Eine mechanische
Verformung des Lichtwellenleiters 22 im Bereich eines Bragg- Gitters 20, z.B. aufgrund einer Temperaturänderung oder einer Verformung der Zelle führt zu einer lokalen Längenexpansion oder -kontraktion und damit zu einer Änderung der Gitterperi- ode, was eine Verschiebung der spektralen Intensitätsverteilung des zurückgestreuten Lichtes zur Folge hat. Das Ausmaß dieser Verschiebung ist ein Maß für die Längenänderung und damit für die Temperaturänderung oder Verformung der Zelle 12.
Bei dem gemessenen physikalischen Parameter handelt es sich somit beispielsweise um die Temperatur, Ausdehnung oder Vibration des Batteriemoduls oder der Batteriezelle.
Wie in FIG 8 gezeigt, können die Bragg-Gitter-Sensoren 20 sämtlicher Zellen 12 der Batteriemodule 11 eines Stranges 10 in einem einzigen gemeinsamen Lichtwellenleiter 22 angeordnet sein, der entlang der in Reihe geschalteten Zellen 12 verläuft und um jede Zelle 12 eine oder mehrere Wicklungen bildet.
Wenn die Stränge 10 jeweils eine gleiche Anzahl von in Reihe geschalteten Modulen 11 mit jeweils einer gleichen Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen 12 aufweisen, können - wie in FIG 9 gezeigt - auch die Bragg-Gitter-Sensoren 20 der in den Reihenschaltungen an jeweils gleicher Stelle angeordneten Batteriezellen 12 in einem einzigen gemeinsamen Lichtwellenleiter 22 angeordnet sein.
Die Gitterperiode der Bragg-Gitter 20 der verschiedenen Zellen 12 eines Stranges 10 kann gleich oder unterschiedlich ge- wählt sein.
Ist die Periode der Bragg-Gitter 20 der verschiedenen Zellen 12 eines Stranges 10 unterschiedlich gewählt, dann wird zur Messung des physikalischen Parameters bevorzugt Licht einer Lichtquelle mit einer breitbandigen Verteilung der Intensität über der Wellenlänge in den Lichtwellenleiter 22 Licht eingestrahlt. Es wird dann ein geringer Teil des Lichtes an den Bragg-Gittern 20 zurückgestreut, und zwar mit einer für das jeweilige Gitter charakteristischen spektralen Intensitäts- Verteilung, die von der Gitterperiode des Gitters abhängt.
Unterschiedliche Gitter und somit unterschiedliche Batterieeinheiten können folglich anhand unterschiedlicher Wellenlängen des zurückgestreuten Lichtes identifziert werden. Die Wellenlänge des zurückgestreuten Lichtes ist dabei umso größer, je größer die Gitterperiode ist.
Werden dagegen in einem Lichtwellenleiter 22 Bragg-Gitter 20 mit gleichen oder im Wesentlichen gleichen Gitterperioden eingesetzt, so wird vorzugsweise zur Messung des physikalischen Parameters eine gepulste, monochromatische Lichtquelle eingesetzt. Unterschiedliche Gitter und somit unterschiedliche Batterieeinheiten können folglich durch unterschiedliche Laufzeiten der Lichtpulse identifiziert werden.
FIG 10 zeigt für den Fall der Anordnung der Bragg-Gitter-Sen- soren 20 von FIG 8 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 30 zur Überwachung und zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs der in FIG 1 gezeigten Batterie 6, wobei zur Vereinfachung der Darstellung nur die ersten und letzten Stränge 10 und davon auch nur das jeweils erste und letzte Batteriemodul 11 gezeigt sind. Die Batterie 6 weist neben den Batteriemodulen 11 noch ein Batte- riegehäuse 29 auf.
Die Vorrichtung 30 umfasst für jeden der Stränge 10 der Batterie 6 jeweils einen Lichtwellenleiter 22 mit Bragg-Gittern 20. Ein zusätzlicher Lichtwellenleiter 22A mit mehreren Bragg-Gittern 20A ist entlang der Außenseite des Gehäuses 29 der Batterie geführt und an diesem befestigt.
Die Vorrichtung 30 umfasst neben den Lichtwellenleitern 22, 22A mit den Bragg-Gittern 20, 20A noch eine Messanordnung 31 mit jeweils einer breitbandigen Lichtquelle 32, einem optischen Richtkoppler 33 und einer Signalverarbeitungseinrichtung 34 für jeden der Lichtwellenleiter 22, sowie eine mit den Signalverarbeitungseinrichtungen 34 sämtlicher Lichtwellenleiter 22 verbundene Steuereinheit 35.
Jeder der Lichtwellenleiter 22 mit seinen Bragg-Sensoren 20 ist somit über einen optischen Richtkoppler 33 mit einer ihm zugeordneten Lichtquelle 32 und Signalverarbeitungseinrichtung 34 verbunden.
Der Richtkoppler 33 koppelt von der Lichtquelle 32 abge- strahltes Licht in den Lichtwellenleiter 22 ein und aus diesem zurückgestreutes Licht zu der Signalverarbeitungseinrichtung 34 aus.
Die Signalverarbeitungseinrichtung 34 enthält einen Spektral- analysator zur Ermittlung der spektralen Verteilung des von den einzelnen Bragg-Gittern 20 zurückgestreuten Lichtes und eine Recheneinrichtung, welche das Ausmaß der jeweiligen Verschiebung gegenüber einer Referenzlage ermittelt und in eine Änderung des physikalischen Parameters, z.B. eine Temperatur- änderung, gegenüber einer Referenzwert für diesen Parameter, bei der die spektrale Verteilung die Referenzlage hat, umrechnet. Dies geschieht für jedes einzelne Bragg-Gitter 20, 20A so dass auf diese Weise die Verteilung des physikalischen Parameters, z.B. der Temperatur, entlang des gesamten Licht- Wellenleiters 22, 22A an den mit Bragg-Gittern 20, 20A versehenen Stellen erhalten wird.
Bei Verwendung von Bragg-Gittern mit gleicher oder im Wesentlichen gleicher Gitterperiode weist die Signalverarbeitungs- Vorrichtung 34 zusätzlich eine Auswerteelektronik auf, welche die Laufzeit des rückgestreuten Lichts mit veränderter spektraler Intensitätsverteilung erfasst und auswertet. Um eine zeitaufgelöste Messung zu realisieren, kann auf gängige OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) - Technik zurückgegriffen werden, wie sie in der Nachrichtentechnik zur Qualitätsbeurteilung von Signalstrecken verwendet wird.
Aus der beschriebenen Funktionsweise der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung ergibt sich, dass die räumliche Ver- teilung des gemessenen physikalischen Parameters, z.B. die Temperatur, entlang des Lichtwellenleiters 22, 22A erfasst wird. Die Messwerte werden von den Signalverarbeitungseinrichtungen 34 an die Steuerungseinrichtung 35 übertragen, in der aus den Messwerten ein aktuelles Profil 40 der Batterie 2 in Bezug auf den physikalischen Parameter erstellt wird, wie es beispielsweise in FIG 12 für eine Batterie mit zwölf Strängen 10 mit jeweils zwölf Batteriezellen 12 dargestellt ist. Die Spalten 41 des Profils 40 entsprechen dabei den
Strängen 10, wobei die einzelnen Kästchen 42 in einer Spalte den einzelnen Zellen 12 des Stranges 10 entsprechen.
Zusätzlich wird mit Hilfe des am Gehäuse 29 befestigten Lichtwellenleiters 22A eine Referenzgröße, z.B. die Umgebungstemperatur oder Vibrationen des Gehäuses, gemessen und daraus durch die Steuerungseinrichtung 35 ein zu erwartendes Profil 45 der Batterie 6 abgeleitet, wie es beispielhaft in FIG 13 dargestellt ist. Die Ableitung des zu erwartenden Pro- fils 45 aus dem Messwert der Referenzgröße kann entweder auf Basis vorher (z.B. rechnerisch und/oder experimentell) ermittelter und in der Steuerungseinrichtung 35 abgespeicherter Profile erfolgen, die jeweils unterschiedlichen Messwerten der Referenzgröße zugeordnet sind, oder auf Basis einer aktu- eilen Berechung, erfolgen, die beispielsweise auch mit Hilfe eines neuronalen Netz erfolgen kann. Das aktuelle Profil 40 wird in der Steuerungseinrichtung 35 mit dem zu erwartenden Profil 45 verglichen und durch die Steuerungseinrichtung 35 der Betrieb der Batterie in Abhängigkeit von einer Abweichung von dem zu erwartenden Profil 45 gesteuert und/oder geregelt.
Für den Fall dass die in FIG 12 und 13 gezeigten Profile 40, 45 beispielsweise die Temperatur der Zellen darstellen, wird aus dem Profil 45 deutlich, dass das Maximum der Temperatur in der Mitte der Batterie zu erwarten wäre. Tatsächlich findet sich jedoch bei dem aktuellen Profil 40 noch ein weiteres Maximum im rechten unteren Bereich 43 der Batterie, was ein Hinweis auf eine unzureichende Kühlung oder den Beginn einer Fehlfunktion der Zellen 12 in diesem Bereich 43 ist. Durch die Steuerungseinrichtung 35 kann nun in einem ersten Schritt über eine Steuerleitung 39 eine zusätzliche Kühleinrichtung 37 für die Batterie 6 aktiviert werden. Alternativ und/oder ergänzend kann durch die Steuerungseinrichtung 35 über Kom- munikationsverbindungen 38 den Modul-Management-Einrichtungen 19 der betroffenen Batteriemodule 11 der vergleichsweise abnormale Betriebszustand signalisiert werden, so dass die Modul-Management-Einrichtungen 19 gezielte Gegenmaßnahmen ein- leiten können.
Ergibt der Vergleich des aktuellen Profils 40 mit dem zu erwartenden Profil 45 jedoch sogar eine unzulässige Abweichung von dem zu erwartenden Profil 45, so wird durch die Steue- rungseinrichtung 35 die Batterie zumindest teilweise abgeschaltet (z.B. durch Öffnen eines Batterieschalters).
Eine in FIG 11 gezeigte zweite Ausführungsform einer Vorrichtung 30 unterscheidet sich von der in FIG 10 gezeigten Vor- richtung 30 dadurch, dass die Messanordnung 31 eine für sämtliche Lichtwellenleiter 22 gemeinsame Lichtquelle 32 und gemeinsame Signalverarbeitungseinrichtung 34 statt jeweils einer eigenen Lichtquelle 32 und Signalverarbeitungseinrichtung 34 für jeden der Lichtwellenleitern 22 aufweist.
Die Richtkoppler 33 sind hierzu über Lichtwellenleiter 36A, 36B seriell miteinander verbunden und koppeln von der Lichtquelle 32 abgestrahltes Licht in die Lichtwellenleiter 22 ein und aus diesen zurückgestreutes Licht zu der Signalverarbei- tungseinrichtung 34 aus. Die Richtkoppler 33 sind hierbei derart ausgelegt, dass sie nur Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches (im Folgenden als „Auskopplungsbereich" bezeichnet) auskoppeln und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbereiches durchlassen. Die Richtkoppler 33 weisen hierbei un- terschiedliche Auskopplungsbereiche auf. Jedem der Lichtwellenleiter 22 bzw. Stränge 10 ist genau einer dieser Auskopplungsbereiche zugeordnet. Von einem Richtkoppler 33 wird somit nur Licht aus das dem an ihn angeschlossenen Lichtwellenleiter 22 zugeordneten Wellenlängenbereich ausgekoppelt, Licht in Auskopplungsbereichen der anderen Lichtwellenleiter 22 jedoch weitergeleitet. Nur einer der Richtkoppler 33 ist direkt mit der gemeinsamen Lichtquelle 32 und der gemeinsamen Signalverarbeitungseinrichtung 34 verbunden. Eine derartige Anordnung kommt mit einem Minimum an Bauteilaufwand für Lichtquellen und Signalverarbeitungseinrichtungen aus. Die Anzahl der Batteriestränge 10, die hierdurch überwacht werden können, ist im wesentlichen nur durch die Bandbreite, die pro Bragg-Gitter zur spektralen Trennung der von den einzelnen Bragg-Gittern zurückgestreuten Signale vorgesehen werden muss, der benötigten Breite der Auskopplungsbereiche und der Bandbreite der Lichtquelle begrenzt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Hochleistungs-Batterie (6), die mehrere parallel geschaltete Stränge (10) aus jeweils mehreren in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (11, 12) um- fasst, dadurch gekennzeichnet, dass
- zumindest eine Referenzgröße der Batterie (6) gemessen und daraus ein zu erwartendes Profil (45) der Batterie (6) in Bezug auf einen physikalischen Parameter der Batterieein- heiten (11, 12) abgeleitet wird,
- aktuelle Werte des physikalische Parameters der Batterieeinheiten (11, 12) mit Hilfe von Bragg-Gitter-Sensoren (20) gemessen werden und daraus ein aktuelles Profil (40) der Batterie (6) in Bezug auf den physikalischen Parameter ab- geleitet wird,
- das aktuelle Profil (40) mit dem zu erwartenden Profil (45) verglichen wird,
- der Betrieb der Batterie (6) in Abhängigkeit von einer Abweichung von dem zu erwartenden Profil (45) gesteuert und/oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der Batterie (6) und/oder eine Ladung der Batterieeinheiten (11, 12) in Abhän- gigkeit von der Abweichung von dem zu erwartenden Profil (45) gesteuert und/oder geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer unzulässigen Abwei- chung von dem zu erwartenden Profil (45) die Batterie (6) zumindest teilweise abgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Batterieeinheit (11, 12) zumindest ein eigener Bragg-Gitter-Sensor (20) zugeordnet ist .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Strang (10) jeweils ein eigener Lichtwellenleiter (22) zugeordnet ist, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren (20) sämtlicher Batterieeinheiten (11, 12) des Stranges (10) angeordnet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (10) jeweils eine gleiche Anzahl von in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (11, 12) aufweisen, wobei den in den Reihenschaltungen an jeweils gleicher Stelle angeordneten Batterieeinheiten (11, 12) ein gemeinsamer Lichtwellenleiter (22) zugeordnet ist, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren (20) dieser Batterieeinheiten (11, 12) angeordnet sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einer Batterieeinheit (11, 12) zugeordnete Bragg-Gitter-Sensor (20) innerhalb der Batterieeinheit (11, 12), auf deren Oberfläche oder in deren un- mittelbarer Nähe angeordnet ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Oberfläche der Batterieeinheiten (11, 12) eine Ausnehmung (21) eingebracht ist, de- ren Breite und Tiefe an den Durchmesser eines Lichtwellenleiters (22) angepasst ist, und dass in der Ausnehmung (21) ein Lichtwellenleiter (22) mit zumindest einem Bragg-Gitter-Sensor (20) angeordnet ist.
9. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Referenzgröße mit zumindest einem Bragg-Gitter-Sensor (20A) gemessen wird, der vorzugsweise außerhalb der Batterie (6) angeordnet ist.
10. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der physikalische Parameter eine Temperatur, Ausdehnung oder Vibration der Batterieeinheit ist .
11. Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit ein Batteriemodul (11) oder eine Batteriezelle (12) ist.
12. Vorrichtung (30) zur Durchführung der Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend
- zumindest einen Bragg-Gitter-Sensor (20) zur Messung eines Wertes zumindest einer Referenzgröße der Batterie (6),
- für jede der Batterieeinheiten (11, 12) jeweils zumindest einen Bragg-Gitter-Sensor (20) zur Messung eines aktuellen
Wertes eines physikalische Parameters der Batterieeinheit (11, 12),
- eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (35) , die derart eingerichtet ist, dass sie a) aus dem Messwert der Referenzgröße ein zu erwartendes Profil (45) der Batterie (6) in Bezug auf einen physikalischen Parameter der Batterieeinheiten (11, 12) ableitet, b) aus den gemessenen aktuellen Werten des physikalische Parameters der Batterieeinheiten (11, 12) ein aktuelles Profil (40) der Batterie in Bezug auf den physikalischen Parameter ableitet, c) das aktuelle Profil (40) mit dem zu erwartenden Profil (45) vergleicht und d) den Betrieb der Batterie in Abhängigkeit von einer Abweichung von dem zu erwartenden Profil steuert und/oder regelt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Strang (10) ein jeweils eigener Lichtwellenleiter (22) zugeordnet ist, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren (20) sämtlicher Batterieeinheiten (11, 12) des Stranges (10) angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stränge (10) jeweils eine gleiche Anzahl von in Reihe geschalteten Batterieeinheiten (11, 12) aufweisen, wobei den in den Reihenschaltungen an je- weils gleicher Stelle angeordneten Batterieeinheiten (11, 12) ein gemeinsamer Lichtwellenleiter (22) zugeordnet ist, in dem die Bragg-Gitter-Sensoren (20) dieser Batterieeinheiten (11, 12) angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Oberfläche der Batterieeinheiten (11, 12) eine Ausnehmung (21) eingebracht ist, deren Breite und Tiefe an den Durchmesser eines Lichtwellenlei- ters (22) angepasst ist und dass in der Ausnehmung ein Lichtwellenleiter (22) mit zumindest einem Bragg-Gitter-Sensor (20) angeordnet ist.
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