WO2016128160A1 - Vorrichtung und verfahren zum kommunizieren mit einer batteriezelle sowie batteriezelle, batteriemodul, batterie, batteriesystem und fahrzeug - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum kommunizieren mit einer batteriezelle sowie batteriezelle, batteriemodul, batterie, batteriesystem und fahrzeug Download PDF

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WO2016128160A1
WO2016128160A1 PCT/EP2016/050442 EP2016050442W WO2016128160A1 WO 2016128160 A1 WO2016128160 A1 WO 2016128160A1 EP 2016050442 W EP2016050442 W EP 2016050442W WO 2016128160 A1 WO2016128160 A1 WO 2016128160A1
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communication
battery cell
cell
vehicle
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PCT/EP2016/050442
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Patrick Nickel
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • a battery system comprises a multiplicity of battery cells, for example cylindrical or prismatic battery cells or battery cells
  • Electrode wrap battery cell wrap, cell wrap, Jerry Roll, JR.
  • the battery cells can be connected in series (series) to increase the voltage and / or connected in parallel to increase the maximum electric current and capacity.
  • the battery cells too
  • Battery modules or battery units are summarized. When used to drive vehicles, for example, about 100 battery cells (as a traction battery) can be connected in series or in parallel.
  • a condition monitor at a cell level For the construction of the battery system comparatively complex structures can be used. The complexity can be distributed to different levels. For battery monitoring and / or battery control, various mechanisms can be distributed to different hierarchy levels, for example: a condition monitor at a cell level, a
  • Voltage regulation to a higher level such as module level, battery level or system level and / or balancing distributed over several levels.
  • control device such as a control unit or battery management system (BMS)
  • BMS battery management system
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • Connections to the battery cells can be omitted. Thereby can
  • Requirements for the components with respect to the galvanic decoupling can be reduced. Furthermore, the structure and the production For example, the assembly can be simplified. Thus, costs such as component cost and manufacturing cost can be reduced.
  • the communication device may comprise an antenna, for example a magnetic antenna or an electric antenna.
  • the structure and the manufacture of the device can be simplified.
  • costs such as manufacturing costs and disposal costs can be reduced.
  • the structure of the battery system can be simplified.
  • the device can be used as a device for identification by means of electromagnetic waves (radio-frequency identification, RFID) such as RFID
  • RFID radio-frequency identification
  • the transponder can be designed as a passive transponder, which receives energy required for communication and execution of internal processes from the outside of a field of the device. This eliminates a power supply in the transponder.
  • the transponder as an active transponder, the the the transponder
  • Communication and processing of internal processes required energy from a power supply transponder relates, be trained. This can increase the range for communication. Conveniently, communicating by near field communication
  • NFC near-field communication
  • the security and / or reliability can be increased.
  • the near field communication can be connectionless. Thereby, the structure of the device can be simplified.
  • the near field communication may be connection-based. This can further increase safety.
  • the invention further provides a battery cell comprising the device described above.
  • the invention further provides a battery module that incorporates the foregoing
  • the invention further provides a battery comprising the above-described device, the previously described battery cell or the previously described battery module.
  • the invention further provides a battery system comprising the previously described device, the previously described battery cell, the previously described battery module, or the previously described battery.
  • the invention further provides a vehicle, in particular motor vehicle such as electric motor vehicle, hybrid vehicle, plug-in hybrid vehicle or
  • Electric motorcycle electric bike, e-bike
  • electric bicycle pedal electric cycle, pedelec
  • a marine vehicle such as electric boat or submarine (submarine)
  • an aircraft or a spacecraft ready, the device described above and connected to the vehicle , the battery cell previously described and connected to the vehicle, the battery module previously described and connected to the vehicle, the battery previously described and connected to the vehicle, or the battery system previously described and connected to the vehicle.
  • the invention further provides corresponding methods. It is within the scope of the invention not necessarily to carry out the method steps in the order described. In a further embodiment, the method steps can also be interleaved (interleaving). Furthermore, it is possible that individual sections of the described
  • Process can be formed as a single salable units and remaining sections of the process as other salable units. For example, it is possible for a module to include different submodules.
  • Figure 1 shows a schematic perspective view of a battery cell 10 according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a battery system 100 according to the embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic perspective view of a battery cell 10 according to the embodiment of the invention.
  • the battery cell 10 includes a battery case 110 and a battery cover
  • the battery case 110 and / or the battery cover 112 may include, for example, plastic or metal, such as aluminum, which is paramagnetic.
  • the interior of the battery housing 110 may, along a plane 120 which is substantially parallel to the battery cover 112 and a housing bottom of the battery housing 110, in an internal or inner region or
  • the battery cell 10 further includes a negative battery cell terminal (terminal) 132i and a positive terminal 132 2 , each extending from the interior of the cell coil 130 through the battery cover 112 therethrough.
  • the battery cell 10 may further include an internal processing device 140 disposed in the internal region 122, as exemplified in FIG. 1, above or above the cell coil 130.
  • the internal processing device 140 disposed in the internal region 122, as exemplified in FIG. 1, above or above the cell coil 130.
  • Processing device 140 includes a first processing device 142, which may be designed, for example, as a microprocessor or microcontroller, a first interface device or communication device 144, which may be formed, for example, as an antenna device, for
  • first detection means for example, as sensor means for detecting measured values such as voltage readings, current readings and / or temperature readings such as integrated first temperature sensor means 146i or remote second
  • Temperature sensor device 146 2 which, as shown by way of example in Figure 1, may be disposed within the cell coil 130 may be formed. Since the sensor devices can be arranged in or at the cell winding 130, the detection can be improved, for example, in terms of accuracy, resolution and speed.
  • the internal processing device 140 may include further devices, for example a first memory device such as volatile memory or nonvolatile memory.
  • the internal processing device 140 may be formed on a first carrier, for example on a first board.
  • the first carrier may be flexible and / or comprise plastic.
  • the internal processing device 140 can extract electrical energy for working, for example, from the cell coil 130 or a first energy store such as a rechargeable energy store, which the internal processing device 140 further comprises, via the first interface device or communication device 144 or via a first inductive and / or capacitive coupling device received, or by means of a first energy harvester from mechanical
  • the internal processing device 140 may, for example, at a low level, perform functions
  • the battery cell 10 may further include a peripheral processing device 150 disposed in the peripheral region 124, as exemplified in FIG. 1, above and above the internal processing device 140, respectively.
  • the internal processing device 150 includes a second one
  • Processing device 152 which may be formed, for example, as a microprocessor or microcontroller, a second interface device or communication device 154, which may be formed, for example, as an antenna device for communicating and second detection devices, for example, as sensor devices for sensor or for acquiring measured values such as voltage readings, current readings and or
  • Temperature measurements such as third temperature sensor means 156 may be formed.
  • the peripheral processing device 150 may include others
  • Means, for example, a second memory device such as volatile memory or non-volatile memory or a switching device 158, which may be implemented, for example, as power electronics for Aktorik or turn on, off, switching and / or connecting the battery cell 10 include.
  • the peripheral processing device 150 may be formed on a second carrier, for example on a second board.
  • the second carrier may be flexible and / or comprise plastic. Electrical power to operate may be taken from the peripheral processing device 150, for example, from a second energy store, such as a rechargeable energy store, which the peripheral processing device 150 further includes, via the second interface device or
  • Communication device 154 or received via a second inductive and / or capacitive coupling device, or by means of a second
  • the internal processing device 140 may implement, at the middle level, other functions, such as state of charge (SoC) and / or health (SoH) control functions or state of charge determinations, and the second interface device 154 low level and / or higher level communicate.
  • SoC state of charge
  • SoH health
  • the battery cell 10 has a multi-stage structure and is suitable for networking. Since information can be processed internally and / or peripherally, ie locally, the volume of communication and / or central processing can be reduced.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a battery system 100 according to the embodiment of the invention.
  • the battery system 100 includes a plurality of battery cells 10 i n, ... 10 n, and a plurality of n-1 of cell connectors 30i 2, 30 2 3, ... 30 (n -i) n, for electrically
  • the battery cells 10 i, ... 10 n may each be provided with respect to
  • FIG. 10 described battery cell 10 correspond.
  • the battery system 100 further includes two
  • the battery system 100 further comprises a communication device 21 which, based on a normal position of the
  • Processing devices 150 is arranged, and a control device 28, which may be connected via a higher-level communication link 29 with a higher-level device, for controlling the
  • the communication device 21 comprises a first interface device or communication device 24i, for example antenna device, which is connected via a first system-internal communication link 23i to the
  • Control device 29 is connected to communicate with one or more of the processing devices 140, 150.
  • Communication device 21 may further include one or more of the battery cells 10i ... 22i comprise a first control means for controlling, 10 n.
  • the first control device 22i can, as shown by way of example in FIG be associated with the first communication device 24i.
  • Communication device 21 may further comprise a second or more further or interface device or communication device 24 2 , 24 n for communicating with one or more of the processing devices 140, 150.
  • the communication device 21 may further include a second or more additional control devices 22i, 22 n for controlling
  • Battery cells 10i, ... 10 n include.
  • the control devices 22 i,... 22 n can, as shown by way of example in FIG.
  • Communication device 21 may be formed on a third carrier, for example, on a third board.
  • the third carrier may be flexible and / or comprise plastic.
  • Communication devices 24i,... 24 n can be used, for example, as
  • magnetic antennas such as planar coils or electrical antennas such as rod antennas or line antennas are formed.
  • the control device 28 may include a processing device and / or a memory device for storing commands and / or data such as measured values.
  • the processing device can be designed as a microprocessor or microcontroller.
  • the memory device can be designed as a volatile and / or non-volatile memory.
  • the control device 28 can, at the higher level, implement further or other functions, for example, control functions for the load distribution and with the higher-level device and by means of the Communication device 21 communicate with the low level and / or middle level.
  • the controller 28 may include information about a configuration (configuration information) of the battery system 100.
  • Configuration information can be set, for example, by means of
  • Terminal coding or jumper be mechanically adjustable.
  • battery cells 10; 10i, ... 10 n for example, by means of
  • Configuration information can each be queried from a higher hierarchical level. As a result, the assembly and / or production can be simplified.
  • the battery system 100 may include more than one controller 28 (multi-master system).
  • the control devices can be configured redundantly.
  • the communication device 21 provides as a communication medium a physical layer having a sufficient transmission quality in terms of transmission data rate R, transmission error rate and
  • cyclic redundancy check cyclic redundancy check
  • CRC channel coding
  • the communication medium may be the messages as physical signals such as electrical signals, magnetic signals, electromagnetic signals, radio signals, optical signals, light signals, acoustic signals or
  • the communication medium can transmit wireless signals, for example via Bluetooth, wireless local area network (WLAN), ZigBee.
  • the communication medium may include messages as modulated signals such as frequency modulated (FM) signals, pulse amplitude modulation (PAM) signals or ultra-wide band (UWB) signals, or multiplexed signals such as code-division multiple-access (CDMA) signals, frequency-division multiple-access (FDMA) signals, orthogonal frequency division mutiplexing (OFDM) signals or time-division multiple-access (TDMA) signals, for example, transmitted directly in a baseband or onto a carrier modulated.
  • the frame of a physical message may have a specific structure, for example, with a training sequence, a training signal, a
  • Synchronization sequence a synchronization signal, a data sequence, a data signal and / or one or more other elements such as a CRC sequence have.
  • the communication medium may transmit the messages as encrypted signals.
  • a parameterization of the encryption can take place, for example, during production or when the battery system 100 is switched on or started.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include various hierarchical levels, for example decoupled hierarchy levels.
  • the battery system 100 may include a plurality of battery modules and / or batteries.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kommunizieren mit einer Batteriezelle (10; 101,... 10n), gekennzeichnet durch eine Kommunikationseinrichtung (144, 154, 241,... 24n) zum drahtlosen Austauschen von Daten mit der Batteriezelle (10; 101,... 10n), eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Kommunizieren mit einer Batteriezelle sowie Batteriezelle, Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem und Fahrzeug
Stand der Technik
Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV), Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, H EV) oder Steckdosenhybridfahrzeugen (plug-in hybrid electric vehicles, PH EV), als wieder aufladbare elektrische Energiespeicher (EES, electro-chemical storage System, ESS) vermehrt neue Batteriesysteme bzw. Batteriemodule, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen beispielsweise zylindrische oder prismatische Batteriezellen oder Batteriezellen mit
Elektrodenwickel (Batteriezellwickel, Zellwickel, Jerry Roll, JR). Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom und die Kapazität zu erhöhen. Somit können die Batteriezellen zu
Batteriemodulen bzw. Batterieeinheiten zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden.
Zum Aufbau des Batteriesystems können vergleichsweise komplexe Strukturen zur Anwendung kommen. Dabei kann die Komplexität auf verschiedene Ebenen verteilt werden. Zur Batterieüberwachung und / oder Batterieregelung können verschiedene Mechanismen auf verschiedene Hierarchieebenen verteilt werden, zum Beispiel: eine Zustandsüberwachung auf einer Zellebene, eine
Spannungsregelung auf eine höhere Ebene wie Modulebene, Batterieebene oder Systemebene und / oder eine Lastverteilung (balancing) verteilt auf mehrere Ebenen.
Für das Betreiben des Batteriesystem ist in dem Batteriesystem eine
Kommunikation beispielsweise zwischen einer Steuerungsvorrichtung wie einem Steuergerät oder Batteriemanagementsystem (battery management System, BMS) und den Batteriezellen und / oder weiteren Einrichtungen wie
Sensoreinrichtungen, Leistungselektronikeinrichtungen und Schalteinrichtungen erforderlich. Dabei können, zur Reduzierung von Kosten, Funktionen
dezentralisiert und in lokale Verarbeitungseirichtungen wie
anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (application-specific integrated circuits, ASICs), die in die Batteriezellen integriert werden, verlagert werden. Dadurch bestehen je nach Funktion unterschiedliche Erfordernisse insbesondere einer Übertragungsrate und einer Robustheit der Kommunikation. Für die Kommunikation ist eine Vernetzung der Komponenten des Batteriesystems erforderlich. Dabei kann insbesondere bei Hochspannungsbatteriesystemen eine galvanische Entkopplung der Komponenten erforderlich sein.
Um eine galvanische Entkopplung der Komponenten eines Batteriesystems zu erreichen, ist es somit erforderlich, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Kommunizieren mit einer Batteriezelle
bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass elektrische und mechanische
Verbindungen zu den Batteriezellen entfallen können. Dadurch können
Schwachstellen bzw. potentielle Fehlerstellen wie Gehäusedurchführungen. Außerdem kann die Sicherheit erhöht werden. Weiterhin können die
Anforderungen an die Komponenten bezüglich der galvanischen Entkopplung reduziert werden. Weiterhin können der Aufbau und die Herstellung beispielsweise die Montage vereinfacht werden. Somit können Kosten wie Komponentenkosten und Herstellungskosten reduziert werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Zweckmäßiger Weise kann die Kommunikationseinrichtung eine Antenne beispielsweise magnetische Antenne oder elektrische Antenne umfassen.
Dadurch können der Aufbau und die Herstellung der Vorrichtung vereinfacht werden. Somit können Kosten wie Herstellungskosten und Entsorgungskosten reduziert werden. Weiterhin kann der Aufbau des Batteriesystems vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Vorrichtung als Vorrichtung zur Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen (radio-frequency Identification, RFID) wie RFID-
Empfänger (RFID-receiver), RFID-Sender (RFID-transmitter) oder RFID- Antwortsender (transmitter responder, transponder, Transponder) ausgebildet sein. Zweckmäßiger Weise kann der Transponder als passiver Transponder, der eine zur Kommunikation und Abarbeitung interner Prozesse benötigte Energie von außen aus einem Feld der Vorrichtung bezieht, ausgebildet sein. Dadurch kann eine Stromversorgung in dem Transponder entfallen. Zweckmäßiger Weise kann der Transponder als aktiver Transponder, der die zur
Kommunikation und Abarbeitung interner Prozesse benötigte Energie aus einer Stromversorgung Transponder bezieht, ausgebildet sein. Dadurch kann eine Reichweite für die Kommunikation erhöht werden. Zweckmäßiger Weise kann das Kommunizieren mittels Nahfeldkommunikation
(near-field communication, NFC) erfolgen. Dadurch können vorhandene
Komponenten eingesetzt werden. Somit können Entwicklungszeit und / oder Kosten wie Entwicklungskosten und Herstellungskosten reduziert werden.
Weiterhin können die Sicherheit und / oder Zuverlässigkeit erhöht werden. Zweckmäßiger Weise kann die Nahfeldkommunikation verbindungslos erfolgen. Dadurch kann der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden.
Zweckmäßiger Weise kann die Nahfeldkommunikation verbindungsbehaftet erfolgen. Dadurch kann die Sicherheit weiter erhöht werden.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Batteriezelle bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das die zuvor
beschriebene Vorrichtung oder die zuvor beschriebene Batteriezelle umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung, die zuvor beschriebene Batteriezelle oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das die zuvor beschriebene Vorrichtung, die zuvor beschriebene Batteriezelle, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug, Plug-in Hybridfahrzeug oder
Elektromotorrad (Elektro- Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Vorrichtung, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriezelle, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin entsprechende Verfahren bereit. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verfahrensschritte nicht zwangsläufig in der beschriebenen Reihenfolge auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform können die Verfahrensschritte auch ineinander verschachtelt sein (Interleaving). Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des beschriebenen
Verfahrens als einzelne verkaufsfähige Einheiten und restliche Abschnitte des Verfahrens als andere verkaufsfähige Einheiten ausgebildet werden können. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Modul seinerseits unterschiedliche SubModule umfasst.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eine Batteriezelle 10 gemäß der Ausführungsform der Erfindung, und
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Batteriesystems 100 gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine schematische Perspektivansicht eine Batteriezelle 10 gemäß der Ausführungsform der Erfindung. Die Batteriezelle 10 umfasst ein Batteriegehäuse 110 und einen Batteriedeckel
112. Das Batteriegehäuse 110 und / oder der Batteriedeckel 112 können beispielsweise Kunststoff oder Metall wie Aluminium, das paramagnetisch ist, umfassen. Das Innere des Batteriegehäuse 110 kann, entlang einer Ebene 120, die im Wesentlichen parallel zum Batteriedeckel 112 bzw. einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses 110 verläuft, in einen internen bzw. inneren Bereich bzw.
Teil 122, in dem die Zellchemie in Form eines Zellwickels 130 angeordnet ist, und einen peripheren bzw. äußeren Bereich bzw. Teil 124, der, bezogen auf eine bestimmungsgemäße bzw. normale Lage der Batteriezelle 10 über bzw. oberhalb des internen Bereichs 122 angeordnet ist, unterteilt werden. Die Batteriezelle 10 umfasst weiterhin ein negatives Batteriezellenterminal (Terminal) 132i und ein positives Terminal 1322, die sich jeweils vom Inneren des Zellwickels 130 bis durch den Batteriedeckel 112 hindurch erstrecken.
Die Batteriezelle 10 kann weiterhin eine interne Verarbeitungsvorrichtung 140, die in dem internen Bereich 122, wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, über bzw. oberhalb des Zellwickels 130 angeordnet ist, umfassen. Die interne
Verarbeitungsvorrichtung 140 umfasst eine erste Verarbeitungseinrichtung 142, die beispielsweise als Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet sein kann, eine erste Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 144, die beispielsweise als Antenneneinrichtung ausgebildet sein kann, zum
Kommunizieren und erste Erfassungseinrichtungen, die beispielsweise als Sensoreinrichtungen zum Erfassen von Messwerten wie Spannungsmesswerten, Strommesswerten und / oder Temperaturmesswerten wie integrierte erste Temperatursensoreinrichtung 146i oder entfernte zweite
Temperatursensoreinrichtung 1462, die, wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, innerhalb des Zellwickels 130 angeordnet sein kann, ausgebildet sein können. Da die Sensoreinrichtungen in oder bei dem Zellwickel 130 angeordnet werden können, kann die Erfassung beispielsweise bezüglich Genauigkeit, Auflösung und Geschwindigkeit verbessert werden. Die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 kann weitere Einrichtungen beispielsweise eine erste Speichereinrichtung wie flüchtigen Speicher oder nichtflüchtigen Speicher umfassen. Die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 kann auf einem ersten Träger beispielsweise auf einer ersten Platine ausgebildet sein. Der erste Träger kann flexibel ausgebildet sein und / oder Kunststoff umfassen. Elektrische Energie zum Arbeiten kann die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 beispielsweise aus dem Zellwickel 130 oder einem ersten Energiespeicher wie wieder aufladbaren Energiespeicher, den die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 weiterhin umfasst, entnehmen, über die erste Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 144 oder über eine erste induktive und / oder kapazitive Koppeleinrichtung empfangen, oder mittels einer erste Energieernteeinrichtung (energy harvester) aus mechanischer
Energie wie Vibrationsenergie generieren. Die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 kann, auf einer niedrigen Ebene, Funktionen beispielsweise
Schutzfunktionen implementieren und mittels der ersten Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 144 mit einer mittleren Ebene und / oder höheren Ebene kommunizieren. Die Batteriezelle 10 kann weiterhin eine periphere Verarbeitungsvorrichtung 150, die in dem peripheren Bereich 124, wie in Figur 1 beispielhaft gezeigt, über bzw. oberhalb der internen Verarbeitungsvorrichtung 140 angeordnet ist, umfassen. Die interne Verarbeitungsvorrichtung 150 umfasst eine zweite
Verarbeitungseinrichtung 152, die beispielsweise als Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet sein kann, eine zweite Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 154, die beispielsweise als Antenneneinrichtung ausgebildet sein kann, zum Kommunizieren und zweite Erfassungseinrichtungen, die beispielsweise als Sensoreinrichtungen zur Sensorik bzw. zum Erfassen von Messwerten wie Spannungsmesswerten, Strommesswerten und / oder
Temperaturmesswerten wie dritte Temperatursensoreinrichtung 156, ausgebildet sein können. Die periphere Verarbeitungsvorrichtung 150 kann weitere
Einrichtungen beispielsweise eine zweite Speichereinrichtung wie flüchtigen Speicher oder nichtflüchtigen Speicher oder eine Schalteinrichtung 158, die beispielsweise als Leistungselektronik implementiert sein kann, zur Aktorik bzw. Anschalten, Abschalten, Umschalten und / oder Zuschalten der Batteriezelle 10 umfassen. Die periphere Verarbeitungsvorrichtung 150 kann auf einem zweiten Träger beispielsweise auf einer zweiten Platine ausgebildet sein. Der zweite Träger kann flexibel ausgebildet sein und / oder Kunststoff umfassen. Elektrische Energie zum Arbeiten kann die periphere Verarbeitungsvorrichtung 150 beispielsweise aus einem zweiten Energiespeicher wie wieder aufladbaren Energiespeicher, den die periphere Verarbeitungsvorrichtung 150 weiterhin umfasst, entnehmen, über die zweite Schnittstelleneinrichtung oder
Kommunikationseinrichtung 154 oder über eine zweite induktive und / oder kapazitive Koppeleinrichtung empfangen, oder mittels einer zweiten
Energieernteeinrichtung aus mechanischer Energie wie Vibrationsenergie generieren. Die interne Verarbeitungsvorrichtung 140 kann, auf der mittleren Ebene, weitere bzw. andere Funktionen beispielsweise Steuerungsfunktionen oder Bestimmungsfunktionen für einen Ladezustand (State of Charge, SoC) und / oder Gesundheitszustand (State of Health, SoH) implementieren und mittels der zweiten Schnittstelleneinrichtung 154 mit der niedrigen Ebene und / oder höheren Ebene kommunizieren. Somit weist die Batteriezelle 10 einen mehrstufigen Aufbau auf und ist für eine Vernetzung geeignet. Da Informationen intern und / oder peripher, d. h. lokal, verarbeitet werden können, kann das Aufkommen an Kommunikation und / oder zentraler Verarbeitung reduziert werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Batteriesystems 100 gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Das Batteriesystem 100 umfasst eine Vielzahl n von Batteriezellen 10i, ... 10n, und eine Vielzahl n-1 von Zellverbindern 30i2, 3023, ... 30(n-i)n, zum elektrischen
Verbinden der Batteriezellen 10i, ... 10n bzw. den Terminals 132i, 1322
miteinander. Die Batteriezellen 10i, ... 10n können jeweils der mit Bezug auf
Figur 1 beschriebenen Batteriezelle 10 entsprechen. Die Batteriezellen 10i, ...
10n können, wie in Figur 2 beispielhaft gezeigt, physisch seriell miteinander verbunden sein. Das Batteriesystem 100 umfasst weiterhin zwei
Batteriesystemanschlüsse 30i, 30n zum elektrischen Anschließen des
Batteriesystems 100.
Das Batteriesystem 100 umfasst weiterhin eine Kommunikationsvorrichtung 21, die, bezogen auf eine bestimmungsgemäße bzw. normale Lage der
Batteriezellen 10i, ... 10n über bzw. oberhalb der Batteriezellen 10i, ... 10n bzw. der internen Verarbeitungsvorrichtungen 140 und / oder internen
Verarbeitungsvorrichtungen 150 angeordnet ist, und eine Steuerungsvorrichtung 28, die über eine übergeordnete Kommunikationsverbindung 29 mit einer übergeordneten Vorrichtung verbunden sein kann, zur Steuerung des
Batteriesystems 100.
Die Kommunikationsvorrichtung 21 umfasst eine erste Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 24i beispielsweise Antenneneinrichtung, die über eine erste systeminterne Kommunikationsverbindung 23i mit der
Steuerungsvorrichtung 29 verbunden ist, zur Kommunikation mit einer oder mehreren der Verarbeitungsvorrichtungen 140, 150. Die
Kommunikationsvorrichtung 21 kann weiterhin eine erste Steuerungseinrichtung 22i zur Steuerung einer oder mehrerer der Batteriezellen 10i, ... 10n umfassen. Die erste Steuerungseinrichtung 22i kann, wie in Figur 2 beispielhaft gezeigt, der ersten Kommunikationseinrichtung 24i zugeordnet sein. Die
Kommunikationsvorrichtung 21 kann weiterhin eine zweite oder mehrere weitere oder Schnittstelleneinrichtung oder Kommunikationseinrichtung 242, 24n zur Kommunikation mit einer oder mehreren der Verarbeitungsvorrichtungen 140, 150 umfassen. Die Kommunikationsvorrichtung 21 kann weiterhin eine zweite oder mehrere weitere Steuerungseinrichtungen 22i, 22n zur Steuerung
Batteriezellen 10i, ... 10n umfassen. Die Steuerungseinrichtungen 22i, ... 22n können, wie in Figur 2 beispielhaft gezeigt, jeweils einer der
Kommunikationseinrichtungen 24i, ... 24n zugeordnet sein. Die
Kommunikationsvorrichtung 21 kann auf einem dritten Träger beispielsweise auf einer dritten Platine ausgebildet sein. Der dritte Träger kann flexibel ausgebildet sein und / oder Kunststoff umfassen. Alternativ kann die erste
Kommunikationseinrichtung 24i bzw. können die Kommunikationseinrichtungen 24i, ... 24n auf den Batteriezellen 10i, ... 10n bzw. den Batteriedeckeln 112 angeordnet und befestigt beispielsweise angeklebt sein.
Dabei können durch eine günstige Auslegung der Geometrie beispielsweise geringe Abstände zwischen den Schnittstelleneinrichtungen 144, 154 und den Kommunikationseinrichtungen 24i, ... 24n ein hoher Wirkungsgrad für die Übertragung der Kommunikation und / oder Energie und / oder eine geringe Störung der Kommunikation durch Interferenz erreicht werden. Die
Antenneneinrichtungen der Schnittstelleneinrichtungen 144, 154 und
Kommunikationseinrichtungen 24i, ... 24n können beispielsweise als
magnetische Antennen wie planare Spulen oder elektrische Antennen wie Stabantennen oder Linienantennen ausgebildet werden.
Die Steuerungsvorrichtung 28 kann eine Verarbeitungseinrichtung und / oder eine Speichereinrichtung zum Speichern von Befehlen und / oder Daten wie Messwerten umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung kann als Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet sein. Die Speichereinrichtung kann als flüchtiger und / oder nichtflüchtiger Speicher ausgebildet sein.
Die Steuerungsvorrichtung 28 kann, auf der höheren Ebene, weitere bzw. andere Funktionen beispielsweise Steuerungsfunktionen für die Lastverteilung implementieren und mit der übergeordneten Vorrichtung sowie mittels der Kommunikationsvorrichtung 21 mit der niedrigen Ebene und / oder mittleren Ebene kommunizieren.
Die Steuerungseinrichtung 28 kann Informationen über eine Konfiguration (Konfigurationsinformationen) des Batteriesystems 100 umfassen.
Konfigurationsinformationen können einstellbar beispielsweise mittels
Klemmenkodierung oder Steckbrücken (jumpern) mechanisch einstellbar sein. Weiterhin können Batteriezellen 10; 10i, ... 10n beispielsweise mittels
Batteriezellenidentifikationsnummern (Zellen-IDs) zugeordnet werden.
Konfigurationsinformationen können jeweils von einer höheren Hierarchieebene abfragbar sein. Dadurch kann die Konfektionierung und / oder Fertigung vereinfacht werden.
Das Batteriesystem 100 kann mehr als eine Steuerungseinrichtung 28 umfassen (Multimastersystem). Die Steuerungseinrichtungen können redundant ausgebildet sein.
Die Kommunikationsvorrichtung 21 stellt als Kommunikationsmedium eine physikalische Schicht bereit, die eine ausreichende Übertragungsqualität bezüglich Übertragungsdatenrate R, Übertragungsfehlerhäufigkeit und
Übertragungsverfügbarkeit gewährleistet und beispielsweise mittels zyklischer Redundanzprüfung (cyclic redundancy check, CRC) Fehler erkennt und / oder beispielsweise mittels Kanalkodierung (channel encoding) die Fehler korrigiert. Dadurch kann eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht werden, und jede Komponente kann mit jeder anderen Komponente kommunizieren.
Das Kommunikationsmedium kann die Nachrichten als physikalische Signale wie elektrische Signale, magnetische Signale, elektro-magnetische Signale, Radiosignale, optische Signale, Lichtsignale, akustische Signale oder
Schallwellen wie Körperschallwellen übertragen. Das Kommunikationsmedium kann drahtlose Signale beispielsweise über Bluetooth, wireless local area network (WLAN), ZigBee übertragen. Das Kommunikationsmedium kann Nachrichten als modulierte Signale wie frequency modulated (FM) Signale, puls amplitude modulation (PAM) Signale oder ultra-wide band (UWB) Signale, oder gemultiplexte Signale wie code-division multiple-access (CDMA) Signale, frequency-division multiple-access (FDMA) Signale, orthogonal frequency division mutiplexing (OFDM) Signale oder time-division multiple-access (TDMA) Signale beispielsweise direkt in einem Basisband oder auf einen Träger aufmoduliert übertragen. Für die Übertragung kann der Rahmen einer physikalischen Nachricht (physikalische Schicht) eine spezielle Struktur beispielsweise mit einer Trainingssequenz, einem Trainingssignal, einer
Synchronisationssequenz, einem Synchronisationssignal, einer Datensequenz, einem Datensignal und / oder einem oder mehreren weiteren Elemente wie einer CRC-Sequenz aufweisen. Das Kommunikationsmedium kann die Nachrichten als verschlüsselte Signale übertragen. Eine Parametrisierung der Verschlüsselung kann beispielsweise während der Fertigung oder beim Anschalten bzw. Starten des Batteriesystems 100 erfolgen.
Das Batteriesystem 100 kann verschiedene Hierarchieebenen beispielsweise entkoppelte Hierarchieebenen umfassen. Das Batteriesystem 100 kann
Schutzfunktionen, in Batteriezellennähe, auf den niedrigeren Ebenen und Steuerungsfunktionen auf den höheren Ebenen umfassen.
Das Batteriesystem 100 kann mehrere Batteriemodule und / oder Batterien umfassen.
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„umfassend" und
„aufweisend" oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Die verwendeten Anzahlen sind lediglich beispielhaft, sodass eine Vielzahl zwei, vier, fünf, sechs, oder mehr Elemente oder Schritte umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Artikel wie„ein" oder„eine" keine Vielzahl ausschließen. Weiterhin wird angemerkt, dass Zahlwörter bzw. Ordnungszahlen wie„erste",„zweite" usw. ausschließlich zur Unterscheidung von Elementen und Schritten dienen, ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Elemente oder der Ausführung der Schritte festzulegen bzw. zu beschränken. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig
miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die
Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Kommunizieren mit einer Batteriezelle (10; 10i, ... 10n), gekennzeichnet durch:
- eine Kommunikationseinrichtung (144, 154, 24i, ... 24n) zum drahtlosen Austauschen von Daten mit der Batteriezelle (10; 10i, ... 10n).
2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei:
- die Kommunikationseinrichtung (144, 154, 24i, ... 24n) eine Antenne, magnetische Antenne oder elektrische Antenne umfasst.
3. Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei:
- die Vorrichtung als RFID-Vorrichtung, RFID-Empfänger, RFID-Sender oder R Fl D-Transponder ausgebildet ist,
- der Transponder als passiver Transponder ausgebildet ist,
- der Transponder als aktiver Transponder ausgebildet ist,
- das Kommunizieren mittels Nahfeldkommunikation erfolgt,
- die Nahfeldkommunikation verbindungslos erfolgt, oder
- die Nahfeldkommunikation verbindungsbehaftet erfolgt.
4. Batteriezelle (10; 10i, ... 10n), umfassend:
- die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
5. Batteriemodul, umfassend:
- die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder
- die Batteriezelle (10; 10i, ... 10n) nach Anspruch 4.
6. Batterie, umfassend:
- die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- die Batteriezelle (10; 10i, ... 10n) nach Anspruch 4, oder
- das Batteriemodul nach Anspruch 5.
7. Batteriesystem (100), umfassend:
- die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- die Batteriezelle (10; 10i, ... 10n) nach Anspruch 4,
- das Batteriemodul nach Anspruch 5, oder
- die Batterie nach Anspruch 6.
8. Fahrzeug, umfassend:
- die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, verbunden mit dem Fahrzeug,
- die Batteriezelle (10; 10i, ... 10n) nach Anspruch 4, verbunden mit dem Fahrzeug,
- die Batteriemodul nach Anspruch 5, verbunden mit dem Fahrzeug,
- die Batterie nach Anspruch 6, verbunden mit dem Fahrzeug, oder
- das Batteriesystem (100) nach Anspruch 7, verbunden mit dem Fahrzeug.
9. Verfahren zum Kommunizieren mit einer Batteriezelle (10; 10i, ... 10n), gekennzeichnet durch:
- Bereitstellen einer Kommunikationseinrichtung (144, 154, 24i, ... 24n) zum drahtlosen Austauschen von Daten mit der Batteriezelle (10; 10i, ... 10n).
10. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei:
- die Kommunikationseinrichtung (144, 154, 24i, ... 24n) eine Antenne, magnetische Antenne oder elektrische Antenne umfasst.
11. Das Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei:
- die Vorrichtung als RFID-Vorrichtung, RFID-Empfänger, RFID-Sender oder R Fl D-Transponder ausgebildet wird,
- der Transponder als passiver Transponder ausgebildet wird,
- der Transponder als aktiver Transponder ausgebildet wird,
- das Kommunizieren mittels Nahfeldkommunikation erfolgt,
- die Nahfeldkommunikation verbindungslos erfolgt, oder
- die Nahfeldkommunikation verbindungsbehaftet erfolgt.
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