DE102017215418A1 - ENERGY STORAGE FOR A MOTOR VEHICLE - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher (2) zur Speicherung elektrischer Energie für ein elektrisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges, welcher aufweist:
eine Vielzahl von Energiespeicherzellen (31, 32), die eine Parallelschaltung (3) bildend zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Energiespeicherzellen jeweils eine positive Elektrode (311, 321) positiven Potenzials und eine negative Elektrode (312, 322) negativen Potenzials aufweisen;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Energiespeicherzellen (31, 32) jeweils eine Referenzelektrode (315, 325) aufweisen, die auf einem Referenzpotenzial zwischen dem positiven Potenzial und dem negativen Potenzial liegt; und
die positive Elektrode (311, 321), die negative Elektrode (312, 322) und die Referenzelektrode (315, 325) der Energiespeicherzellen (31, 32) jeweils an eine Auswertungseinheit für einen Vergleich elektrischer Zustände der Energiespeicherzellen (31, 32) anschließbar sind.

The invention relates to an energy store (2) for storing electrical energy for an electric drive unit of a motor vehicle, comprising:
a plurality of energy storage cells (31, 32) connected in parallel forming a parallel circuit (3), the energy storage cells each having a positive potential positive electrode (311, 321) and a negative potential negative electrode (312, 322);
characterized in that
the energy storage cells (31, 32) each have a reference electrode (315, 325) that is at a reference potential between the positive potential and the negative potential; and
the positive electrode (311, 321), the negative electrode (312, 322) and the reference electrode (315, 325) of the energy storage cells (31, 32) can each be connected to an evaluation unit for a comparison of electrical states of the energy storage cells (31, 32) ,

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, der ein elektrisches Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie versorgt, und auf eine Energiespeicherauswertungseinheit.The present invention relates to an energy storage device for a motor vehicle, which supplies an electrical drive unit of the motor vehicle with electrical energy, and to an energy storage evaluation unit.

Im Stand der Technik sind elektrische Energiespeicher zur Versorgung elektrischer Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen allgemein bekannt.In the prior art electrical energy storage for supplying electric drive units of motor vehicles are well known.

Bei solchen Energiespeichern werden einzelne Energiespeicherzellen zur Erzielung einer höheren Kapazität zusammengeschaltet, wobei die Energiespeicherzellen einzeln parallel geschaltet werden und nicht strangweise. Diese Verschaltung der Energiespeicherzellen dient dazu, bereits bestehende Elektroniksysteme zur Überwachung der Energiespeicherzellen einsetzen zu können.In such energy storage individual energy storage cells are interconnected to achieve a higher capacity, wherein the energy storage cells are individually connected in parallel and not stranded. This interconnection of the energy storage cells serves to be able to use existing electronic systems for monitoring the energy storage cells.

Während des Betriebes des Kraftfahrzeuges ist es wichtig, dass die Stromgrenzen der einzelnen Energiespeicherzellen eingehalten werden, um Schäden zu verhindern. Der Stromfluss wird bei den erläuterten Energiespeichern allerdings nur für den Strang insgesamt erfasst.During operation of the motor vehicle, it is important that the current limits of the individual energy storage cells are maintained in order to prevent damage. The current flow is detected in the illustrated energy storage but only for the strand as a whole.

Die einzelnen Energiespeicherzellen können sich hingegen im Innenwiderstand und Kapazität derart unterscheiden, dass es in den parallel geschalteten Energiespeicherzellen zu unterschiedlichen Stromflüssen kommt.By contrast, the individual energy storage cells can differ in their internal resistance and capacitance in such a way that different current flows occur in the energy storage cells connected in parallel.

Das erläuterte Ungleichgewicht der Strombelastung der parallel geschalteten Zellen kann über die Lebensdauer hinweg entstehen oder zunehmen.The illustrated imbalance in the current load of the cells connected in parallel may arise or increase over the lifetime.

Aus diesem Grund wird der maximale Stromfluss durch den gesamten Energiespeicher um einen Sicherheitsfaktor von bis zu 20% reduziert, um sicherstellen zu können, dass der von einem Hersteller der Energiespeicherzellen vorgegebene maximale individuelle Stromfluss durch die Energiespeicherzellen nicht überschritten wird. Die Leistung des mit dem Energiespeicher ausgestatteten Kraftfahrzeuges sinkt entsprechend.For this reason, the maximum current flow through the entire energy store is reduced by a safety factor of up to 20%, in order to be able to ensure that the maximum individual current flow through the energy storage cells specified by a manufacturer of the energy storage cells is not exceeded. The performance of the vehicle equipped with the energy storage decreases accordingly.

Darüber hinaus ist bei dem bekannten Energiespeicher die Überwachung und Diagnose der Zellen erschwert, da stets mit Mittelwerten gearbeitet wird.In addition, the monitoring and diagnosis of the cells is difficult in the known energy storage, as always worked with averages.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Energiespeicher zu schaffen, bei dem eine bessere Nutzung der Leistung des Energiespeichers möglich ist.Against this background, it is an object of the present invention to provide an energy storage in which a better use of the power of the energy storage is possible.

Diese Aufgabe wird mit einem Energiespeicher gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved with an energy storage device according to claim 1. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Energiespeicher zur Speicherung elektrischer Energie eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, die eine Parallelschaltung bildend zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Energiespeicherzellen jeweils eine positive Elektrode positiven Potenzials und eine negative Elektrode negativen Potenzials aufweisen.According to one aspect of the invention, an energy storage device for storing electrical energy includes a plurality of energy storage cells, which are connected in parallel with one another in parallel, wherein the energy storage cells each have a positive potential positive electrode and a negative potential negative electrode.

Die Energiespeicherzellen weisen jeweils eine Referenzelektrode auf, die auf einem Referenzpotenzial zwischen dem positiven Potenzial und dem negativen Potenzial liegt.The energy storage cells each have a reference electrode that is at a reference potential between the positive potential and the negative potential.

Die positive Elektrode, die negative Elektrode und die Referenzelektrode der Energiespeicherzellen sind jeweils an eine Auswertungseinheit für einen Vergleich elektrischer Zustände der Energiespeicherzellen anschließbar.The positive electrode, the negative electrode and the reference electrode of the energy storage cells can each be connected to an evaluation unit for a comparison of electrical states of the energy storage cells.

Bevorzugt ist der erfindungsgemäße Energiespeicher für ein elektrisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges vorgesehen.The energy store according to the invention is preferably provided for an electric drive unit of a motor vehicle.

Die Energiespeicherzellen des erfindungsgemäßen Energiespeichers sind bevorzugt Lithiumionen-Akkumulatoren, die sich bei Versorgung des elektrischen Antriebsaggregats entladen und anschließend durch eine externe Stromversorgung wieder geladen werden können.The energy storage cells of the energy storage device according to the invention are preferably lithium-ion accumulators, which can be discharged when the electric drive unit is supplied and subsequently recharged by an external power supply.

Die technische Problematik besteht darin, dass sich die Innenwiderstände der Energiespeicherzellen über ihre Lebensdauer hinweg nicht gleichmäßig ändern. Handelt es sich beispielsweise bei den Energiespeicherzellen um die genannten Lithiumionen-Akkumulatoren, sind in jeder Energiespeicherzelle ein mit der positiven Elektrode kontaktiertes Elektrodenmaterial und ein mit der negativen Elektrode kontaktiertes Elektrodenmaterial aufgenommen. Das mit der positiven Elektrode kontaktierte Elektrodenmaterial bildet in Bezug auf den Entladevorgang des Energiespeichers die Kathode, an der definitionsgemäß die chemische Reduktion stattfindet. Das mit der negativen Elektrode kontaktierte Elektrodenmaterial bildet folglich in Bezug auf den Entladevorgang die Anode, an der die Oxidation stattfindet.The technical problem is that the internal resistance of the energy storage cells do not change uniformly over their lifetime. If, for example, the energy storage cells are the lithium-ion accumulators mentioned, an electrode material contacted with the positive electrode and an electrode material contacted with the negative electrode are accommodated in each energy storage cell. The electrode material contacted with the positive electrode forms, in relation to the discharging process of the energy store, the cathode at which, by definition, the chemical reduction takes place. The electrode material contacted with the negative electrode thus forms, in relation to the discharge process, the anode at which the oxidation takes place.

Die Teilwiderstände der Kathode und Anode am gesamten Innenwiderstand der Energiespeicherzelle ändern sich über die Lebensdauer hinweg nicht gleichmäßig.The partial resistances of the cathode and anode on the total internal resistance of the energy storage cell do not change uniformly over the lifetime.

Erfindungsgemäß sind an den Energiespeicherzellen des Energiespeichers Referenzelektroden vorgesehen, die jeweils auf dem Referenzpotenzial liegen. Hierdurch kann das Referenzpotenzial in Bezug auf entweder die positive Elektrode oder die negative Elektrode der jeweiligen Energiespeicherzelle ausgewertet werden bzw. eine Referenzspannung der jeweiligen Energiespeicherzelle ermittelt werden. Vergleicht man die Referenzspannungen der Energiespeicherzellen miteinander, werden die erläuterten nicht gleichmäßigen Änderungen, d.h. unterschiedliche elektrische Zustände der Energiespeicherzellen erkennbar.According to the invention, reference electrodes are provided at the energy storage cells of the energy store, which are each at the reference potential. This allows the reference potential in Reference to be evaluated either the positive electrode or the negative electrode of the respective energy storage cell or a reference voltage of the respective energy storage cell can be determined. Comparing the reference voltages of the energy storage cells with each other, the explained non-uniform changes, ie different electrical states of the energy storage cells are recognizable.

Dies ist insoweit bemerkenswert, als dass durch die Erfassung der Referenzspannungen unterschiedliche elektrische Zustände der Energiespeicherzellen detektiert werden können, obwohl über die Energiespeicherzellen aufgrund ihrer Parallelschaltung die gleiche Spannung zwischen den entsprechenden positiven und negativen Elektroden abfällt.This is remarkable insofar as different electrical states of the energy storage cells can be detected by the detection of the reference voltages, although the same voltage between the corresponding positive and negative electrodes drops across the energy storage cells due to their parallel connection.

Ergibt die Auswertung/Erfassung der Referenzspannungen beispielsweise, dass sie um einen bestimmten Schwellenwert voneinander abweichen, bedeutet dies, dass durch die Energiespeicherzelle mit dem niedrigeren Innenwiderstand ein erhöhter Strom fließt.If, for example, the evaluation / detection of the reference voltages shows that they deviate from one another by a specific threshold value, this means that an increased current flows through the energy storage cell with the lower internal resistance.

Da bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicher unterschiedliche elektrische Zustände der einzelnen Energiespeicherzellen erkennbar sind, besteht keine Notwendigkeit mehr, den eingangs erläuterten Sicherheitsfaktor hoch anzusetzen, weshalb die maximale Leistung des Energiespeichers ausnutzbar ist.Since different electrical states of the individual energy storage cells are recognizable in the energy store according to the invention, there is no longer any need to set the safety factor explained above high, which is why the maximum power of the energy store can be exploited.

Erfindungsgemäß kann der Energiespeicher wie erläutert überwacht werden, indem die positive Elektrode, die negative Elektrode und die Referenzelektrode an die genannte Auswertungseinheit angeschlossen werden.According to the invention, the energy storage can be monitored as explained by the positive electrode, the negative electrode and the reference electrode are connected to said evaluation unit.

Allgemein sind die Energiespeicherzellen des erfindungsgemäßen Energiespeichers bevorzugt gleicher Bauart und haben identische elektrische Kenngrößen.In general, the energy storage cells of the energy storage device according to the invention are preferably of the same design and have identical electrical characteristics.

Bevorzugt sind die Referenzpotenziale der Energiespeicherzellen gleich bzw. identisch.Preferably, the reference potentials of the energy storage cells are the same or identical.

Hierunter ist bevorzugt zu verstehen, dass die Referenzpotenziale innerhalb der Energiespeicherzellen an den identischen Abschnitten abgegriffen werden und aus diesem Grund die Referenzspannungen, die zwischen dem Referenzpotenzial und einer der beiden Elektroden anliegen, im Neuzustand der Energiespeicherzellen bzw. bei einer gleichmäßigen Alterung identisch sind.This is preferably to be understood as meaning that the reference potentials within the energy storage cells are tapped at the identical sections and, for this reason, the reference voltages applied between the reference potential and one of the two electrodes are identical in the new state of the energy storage cells or in the case of uniform aging.

Wenn das Referenzpotenzial zwischen dem Teilwiderstand der Kathode und dem Teilwiderstand der Anode liegt, und wenn die Erfassung der Referenzspannungen ergibt, dass diese identisch sind, kann daraus gefolgert werden, dass folgende, für zwei parallele Energiespeicherzellen geltende Bedingung für eine beliebige Kombination der parallel geschalteten Energiespeicherzellen erfüllt ist: $${\text{R}}_{\text{A}\text{,1}}*{\text{R}}_{\text{K}\text{,2}}={\text{R}}_{\text{A}\text{,2}}*{\text{R}}_{\text{K}\text{,1}}$$

wobei der Index A für Anode und der Index K für Kathode steht.If the reference potential lies between the partial resistance of the cathode and the partial resistance of the anode, and if the detection of the reference voltages shows that they are identical, it can be concluded that the following condition applicable to two parallel energy storage cells for any combination of the energy storage cells connected in parallel is satisfied: $${\text{R}}_{\text{A}\text{,1}}*{\text{R}}_{\text{K}\text{2}}={\text{R}}_{\text{A}\text{2}}*{\text{R}}_{\text{K}\text{,1}}$$

wherein the index A stands for anode and the index K stands for cathode.

Die Ziffern stehen für eine beliebige erste und zweite Energiespeicherzelle.The numbers represent any first and second energy storage cell.

D.h. sind die Referenzspannungen identisch, dann sind die Energiespeicherzellen in Bezug auf den Stromfluss im Gleichgewicht. Verschieben sich die Referenzspannungen, bedeutet das, dass die Energiespeicherzellen im Ungleichgewicht sind.That if the reference voltages are identical, then the energy storage cells are in equilibrium with respect to the current flow. If the reference voltages shift, this means that the energy storage cells are in imbalance.

Bevorzugt weisen die Energiespeicherzellen jeweils ein Gehäuse auf, in dem ein mit der positiven Elektrode kontaktiertes Elektrodenmaterial und ein mit der negativen Elektrode kontaktiertes Elektrodenmaterial durch einen Separator getrennt voneinander in einer Elektrolytlösung aufgenommen sind.Preferably, the energy storage cells each have a housing in which an electrode material contacted with the positive electrode and an electrode material contacted with the negative electrode are accommodated by a separator separated from each other in an electrolyte solution.

Die Referenzelektrode ist, wie erwähnt, bevorzugt mit einem Referenzelektrodenmaterial kontaktiert, das sich (i) zwischen dem Separator und dem mit der positiven Elektrode kontaktierten Elektrodenmaterial befindet und/oder (ii) zwischen dem Separator und dem mit der negativen Elektrode kontaktierten Elektrodenmaterial befindet.As mentioned, the reference electrode is preferably contacted with a reference electrode material located (i) between the separator and the electrode material contacted with the positive electrode and / or (ii) between the separator and the electrode material contacted with the negative electrode.

In Bezug auf einen Entladevorgang des Energiespeichers ist das mit der positiven Elektrode kontaktierte Elektrodenmaterial das Kathodenmaterial und das mit der negativen Elektrode kontaktierte Elektrodenmaterial das Anodenmaterial.With respect to a discharging operation of the energy storage device, the electrode material contacted with the positive electrode is the cathode material and the electrode material contacted with the negative electrode is the anode material.

Das Referenzelektrodenmaterial lässt sich an dem erwähnten und erläuterten Abschnitt innerhalb der Energiespeicherzellen bezüglich der Herstellung der Energiespeicherzellen gut anordnen.The reference electrode material can be well arranged at the mentioned and explained section within the energy storage cells with respect to the production of the energy storage cells.

Bevorzugt ist die Referenzelektrode durch einen Teil des Gehäuses gebildet und liegt auf dem Referenzpotenzial.Preferably, the reference electrode is formed by a part of the housing and is at the reference potential.

Beispielsweise weisen Lithiumionen-Akkumulatoren ein Gehäuse auf, das aus einer Wanne, in der die Elektrodenmaterialien, der Separator und die Elektrolytlösung aufgenommen sind, und einem Deckel, der die Wanne verschließt, aufgebaut ist. Die Referenzelektrode kann beispielsweise durch die Wanne und/oder den Deckel gebildet sein, wobei für den Anschluss der Auswertungseinheit beispielsweise ein Kabel an der Wanne und/oder dem Deckel festklemmbar ist.For example, lithium-ion secondary batteries have a housing constructed of a tub in which the electrode materials, the separator and the electrolytic solution are accommodated, and a lid closing the tub. The reference electrode may be formed, for example, by the trough and / or the lid, wherein for the connection of the evaluation unit, for example, a cable to the tub and / or the lid is clamped.

Alternativ kann die Referenzelektrode eine von dem Gehäuse isolierte Elektrode sein. Alternatively, the reference electrode may be an electrode isolated from the housing.

Bevorzugt beinhaltet der Energiespeicher eine Vielzahl der erläuterten, aus den Energiespeicherzellen aufgebauten Parallelschaltungen, wobei
die Parallelschaltungen der Vielzahl von Parallelschaltungen zueinander in Reihe geschaltet sind und eine Reihenschaltung bilden.Preferably, the energy store includes a plurality of the explained, constructed from the energy storage cells parallel circuits, wherein
the parallel circuits of the plurality of parallel circuits are connected in series with each other and form a series circuit.

Die Enden der Reihenschaltung sind mit Anschlüssen kontaktiert, über die der Energiespeicher bei bestimmungsgemäßer Verwendung an das Antriebsaggregat angeschlossen ist.The ends of the series connection are contacted with terminals, via which the energy store is connected to the drive unit when used as intended.

Jede die Parallelschaltungen aufbauende Energiespeicherzelle weist die Referenzelektrode auf.Each energy storage cell constituting the parallel circuits has the reference electrode.

Der erfindungsgemäße Energiespeicher ist bevorzugt für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei zwischen den Anschlüssen des Energiespeichers bevorzugt 400V abfallen.The energy store according to the invention is preferably provided for a motor vehicle, with 400V falling preferably between the terminals of the energy store.

Eine Energiespeicherauswertungseinheit gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Energiespeicher wie er im Vorhergehenden erläutert wurde, und die Auswertungseinheit, an die die positiven Elektroden, die negativen Elektroden und die Referenzelektroden angeschlossen sind, auf.An energy storage evaluation unit according to an aspect of the present invention includes an energy storage device as explained above and the evaluation unit to which the positive electrodes, the negative electrodes, and the reference electrodes are connected.

Die Auswertungseinheit ist eingerichtet, eine Referenzspannung, die zwischen der Referenzelektrode und entweder der positiven oder negativen Elektrode der jeweiligen Energiespeicherzelle abfällt, für jede der Energiespeicherzellen zu erfassen.The evaluation unit is set up to detect a reference voltage that drops between the reference electrode and either the positive or negative electrode of the respective energy storage cell for each of the energy storage cells.

Ferner ist die Auswertungseinheit eingerichtet, zumindest die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen, die die Parallelschaltung oder eine der Parallelschaltungen bilden, auf Basis der erfassten Referenzspannungen miteinander zu vergleichen.Furthermore, the evaluation unit is set up to compare at least the electrical states of the energy storage cells forming the parallel connection or one of the parallel circuits based on the detected reference voltages.

Die Referenzspannungen lassen einen Rückschluss darauf zu, ob eine der Energiespeicherzellen einen veränderten Innenwiderstand hat und somit eine erhöhte Strombelastung einer der Energiespeicherzellen vorliegt.The reference voltages allow a conclusion as to whether one of the energy storage cells has a changed internal resistance and thus there is an increased current load on one of the energy storage cells.

Die Auswertungseinheit vergleicht zumindest die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen die die Parallelschaltung bilden. Beinhaltet der Energiespeicher die Vielzahl von Parallelschaltungen, kann die Auswertungseinheit so eingerichtet sein, dass sie für alle Parallelschaltungen die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen miteinander vergleicht, die zusammen eine der Parallelschaltungen bilden. Bevorzugt kann die Auswertungseinheit auch so eingerichtet sein, dass sie elektrische Zustände der Energiespeicherzellen miteinander vergleicht, die in unterschiedlichen Parallelschaltungen angeordnet sind.The evaluation unit compares at least the electrical states of the energy storage cells that form the parallel circuit. If the energy store contains the multiplicity of parallel circuits, the evaluation unit can be set up in such a way that it compares the electrical states of the energy storage cells with each other for all parallel circuits, which together form one of the parallel circuits. Preferably, the evaluation unit can also be set up in such a way that it compares electrical states of the energy storage cells, which are arranged in different parallel circuits.

Bevorzugt ist der Energiespeicher der Energiespeicherauswertungseinheit ein solcher mit der Vielzahl von Parallelschaltungen, wobei eine Anzahl der in Reihe geschalteten Parallelschaltungen S ist und eine Anzahl der eine jeweilige der Parallelschaltungen aufbauenden Energiespeicherzellen P ist.Preferably, the energy store of the energy storage evaluation unit is one having the plurality of parallel circuits, wherein a number of the parallel circuits connected in series is S and a number of the energy storage cells P is a respective one of the parallel circuits.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt ein Energiezellenüberwachungsschaltkreis mit S+ 1 + S*P Anschlüssen, an die die positiven Elektroden, die negativen Elektroden und die Referenzelektroden angeschlossen sind.The evaluation unit is preferably a power cell monitoring circuit having S + 1 + S * P terminals to which the positive electrodes, the negative electrodes, and the reference electrodes are connected.

In dieser Ausgestaltung kann die Auswertungseinheit die Referenzpotenziale in jeder der Parallelschaltungen in Bezug auf die positive Elektrode und/oder die negative Elektrode auswerten und die sich so ergebenden Referenzspannungen erfassen.In this embodiment, the evaluation unit can evaluate the reference potentials in each of the parallel circuits with respect to the positive electrode and / or the negative electrode and detect the resulting reference voltages.

Die Auswertungseinheit kann beispielsweise pro jeweiliger Parallelschaltung die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen vergleichen.For example, the evaluation unit can compare the electrical states of the energy storage cells per respective parallel connection.

Alternativ kann die Auswertungseinheit die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen aller Parallelschaltungen miteinander vergleichen. Dies ist beispielsweise dann bevorzugt, wenn die Energiespeicherzellen aller Parallelschaltungen einen identischen Aufbau haben.Alternatively, the evaluation unit can compare the electrical states of the energy storage cells of all parallel circuits. This is preferred, for example, when the energy storage cells of all parallel circuits have an identical structure.

Bevorzugt ist in dieser Ausgestaltung der Energiespeicherauswertungseinheit der Energiezellenüberwachungsschaltkreis derart ausgebildet, dass er eine Zustandsschätzung (Diagnose) des Energiespeichers individuell für jede der Energiespeicherzellen durchführen kann. Zu der Zustandsschätzung (Diagnose) zählen beispielsweise die Ermittlung der Parameter SoC (State of Charge) oder SoH (State of Health).Preferably, in this embodiment of the energy storage evaluation unit of the power cell monitoring circuit is designed such that it can perform a state estimation (diagnosis) of the energy storage individually for each of the energy storage cells. The state estimation (diagnosis) includes, for example, the determination of the parameters SoC (State of Charge) or SoH (State of Health).

Weiterhin bevorzugt ist der Energiespeicher der Energiespeicherauswertungseinheit ein solcher mit der Vielzahl von Parallelschaltungen, wobei
eine Anzahl der in Reihe geschalteten Parallelschaltungen S ist und eine Anzahl der eine jeweilige der Parallelschaltungen aufbauenden Energiespeicherzellen P ist,
die Auswertungseinheit S Komparatoren aufweist, wobei jeder der S Komparatoren eine der Parallelschaltungen zugeordnet ist und einen Anschluss, an dem eine der Referenzspannungen anliegt, und P-1 Anschlüsse, an denen die verbleibenden Referenzspannungen der entsprechenden Parallelschaltung anliegen, aufweist,
die Auswertungseinheit einen Energiezellenüberwachungsschaltkreis mit S+ 1 Anschlüssen, an die die positiven Elektroden und die negativen Elektroden angeschlossen sind, und mit S Anschlüssen, an die Ausgänge der Komparatoren angeschlossen sind, aufweist.Further preferably, the energy storage of the energy storage evaluation unit is one with the plurality of parallel circuits, wherein
is a number of the series-connected parallel circuits S and a number of energy storage cells P constituting a respective one of the parallel circuits,
the evaluation unit S has comparators, each of the S comparators being associated with one of the parallel circuits and having a terminal on which one of the reference voltages is applied, and P-1 terminals on which the remaining reference voltages of the corresponding parallel circuit are applied,
the evaluation unit has a power cell monitoring circuit with S + 1 terminals to which the positive electrodes and the negative electrodes are connected, and with S terminals to which outputs of the comparators are connected, has.

Durch diese Ausgestaltung lässt sich der notwendige Hardware- und Integrationsaufwand verringern, da der Energiezellenüberwachungsschaltkreis lediglich S Anschlüsse für die Ausgänge der Komparatoren benötigt.This configuration can reduce the necessary hardware and integration effort, since the power cell monitoring circuit only requires S connections for the outputs of the comparators.

Die Komparatoren können beispielsweise Schmitt-Trigger sein.The comparators may be Schmitt triggers, for example.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung bevorzugt auch eine Anordnung, insbesondere eine Anordnung innerhalb eines Kraftfahrzeuges, welche aufweist: eine Energiespeicherauswertungseinheit, wie sie im Vorhergehenden erläutert wurde, und eine Steuereinheit, insbesondere BMU (Batterie management unit). Die Auswertungseinheit gibt ein Informationssignal an die Steuereinheit aus. Das Informationssignal enthält die Information, ob die Referenzspannungen der Energiespeicherzellen, die eine der Parallelschaltungen bilden, um einen bestimmten Schwellenwert voneinander abweichen. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit, dass zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen eine ungleichmäßige Strombelastung vorliegt. Die Steuereinheit begrenzt daraufhin den maximal durch die Energiespeicherzellen fließenden Strom zur Vermeidung von Schäden des Energiespeichers.In addition, the invention preferably also relates to an arrangement, in particular an arrangement within a motor vehicle, comprising: an energy storage evaluation unit, as has been explained above, and a control unit, in particular BMU (Battery Management Unit). The evaluation unit outputs an information signal to the control unit. The information signal contains the information as to whether the reference voltages of the energy storage cells which form one of the parallel circuits deviate from one another by a specific threshold value. If this is the case, the control unit detects that there is an uneven current load between the individual energy storage cells. The control unit then limits the maximum current flowing through the energy storage cells to avoid damage to the energy storage.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiespeichers bzw. einer Energiespeicherauswertungseinheit unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.

• 1A zeigt eine Parallelschaltung zweier parallel geschalteter Energiespeicherzellen des erfindungsgemäßen Energiespeichers im Ersatzschaltbild; und
• 1B zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Energiespeicherauswertungseinheit, die den erfindungsgemäßen Energiespeicher beinhaltet.

In the following, a preferred embodiment of an energy storage device according to the invention or an energy storage evaluation unit will be described with reference to the attached figures.

• 1A shows a parallel connection of two parallel-connected energy storage cells of the energy storage device according to the invention in the equivalent circuit diagram; and
• 1B schematically shows an energy storage evaluation unit according to the invention, which includes the energy storage device according to the invention.

1A zeigt schematisch das Ersatzschaltbild zweier parallel geschalteter Energiespeicherzellen 31, 32. Die Energiespeicherzellen 31, 32 sind Teil eines in 1B gezeigten Energiespeichers 2, der über in 1B nicht gezeigte Anschlüsse an ein elektrisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges bestimmungsgemäß angeschlossen wird. 1A schematically shows the equivalent circuit of two parallel-connected energy storage cells 31 . 32 , The energy storage cells 31 . 32 are part of a 1B shown energy storage 2 who is over in 1B not shown connections to an electric drive unit of a motor vehicle is connected as intended.

Die Energiespeicherzellen 31, 32 beinhalten jeweils eine positive Elektrode 311, 321 positiven Potenzials (Pluspole) und eine negative Elektrode 312, 322 negativen Potenzials (Minuspole). Die positiven Elektroden 311, 321 sind jeweils über ein Verbindungselement 7 miteinander verbunden, wodurch die Energiespeicherzellen 31, 32 eine Parallelschaltung 3 ausbilden.The energy storage cells 31 . 32 each contain a positive electrode 311 . 321 positive potential (positive poles) and a negative electrode 312 . 322 negative potential (negative poles). The positive electrodes 311 . 321 are each about a connecting element 7 interconnected, causing the energy storage cells 31 . 32 a parallel connection 3 form.

Aufgrund der Parallelschaltung fällt über beide Energiespeicherzellen 31, 32 dieselbe Spannung ab. Die elektrischen Widerstände der Verbindungselemente 7 liegen in der Regel im µΩ-Bereich, sodass sich hierdurch keine signifikante Änderung der über die Energiespeicherzellen 31, 32 abfallenden Spannung ergibt.Due to the parallel connection falls over both energy storage cells 31 . 32 the same voltage. The electrical resistances of the connecting elements 7 are usually in the μΩ range, so that thereby no significant change over the energy storage cells 31 . 32 decreasing voltage results.

Die Energiespeicherzellen 31, 32 sind bevorzugt Lithiumionen-Akkumulatoren, die ein Gehäuse mit einer Wanne und einem Deckel aufweisen. In der Wanne ist ein mit der positiven Elektrode 311, 321 kontaktiertes Elektrodenmaterial und ein mit der negativen Elektrode 312, 322 kontaktiertes Elektrodenmaterial aufgenommen. Die Elektrodenmaterialien sind durch einen Separator voneinander getrennt.The energy storage cells 31 . 32 are preferably lithium-ion batteries, which have a housing with a tub and a lid. In the tub is one with the positive electrode 311 . 321 contacted electrode material and one with the negative electrode 312 . 322 received contacted electrode material. The electrode materials are separated by a separator.

Bei Entladen der Lithiumionen-Akkumulatoren bzw. der Energiespeicherzellen 31, 32 bildet das mit der positiven Elektrode 311, 321 kontaktierte Elektrodenmaterial ein Kathodenmaterial, an dem definitionsgemäß eine Reduktion stattfindet. Folglich bildet das mit der negativen Elektrode 312, 322 kontaktierte Elektrodenmaterial bei Entladen der Energiespeicherzellen 31, 32 das Anodenmaterial, an dem definitionsgemäß die Oxidation stattfindet.When discharging the lithium-ion batteries or energy storage cells 31 . 32 forms that with the positive electrode 311 . 321 contacted electrode material, a cathode material to which takes place by definition, a reduction. Consequently, this forms with the negative electrode 312 . 322 contacted electrode material when discharging the energy storage cells 31 . 32 the anode material, where, by definition, the oxidation takes place.

Jede Energiespeicherzelle 31, 32 weist im Ersatzschaltbild einen Teilwiderstand 313, 323, der der Kathode entspricht, und einen Teilwiderstand 314, 324, der der Anode entspricht, auf. Die Teilwiderstände 313, 323, 314, 324 der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 bilden zusammen den entsprechenden Innenwiderstand.Each energy storage cell 31 . 32 has a partial resistance in the equivalent circuit diagram 313 . 323 , which corresponds to the cathode, and a partial resistance 314 . 324 , which corresponds to the anode, on. The partial resistances 313 . 323 . 314 . 324 the respective energy storage cell 31 . 32 together form the corresponding internal resistance.

Zusätzlich beinhaltet das Ersatzschaltbild jeweils eine ideale Spannungsquelle für die Kathode bzw. Anode.In addition, the equivalent circuit diagram each contains an ideal voltage source for the cathode or anode.

Eine Referenzelektrode 315, 325 ist an jeder der Energiespeicherzellen 31, 32 vorgesehen, wobei die Referenzelektroden 315, 325 jeweils auf einem Referenzpotenzial liegt, das sich zwischen den Teilwiderständen 313, 323, 314, 324 befindet. Beispielsweise kann ein Gehäuseteil (Wanne oder Deckel) der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 als die Referenzelektrode 315, 325 fungieren, indem der Gehäuseteil mit dem Referenzpotenzial kontaktiert ist. Alternativ kann auf dem Gehäuse der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 eine gesonderte von dem Gehäuse isolierte Elektrode vorgesehen sein.A reference electrode 315 . 325 is at each of the energy storage cells 31 . 32 provided, wherein the reference electrodes 315 . 325 each at a reference potential, which is between the partial resistors 313 . 323 . 314 . 324 located. For example, a housing part (tub or lid) of the respective energy storage cell 31 . 32 as the reference electrode 315 . 325 act by the housing part is contacted with the reference potential. Alternatively, on the housing of the respective energy storage cell 31 . 32 a separate electrode insulated from the housing may be provided.

Für den Abgriff des Referenzpotenzials kann beispielsweise ein bestimmtes Referenzelektrodenmaterial zwischen den Separator und das mit der positiven Elektrode 311, 321 kontaktierte Elektrodenmaterial und/oder das mit der negativen Elektrode 312, 322 kontaktierte Elektrodenmaterial eingefügt und mit der Referenzelektrode 315, 325 kontaktiert sein.For the tapping of the reference potential, for example, a specific reference electrode material between the separator and that with the positive electrode 311 . 321 contacted electrode material and / or the negative electrode 312 . 322 contacted electrode material inserted and with the reference electrode 315 . 325 be contacted.

Eine Referenzspannung Uref fällt zwischen der Referenzelektrode 315, 325 und der negativen Elektrode 312, 322 der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 ab, wobei diese, wie im Folgenden noch erläutert wird, zur Ermittlung der elektrischen Zustände der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 erfasst bzw. abgegriffen wird. Die Referenzspannung könnte auch alternativ zwischen der positiven Elektrode 311, 321 und der Referenzelektrode 315, 325 der jeweiligen Energiespeicherzelle 31, 32 abgegriffen werden.A reference voltage Uref falls between the reference electrode 315 . 325 and the negative electrode 312 . 322 the respective energy storage cell 31 . 32 as will be explained below, for determining the electrical states of the respective energy storage cell 31 . 32 is recorded or tapped. The reference voltage could alternatively be between the positive electrode 311 . 321 and the reference electrode 315 . 325 the respective energy storage cell 31 . 32 be tapped.

Wenn die Energiespeicherzellen 31, 32 ungleiche elektrische Zustände, insbesondere unterschiedliche Innenwiderstände aufweisen, kommt es während des Entladens der Energiespeicherzellen 31, 32 zu einer ungleichen Stromverteilung zwischen den Energiespeicherzellen 31, 32.When the energy storage cells 31 . 32 Unequal electrical states, in particular have different internal resistances, it comes during the discharge of the energy storage cells 31 . 32 to an uneven current distribution between the energy storage cells 31 . 32 ,

Im Stand der Technik wurden ungleiche elektrische Zustände zwischen den parallelen Energiespeicherzellen dadurch berücksichtigt, dass der maximal durch die Energiespeicherzellen fließende Strom begrenzt wurde. Eine solche Begrenzung ist erfindungsgemäß nicht mehr notwendig, weil durch das Erfassen der Referenzspannungen Uref ungleiche elektrische Zustände zwischen den Energiespeicherzellen 31, 32 erkannt werden können.In the prior art, unequal electrical states between the parallel energy storage cells have been taken into account by limiting the maximum current flowing through the energy storage cells. Such a limitation is no longer necessary according to the invention, because by detecting the reference voltages Uref unequal electrical states between the energy storage cells 31 . 32 can be recognized.

Die über die Energiespeicherzellen 31, 32 abfallende Spannung teilt sich in Bezug auf die jeweilige Energiespeicherzelle im Verhältnis der Teilwiderstände 313, 323, 314, 324 auf. Hieraus ergibt sich, dass, wenn die erfassten Referenzspannungen Uref identisch sind, folgende Bedingung erfüllt ist: $${\text{R}}_{313}*{\text{R}}_{324}={\text{R}}_{314}*{\text{R}}_{323}$$

The over the energy storage cells 31 . 32 decreasing voltage is divided in relation to the respective energy storage cell in proportion to the partial resistances 313 . 323 . 314 . 324 on. It follows that, when the detected reference voltages Uref are identical, the following condition is met: $${\text{<figure-callout id="313" label="R" filenames="DE102017215418A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}}_{313}*{\text{<figure-callout id="324" label="R" filenames="DE102017215418A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}}_{324}={\text{<figure-callout id="314" label="R" filenames="DE102017215418A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}}_{314}*{\text{<figure-callout id="323" label="R" filenames="DE102017215418A1\_0004.png" state="{{state}}">R</figure-callout>}}_{323}$$

Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen 31, 32 identisch aufgebaut und haben die gleichen elektrischen Kenngrößen, d.h. die Teilwiderstände 313, 323, 314, 324 und sind jeweils identisch.The energy storage cells are preferred 31 . 32 constructed identically and have the same electrical parameters, ie the partial resistances 313 . 323 . 314 . 324 and are identical.

Wenn die Referenzspannungen Uref identisch sind, kann hieraus gefolgert werden, dass sich die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen 31, 32, insbesondere deren den Innenwiderstand bildenden Teilwiderstände 313, 323, 314, 324, sich nicht ungleich entwickelt haben und obige Bedingung erfüllt ist. Der ungünstige, nicht aus den Referenzspannungen Uref ermittelbare Fall, dass sich die Teilwiderstände 313, 323, 314, 324 einer der Energiespeicherzellen 31, 32 gleichmäßig verändern und es somit zu einer ungleichen Stromverteilung zwischen den Energiespeicherzellen 31, 32 kommt, ist sehr unwahrscheinlich und kann deshalb vernachlässigt werden.If the reference voltages Uref are identical, it can be concluded from this that the electrical states of the energy storage cells 31 . 32 , in particular their partial resistances forming the internal resistance 313 . 323 . 314 . 324 , have not developed unevenly and the above condition is met. The unfavorable case, which can not be determined from the reference voltages Uref, that the partial resistors 313 . 323 . 314 . 324 one of the energy storage cells 31 . 32 change evenly and thus it to an uneven current distribution between the energy storage cells 31 . 32 comes is very unlikely and can therefore be neglected.

Wenn die Referenzspannungen Uref hingegen zueinander unterschiedlich sind, kann hieraus gefolgert werden, dass sich Teilwiderstände 313, 323, 314, 324 der Energiespeicherzellen 31, 32 verändert haben und somit obige Bedingung nicht mehr erfüllt ist, weshalb es zu einer ungleichen Strombelastung der parallelen Energiespeicherzellen 31, 32 kommt.On the other hand, if the reference voltages Uref are different from each other, it can be concluded that partial resistances 313 . 323 . 314 . 324 the energy storage cells 31 . 32 have changed and thus the above condition is no longer satisfied, which is why there is an uneven current load of the parallel energy storage cells 31 . 32 comes.

Unter Bezug auf 1B wird nunmehr eine erfindungsgemäße Energiespeicherauswertungseinheit 1 erläutert.With reference to 1B Now is an energy storage evaluation unit according to the invention 1 explained.

Die Energiespeicherauswertungseinheit 1 beinhaltet einen Energiespeicher 2 und eine Auswertungseinheit 5.The energy storage evaluation unit 1 includes an energy store 2 and an evaluation unit 5 ,

Der Energiespeicher 2 beinhaltet eine Vielzahl (2, ..., P) von Energiespeicherzellen 31, 32, die zueinander parallel geschaltet sind und eine Parallelschaltung 3 ausbilden. Zu der Parallelschaltung 3 ist bevorzugt eine identische, aus den Energiespeicherzellen 41, 42 aufgebaute weitere Parallelschaltung 4 in Reihe geschaltet, wobei die in Reihe geschalteten Parallelschaltungen 3, 4 eine Reihenschaltung ausbilden. Vorzugsweise beinhaltet die Reihenschaltung eine Vielzahl (2, ..., S) von den genannten Parallelschaltungen 3, 4.The energy storage 2 includes a plurality (2, ..., P) of energy storage cells 31 . 32 , which are connected in parallel with each other and a parallel connection 3 form. To the parallel connection 3 is preferably an identical, from the energy storage cells 41 . 42 constructed further parallel connection 4 connected in series, with the series-connected parallel circuits 3 . 4 form a series circuit. Preferably, the series connection includes a plurality (2, ..., S) of said parallel circuits 3 . 4 ,

Die Parallelschaltungen 3, 4 beinhalten bevorzugt die identische Anzahl an Energiespeicherzellen, die außerdem bevorzugt identische elektrische Kenngrößen (gleiche Kapazität und gleiche Teilwiderstände) aufweisen.The parallel circuits 3 . 4 preferably contain the same number of energy storage cells, which also preferably have identical electrical characteristics (same capacity and equal partial resistances).

Alle den Energiespeicher 2 aufbauenden Energiespeicherzellen 31, 32, 41, 42 beinhalten eine Referenzelektrode 315, 325, 415, 425 wie sie im Vorhergehenden unter Bezug auf 1A abgeschrieben wurde.All the energy storage 2 building up energy storage cells 31 . 32 . 41 . 42 include a reference electrode 315 . 325 . 415 . 425 as mentioned above with reference to 1A was written off.

In der Ausführungsform ist die Auswertungseinheit ein Energiezellenüberwachungsschaltkreis (integrierter Schaltkreis), der dazu eingerichtet ist, die Spannungen und Potenziale des Energiespeichers 2 zu überwachen.In the embodiment, the evaluation unit is an energy cell monitoring circuit (integrated circuit) that is adapted to the voltages and potentials of the energy storage device 2 to monitor.

Hierfür sind die positiven Elektroden 311, 321, 411, 421 und negativen Elektroden 312, 322, 412, 422 jeder der Parallelschaltungen 3, 4 an den Energiezellenüberwachungsschaltkreis angeschlossen. Die positiven und negativen Elektroden, an denen die Parallelschaltungen zur Ausbildung der Reihenschaltung miteinander kontaktiert sind, sind gemeinsam an den Energiezellenüberwachungsschaltkreis angeschlossen und liegen auf dem gleichen Potenzial. Insgesamt besitzt der Energiezellenüberwachungsschaltkreis S₊ 1 Anschlüsse für den Anschluss der positiven und negativen Elektroden.These are the positive electrodes 311 . 321 . 411 . 421 and negative electrodes 312 . 322 . 412 . 422 each of the parallel circuits 3 . 4 connected to the power cell monitoring circuit. The positive and negative electrodes, to which the parallel circuits for forming the series connection are contacted, are connected in common to the power cell monitoring circuit and are at the same potential. Overall, the power cell monitoring circuit S ₊ 1 has terminals for connecting the positive and negative electrodes.

Darüber hinaus besitzt der Energiezellenüberwachungsschaltkreis S* P Anschlüsse für den Anschluss aller Referenzelektroden.In addition, the power cell monitoring circuit S * P has terminals for connecting all reference electrodes.

Der Energiezellenüberwachungsschaltkreis kann nach Anschließen des Energiespeichers 2 die unter Bezug auf 1A erläuterten Referenzspannungen überwachen bzw. erfassen. Insbesondere werden hierbei die Referenzspannungen der Energiespeicherzellen 31, 32, 41, 42 miteinander verglichen, die gemeinsam in einer der Parallelschaltungen 3, 4 angeordnet sind bzw. eine der Parallelschaltungen 3, 4 bilden. Bevorzugt kann der Energiezellenüberwachungsschaltkreis auch Referenzspannungen unterschiedlicher Parallelschaltungen 3, 4 miteinander vergleichen.The power cell monitoring circuit can after connecting the energy storage 2 the referring to 1A Monitor or record explained reference voltages. In particular, in this case, the reference voltages of the energy storage cells 31 . 32 . 41 . 42 compared with each other, working together in one of the parallel circuits 3 . 4 are arranged or one of the parallel circuits 3 . 4 form. Preferably, the power cell monitoring circuit can also reference voltages of different parallel circuits 3 . 4 compare.

Der Energiezellenüberwachungsschaltkreis gibt ein Informationssignal 51 an eine Steuereinheit 6 aus. Das Informationssignal 51 enthält die Information, ob die Referenzspannungen Uref der Energiespeicherzellen, die eine der Parallelschaltungen 3, 4 bilden, um einen bestimmten Schwellenwert voneinander abweichen oder nicht. Ist dies der Fall, erkennt die Steuereinheit 6, dass zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen eine ungleichmäßige Strombelastung vorliegt. Die Steuereinheit 6 begrenzt daraufhin den maximal durch die Energiespeicherzellen fließenden Strom zur Vermeidung von Schäden des Energiespeichers 2.The power cell monitoring circuit outputs an information signal 51 to a control unit 6 out. The information signal 51 contains the information as to whether the reference voltages Uref of the energy storage cells that one of the parallel circuits 3 . 4 form a specific threshold or not. If this is the case, the control unit recognizes 6 in that there is an uneven current load between the individual energy storage cells. The control unit 6 then limits the maximum flowing through the energy storage cell power to avoid damage to the energy storage 2 ,

Neben den Referenzspannungen kann der Energiezellenüberwachungsschaltkreis auch eine Gesamtspannung, die über der gesamten Reihenschaltung abfällt, oder auch die Spannungen, die jeweils über eine der Parallelschaltungen 3, 4 abfällt, bevorzugt erfassen.In addition to the reference voltages, the power cell monitoring circuit may also have a total voltage that drops across the entire series connection, or else the voltages, each via one of the parallel circuits 3 . 4 drops, preferably capture.

Der Energiezellenüberwachungsschaltkreis kann bevorzugt so ausgestaltet sein, dass er nicht nur die Referenzspannungen überwacht bzw. erfasst, sondern auch Diagnosewerte, wie beispielsweise den Ladezustand (SoC) oder den Qualitätszustand (SoH) des Energiespeichers 2 ermittelt. Die Diagnosewerte können dann ebenfalls in dem Informationssignal enthalten sein.The energy cell monitoring circuit may preferably be designed so that it not only monitors or detects the reference voltages, but also diagnostic values, such as the state of charge (SoC) or the quality state (SoH) of the energy store 2 determined. The diagnostic values may then also be included in the information signal.

Darüber hinaus ist der Energiezellenüberwachungsschaltkreis bevorzugt so ausgestaltet, dass er die an seinen Anschlüssen anliegenden Spannungen analog/digital-wandelt, um die entsprechenden Signale anschließend weiterzuverarbeiten.In addition, the power cell monitoring circuit is preferably designed such that it analog-to-digital converts the voltage applied to its terminals in order to subsequently process the corresponding signals.

Alternativ kann die Auswertungseinheit 5 eine Vielzahl von Komparatoren aufweisen, die jeweils einer der Parallelschaltungen 3, 4 zugeordnet sind. Die Komparatoren vergleichen jeweils die Referenzspannungen der Energiespeicherzellen der entsprechend zugeordneten Parallelschaltung 3, 4 miteinander und geben das Vergleichsergebnis an ihrem jeweiligen Ausgang aus.Alternatively, the evaluation unit 5 comprise a plurality of comparators, each one of the parallel circuits 3 . 4 assigned. The comparators each compare the reference voltages of the energy storage cells of the corresponding associated parallel connection 3 . 4 with each other and output the comparison result at their respective output.

Die Ausgänge der Komparatoren sind wiederum an den Energiezellenüberwachungsschaltkreis angeschlossen, der die entsprechenden Vergleichsergebnisse analog/digital-wandelt und weiterverarbeitet an die Steuereinheit 6 übergibt. Hierdurch lässt sich der Integrationsaufwand des Energiezellenüberwachungsschaltkreises vermindern, weil eine geringere Anzahl von Anschlüssen notwendig ist.The outputs of the comparators are in turn connected to the power cell monitoring circuit, which analog / digital converts the corresponding comparison results and further processed to the control unit 6 passes. As a result, the integration cost of the power cell monitoring circuit can be reduced because a smaller number of terminals is necessary.

Claims (8)

Energiespeicher (2) zur Speicherung elektrischer Energie, insbesondere für ein elektrisches Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges, welcher aufweist: eine Vielzahl von Energiespeicherzellen (31, 32), die eine Parallelschaltung (3) bildend zueinander parallel geschaltet sind, wobei die Energiespeicherzellen jeweils eine positive Elektrode (311, 321) positiven Potenzials und eine negative Elektrode (312, 322) negativen Potenzials aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellen (31, 32) jeweils eine Referenzelektrode (315, 325) aufweisen, die auf einem Referenzpotenzial zwischen dem positiven Potenzial und dem negativen Potenzial liegt; und die positive Elektrode (311, 321), die negative Elektrode (312, 322) und die Referenzelektrode (315, 325) der Energiespeicherzellen (31, 32) jeweils an eine Auswertungseinheit für einen Vergleich elektrischer Zustände der Energiespeicherzellen (31, 32) anschließbar sind.Energy storage (2) for storing electrical energy, in particular for an electric drive unit of a motor vehicle, comprising: a plurality of energy storage cells (31, 32), which are connected in parallel forming a parallel circuit (3), wherein the energy storage cells each have a positive electrode ( 311, 321) have positive potential and a negative electrode (312, 322) of negative potential; characterized in that the energy storage cells (31, 32) each have a reference electrode (315, 325) that is at a reference potential between the positive potential and the negative potential; and the positive electrode (311, 321), the negative electrode (312, 322) and the reference electrode (315, 325) of the energy storage cells (31, 32) in each case connectable to an evaluation unit for a comparison of electrical states of the energy storage cells (31, 32) are. Energiespeicher (2) gemäß Patentanspruch 1, wobei die Referenzpotenziale der Energiespeicherzellen (31, 32) gleich sind.Energy storage (2) according to Claim 1 , wherein the reference potentials of the energy storage cells (31, 32) are the same. Energiespeicher (2) gemäß Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Energiespeicherzellen (31, 32) jeweils ein Gehäuse aufweisen, in dem ein mit der positiven Elektrode (311, 321) kontaktiertes Elektrodenmaterial und ein mit der negativen Elektrode (312, 322) kontaktiertes Elektrodenmaterial durch einen Separator getrennt voneinander in einer Elektrolytlösung aufgenommen sind, und die Referenzelektrode (315, 325) mit einem Referenzelektrodenmaterial kontaktiert ist, das sich (i) zwischen dem Separator und dem mit der positiven Elektrode (311, 321) kontaktierten Elektrodenmaterial befindet und/oder (ii) zwischen dem Separator und dem mit der negativen Elektrode (312, 322) kontaktierten Elektrodenmaterial befindet.Energy storage (2) according to Claim 1 or 2 wherein the energy storage cells (31, 32) each have a housing in which an electrode material contacted with the positive electrode (311, 321) and an electrode material contacted with the negative electrode (312, 322) are separated from each other in a electrolytic solution by a separator and the reference electrode (315, 325) is contacted with a reference electrode material located (i) between the separator and the electrode material contacted with the positive electrode (311, 321) and / or (ii) between the separator and the separator the negative electrode (312, 322) contacted electrode material is located. Energiespeicher (2) gemäß Patentanspruch 3, wobei die Referenzelektrode (315, 325) durch einen Teil des Gehäuses gebildet ist und auf dem Referenzpotenzial liegt; oder die Referenzelektrode (315, 325) eine von dem Gehäuse isolierte Elektrode ist.Energy storage (2) according to Claim 3 , in which the reference electrode (315, 325) is formed by a part of the housing and is at the reference potential; or the reference electrode (315, 325) is an electrode isolated from the housing. Energiespeicher gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Energiespeicher eine Vielzahl der Parallelschaltungen (3, 4) aus den Energiespeicherzellen (31, 32, 41, 42) aufweist; die Parallelschaltungen (3, 4) der Vielzahl von Parallelschaltungen (3, 4) zueinander in Reihe geschaltet sind und eine Reihenschaltung bilden; und Enden der Reihenschaltung mit Anschlüssen kontaktiert sind, über die der Energiespeicher (2) bei bestimmungsgemäßer Verwendung an das Antriebsaggregat angeschlossen ist; wobei jede die Parallelschaltungen (3, 4) aufbauende Energiespeicherzelle (31, 32, 41, 42) die Referenzelektrode (315, 325, 415, 425) aufweist.Energy storage according to one of Claims 1 to 4 wherein the energy store comprises a plurality of the parallel circuits (3, 4) from the energy storage cells (31, 32, 41, 42); the parallel circuits (3, 4) of the plurality of parallel circuits (3, 4) are connected in series with each other and form a series circuit; and ends of the series circuit are contacted with terminals, via which the energy store (2) is connected to the drive unit when used as intended; wherein each of the parallel circuits (3, 4) constituting energy storage cell (31, 32, 41, 42), the reference electrode (315, 325, 415, 425). Energiespeicherauswertungseinheit (1) aufweisend: einen Energiespeicher (2) gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 5; und die Auswertungseinheit (5), an die die positiven Elektroden, die negativen Elektroden und die Referenzelektroden angeschlossen sind; wobei die Auswertungseinheit (5) eingerichtet ist, eine Referenzspannung, die zwischen der Referenzelektrode und entweder der positiven oder negativen Elektrode der jeweiligen Energiespeicherzelle abfällt, für jede der Energiespeicherzellen zu erfassen; und die Auswertungseinheit (5) eingerichtet ist, zumindest die elektrischen Zustände der Energiespeicherzellen, die die Parallelschaltung (3, 4) oder eine der Parallelschaltungen (3, 4) bilden, auf Basis der erfassten Referenzspannungen miteinander zu vergleichen.Energy storage evaluation unit (1) comprising: an energy store (2) according to one of Claims 1 to 5 ; and the evaluation unit (5) to which the positive electrodes, the negative electrodes and the reference electrodes are connected; wherein the evaluation unit (5) is arranged to detect a reference voltage falling between the reference electrode and either the positive or negative electrode of the respective energy storage cell for each of the energy storage cells; and the evaluation unit (5) is set up to compare at least the electrical states of the energy storage cells which form the parallel circuit (3, 4) or one of the parallel circuits (3, 4) based on the detected reference voltages. Energiespeicherauswertungseinheit (1) gemäß Patentanspruch 6, wobei der Energiespeicher (2) ein solcher gemäß Patentanspruch 5 ist, eine Anzahl der in Reihe geschalteten Parallelschaltungen (3, 4) S ist und eine Anzahl der eine jeweilige der Parallelschaltungen (3, 4) aufbauenden Energiespeicherzellen P ist; und die Auswertungseinheit (5) ein Energiezellenüberwachungsschaltkreis mit S+ 1+ S* P Anschlüssen ist, an die die positiven Elektroden, die negativen Elektroden und die Referenzelektroden angeschlossen sind.Energy storage evaluation unit (1) according to Claim 6 , wherein the energy store (2) according to such Claim 5 is a number of the series-connected parallel circuits (3, 4) is S and a number of energy storage cells P constituting each of the parallel circuits (3, 4); and the evaluation unit (5) is a power cell monitoring circuit having S + 1 + S * P terminals to which the positive electrodes, the negative electrodes, and the reference electrodes are connected. Energiespeicherauswertungseinheit (1) gemäß Patentanspruch 6, wobei der Energiespeicher (2) ein solcher gemäß Patentanspruch 5 ist, eine Anzahl der in Reihe geschalteten Parallelschaltungen (3, 4) S ist und eine Anzahl der eine jeweilige der Parallelschaltungen (3, 4) aufbauenden Energiespeicherzellen P ist; die Auswertungseinheit S Komparatoren aufweist, wobei jeder der S Komparatoren einer der Parallelschaltungen (3, 4) zugeordnet ist und einen Anschluss, an dem eine der Referenzspannungen anliegt, und P-1 Anschlüsse, an denen die verbleibenden Referenzspannungen der entsprechenden Parallelschaltung (3, 4) anliegen, aufweist; und die Auswertungseinheit (5) einen Energiezellenüberwachungsschaltkreis mit S₊ 1 Anschlüssen, an die die positiven Elektroden und die negativen Elektroden angeschlossen sind, und mit S Anschlüssen, an die Ausgänge der Komparatoren angeschlossen sind, aufweist.Energy storage evaluation unit (1) according to Claim 6 , wherein the energy store (2) according to such Claim 5 is a number of the series-connected parallel circuits (3, 4) is S and a number of energy storage cells P constituting each of the parallel circuits (3, 4); the evaluation unit S has comparators, wherein each of the S comparators is assigned to one of the parallel circuits (3, 4) and has a terminal to which one of the reference voltages is applied, and P-1 terminals to which the remaining reference voltages of the corresponding parallel circuit (3, 4 ) abut; and the evaluation unit (5) has a power cell monitoring circuit having S ₊ 1 terminals to which the positive electrodes and the negative electrodes are connected, and S terminals to which outputs of the comparators are connected.

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