WO2009106394A1 - Protection system for battery modules - Google Patents

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WO2009106394A1
WO2009106394A1 PCT/EP2009/050760 EP2009050760W WO2009106394A1 WO 2009106394 A1 WO2009106394 A1 WO 2009106394A1 EP 2009050760 W EP2009050760 W EP 2009050760W WO 2009106394 A1 WO2009106394 A1 WO 2009106394A1
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battery
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Bernd Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a protection system for at least one arranged in a battery module battery cell and a battery module with at least one
  • Battery cell in particular for a motor vehicle, having a switch-off element for disconnecting the electrical connection of the at least one battery cell from at least one high-current line for the at least one battery cell in the event of a malfunction of the at least one battery cell and / or with a bridging switching element for electrically bypassing the at least one battery cell at one Disruption of the at least one battery cell.
  • the invention relates to a motor vehicle and a method for the electrical disconnection and / or bridging of at least one arranged in a battery module battery cell.
  • z. B Lithium-ion battery cells, which are generally arranged in battery modules, interference may occur. Disturbances in battery cells have many causes which are often the result of faulty electrochemical reactions in the battery cells. Battery cells with a disturbance generally can deliver less or no electric current more or record or store. Furthermore, the internal electrical resistance of the battery cells is generally increased due to the disturbance and / or the poles of the battery cell are reversed. The result of the disturbance is often a destruction of the battery cell with exothermic processes, so that it comes to a strong heat and the formation of gases or vapors. In extreme cases, even in the event of a containment breakthrough, chemicals can escape from the battery cell.
  • the thermally and possibly chemical emissions emanating from the battery cell can cause damage to other, in particular adjacent, battery cells and also destroy them, so that a destructive chain reaction can occur between the battery cells of a battery module.
  • Melting elements are known which disconnect them from the electrical high-current lines above a certain temperature of the battery cell and, if there is a series connection of the battery cell, bridge the battery cell with a bridging switching element.
  • the fuses are based on the physical process of melting a metal from the melting temperature of the metal. The melting process requires a relatively long time in the range of at least several seconds. Furthermore, the battery cell must have reached the generally high melting temperature and thus the reaction temperature of the metal in order to allow any separation of the battery cell from the high-current lines.
  • the at least one semiconductor chip is assigned to each battery cell. At each battery cell so that a semiconductor chip is arranged.
  • the semiconductor chip can exchange signals either by means of the transmission means with the evaluation and / or fault signaling unit, i. H. z. B. ignite an inertial ignition due to a control signal from the fault reporting unit, or beyond in operative connection with other battery cells associated semiconductor chips take over the function of the evaluation and / or fault reporting unit.
  • the evaluation unit and / or the fault reporting unit comprises a computer, in particular an on-board computer of a motor vehicle or a battery management system.
  • the electrical contact to be released is closed by means of prestressing, in particular spring pretensioning, or gluing, before activation of the disconnecting element.
  • the battery module comprises a protection system described above, and the fault reporting unit transmits the control signal to the semiconductor chip associated with at least one battery cell.
  • the at least one battery cell with disruption of the shutdown of the at least one high current line can be switched off and then the battery cell with interference can be electrically bridged by the bridging switching element.
  • the at least one battery cell is switched off in a time of less than 1 s (1 second), in particular less than 200 ms (200 milliseconds).
  • At least two semiconductor chips are operatively connected to one another, preferably in that they can exchange at least one measuring and / or control signal by means of the transmission means.
  • a sensor 5 is arranged as monitoring means 33 for detecting the electrical voltage and / or the temperature of the battery cell 2.
  • the measuring signals of the sensor 5 are transmitted by means of electrical signal lines 12 or a bus system 13 as a transmission means 11 to an evaluation unit 6.
  • the central evaluation unit 6 for the battery cells 2 has correspondingly stored functions and / or databases, preferably with chemical-physical and mathematical models, in order to be able to detect from the measuring signals of the sensors 5 early a possible disruption or danger to the battery cells 2.

Abstract

In the case of a battery module (3) having at least one battery cell (2), in particular for a motor vehicle, having a switching-off element (9) for disconnection of the electrical connection of the at least one battery cell (2) from at least one high-current line (29) for the at least one battery cell (2) in the event of a fault in the at least one battery cell (2), and/or having a bridging switching element for electrically bridging the at least one battery cell (2) in the event of a fault in the at least one battery cell (2), the switching-off and/or bridging of the battery cell (2) are/is intended to be carried out in a very short time, in order to make it possible to preclude a destructive chain reaction within a battery module (3). This object is achieved in that the switching-off and/or bridging switching element (9) is designed such that the electrical connection of the at least one battery cell (2) from the at least one high-current line (29) can be disconnected and/or bridged in less than 1 s, in particular in less than 200 ms.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Schutzsystem für BatteriemoduleProtection system for battery modules
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzsystem für wenigstens eine in einem Batteriemodul angeordnete Batteriezelle und ein Batteriemodul mit wenigstens einerThe present invention relates to a protection system for at least one arranged in a battery module battery cell and a battery module with at least one
Batteriezelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Abschaltelement zum Trennen der elektrischen Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle von wenigstens einer Hochstromleitung für die wenigstens eine Batteriezelle bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle und/oder mit einem Überbrückungsschaltelement zum elektrischen Überbrücken der wenigstens einen Batteriezelle bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur elektrischen Abschaltung und/oder Überbrückung wenigstens einer in einem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle.Battery cell, in particular for a motor vehicle, having a switch-off element for disconnecting the electrical connection of the at least one battery cell from at least one high-current line for the at least one battery cell in the event of a malfunction of the at least one battery cell and / or with a bridging switching element for electrically bypassing the at least one battery cell at one Disruption of the at least one battery cell. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle and a method for the electrical disconnection and / or bridging of at least one arranged in a battery module battery cell.
Stand der TechnikState of the art
In Batteriezellen, z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen, die im Allgemeinen in Batteriemodulen angeordnet sind, können Störungen auftreten. Störungen in Batteriezellen haben vielfältige Ursachen die häufig eine Folge fehlerhaft ablaufender elektrochemischer Reaktionen in den Batteriezellen sind. Batteriezellen mit einer Störung können im Allgemeinen weniger oder keinen elektrischen Strom mehr abgeben oder aufnehmen bzw. speichern. Ferner ist störungsbedingt im Allgemeinen der elektrische Innenwiderstand der Batteriezellen erhöht und/oder die Pole der Batteriezelle kehren sich um. Das Ergebnis der Störung ist oft eine Zerstörung der Batteriezelle mit exothermen Vorgängen, so dass es zu einer starken Wärmeentwicklung und einer Entstehung von Gasen oder Dämpfen kommt. In Extremfällen können sogar bei einem Containmentdurchbruch aus der Batteriezelle Chemikalien austreten. Die von der Batteriezelle mit Störung ausgehenden thermischen und gegebenenfalls chemischen Emissionen können andere, insbesondere benachbarte Batteriezellen, einen Schaden zufügen und diese auch zerstören, so dass es zu einer zerstörenden Kettenreaktion zwischen den Batteriezellen eines Batteriemoduls kommen kann. Es sind Schmelzelemente bekannt, die ab einer bestimmten Temperatur der Batteriezelle diese von den elektrischen Hochstromleitungen trennen und, sofern eine Serienschaltung der Batteriezelle vorliegt, die Batteriezelle mit einem Überbrückungsschaltelement überbrücken. Die Schmelzelemente basieren auf dem physikalischen Vorgang des Schmelzens eines Metalls ab der Schmelztemperatur des Metalls. Für den Schmelzvorgang wird eine relativ lange Zeit im Bereich von wenigstens mehreren Sekunden benötigt. Ferner muss die Batteriezelle die im Allgemeinen hohe Schmelztemperatur und damit Reaktionstemperatur des Metalls erreicht haben, um überhaupt eine Trennung der Batteriezelle von den Hochstromleitungen zu ermöglichen. Die erforderliche lange Reaktionszeit der Schmelzelemente und die erforderliche hohe Reaktionstemperatur für die Schmelzelemente können zur Folge haben, dass in der Batteriezelle mit Störung bereits irreversible chemische Vorgänge abgelaufen sind, so dass auch bei einer Abschaltung der Batteriezelle eine exothermische Zerstörung und ein Containmentdurchbruch der Batteriezelle nicht mehr aufzuhalten ist. Dadurch werden die intakten benachbarten Batteriezellen ebenfalls zerstört, so dass die bereits beschriebene zerstörende Kettenreaktion innerhalb des Batteriemoduls eintritt.In battery cells, z. B. Lithium-ion battery cells, which are generally arranged in battery modules, interference may occur. Disturbances in battery cells have many causes which are often the result of faulty electrochemical reactions in the battery cells. Battery cells with a disturbance generally can deliver less or no electric current more or record or store. Furthermore, the internal electrical resistance of the battery cells is generally increased due to the disturbance and / or the poles of the battery cell are reversed. The result of the disturbance is often a destruction of the battery cell with exothermic processes, so that it comes to a strong heat and the formation of gases or vapors. In extreme cases, even in the event of a containment breakthrough, chemicals can escape from the battery cell. The thermally and possibly chemical emissions emanating from the battery cell can cause damage to other, in particular adjacent, battery cells and also destroy them, so that a destructive chain reaction can occur between the battery cells of a battery module. Melting elements are known which disconnect them from the electrical high-current lines above a certain temperature of the battery cell and, if there is a series connection of the battery cell, bridge the battery cell with a bridging switching element. The fuses are based on the physical process of melting a metal from the melting temperature of the metal. The melting process requires a relatively long time in the range of at least several seconds. Furthermore, the battery cell must have reached the generally high melting temperature and thus the reaction temperature of the metal in order to allow any separation of the battery cell from the high-current lines. The required long reaction time of the fusible elements and the required high reaction temperature for the melting elements can result in irreparable chemical processes having already taken place in the battery cell with disturbance, so that an exothermic destruction and a containment breakthrough of the battery cell no longer occur even if the battery cell is switched off is to be stopped. As a result, the intact adjacent battery cells are also destroyed, so that the already described destructive chain reaction occurs within the battery module.
Aufgabetask
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Schutzsystem, einThe object of the present invention is therefore to provide a protection system
Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur elektrischen Abschaltung und/oder Überbrückung wenigstens einer in einem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle zur Verfügung zu stellen, die Störungen in den Batteriezellen sehr frühzeitig erkennen können, so dass noch keine irreversible zerstörerische chemische Vorgänge in der Batteriezelle abgelaufen sind. Ferner soll die Abschaltung und/oder Überbrückung in einer sehr kurzen Zeit ausgeführt werden können, um eine zerstörende Kettenreaktion innerhalb eines Batteriemoduls auszuschließen.Battery module to provide a motor vehicle and a method for electrical shutdown and / or bridging at least one arranged in a battery module battery cell that can detect disturbances in the battery cells very early, so that no irreversible destructive chemical processes have expired in the battery cell. Furthermore, the shutdown and / or bridging should be able to be carried out in a very short time in order to exclude a destructive chain reaction within a battery module.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Schutzsystem für wenigstens eine in einem Batteriemodul angeordnete Batteriezelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Überwachungsmittel zur Erfassung des Zustandes der wenigstens einen Batteriezelle, eine Auswerteeinheit zum Erkennen einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle und/oder des Batteriemoduls mittels wenigstens eines von dem wenigstens einen Überwachungsmittel ermittelten Messsignals, eine Störungsmeldeeinheit zum Senden wenigstens eines Steuersignals zum elektrischen Trennen und/oder elektrischen Überbrücken der wenigstens einen Batteriezelle mittels eines Schaltelements bei einer von der Auswerteeinheit erkannten Störung der wenigstens einen Batteriezelle und wenigstens ein Übertragungsmittel zur Übermittlung des wenigstens einen von dem wenigstens einen Überwachungsmittel ermittelten Messsignals an die Auswerteeinheit und/oder des wenigstens einen Steuersignals. Das Schutzsystem kann aufgrund der von der Batteriezelle z. B. erfassten elektrischen Spannung, d. h. auch einer Spannungsumkehrung, und der Temperatur Schäden oder Störungen an der Batteriezelle frühzeitig erkennen und die Batteriezelle Abschalten und/oder Überbrücken, so dass zerstörende Kettenreaktionen zwischen den Batteriezellen vermieden werden. Die Überwachungsmittel können auch wenigstens einen Sensor zur Erfassung des chemischen Zustandes und/oder von chemischen Reaktionen und/oder von (chemischen) Stoffkonzentrationen und/oder von (chemischen) Stoffen enthalten.This object is achieved with a protection system for at least one battery cell arranged in a battery module, in particular for a motor vehicle, comprising at least one monitoring means for detecting the state of the at least one battery cell, an evaluation unit for detecting a malfunction of the at least one battery cell and / or the battery module by means at least one of the at least one monitoring means detected measurement signal, a fault reporting unit for transmitting at least one control signal for electrical separation and / or electrical Bridging the at least one battery cell by means of a switching element in a detected by the evaluation unit disturbance of the at least one battery cell and at least one transmission means for transmitting the at least one of the at least one monitoring means detected measurement signal to the evaluation and / or the at least one control signal. The protection system can be due to the battery cell z. B. detected electrical voltage, ie, a voltage reversal, and the temperature damage or malfunction of the battery cell early detect and shut down the battery cell and / or bridging, so that destructive chain reactions between the battery cells are avoided. The monitoring means may also include at least one sensor for detecting the chemical status and / or chemical reactions and / or (chemical) substance concentrations and / or of (chemical) substances.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Überwachungsmittel wenigstens ein Sensor zur Erfassung der elektrischen Spannung und/oder der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle.In a further embodiment, the at least one monitoring means is at least one sensor for detecting the electrical voltage and / or the temperature of the at least one battery cell.
In einer weiteren Ausführungsform sind in der Auswerteeinheit Funktionen und/oder Datenbanken hinterlegt mittels der eine Störung der wenigstens einen Batteriezelle aufgrund des wenigstens einen Messsignals erkennbar ist.In a further embodiment, functions and / or databases are stored in the evaluation unit by means of which a disturbance of the at least one battery cell is recognizable on the basis of the at least one measurement signal.
In einer ergänzenden Ausgestaltung sind das wenigstens eine Übertragungsmittel eine elektrische Signalleitung und/oder eine Hochstromleitung und/oder ein Bussystem und/oder eine Sende- und Empfangseinheit für eine Funkverbindung.In an additional embodiment, the at least one transmission means is an electrical signal line and / or a high-current line and / or a bus system and / or a transmitting and receiving unit for a radio link.
Zweckmäßig umfasst das Schutzsystem wenigstens einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Batteriemoduls. Der Temperatursensor sendet Messsignale an die Auswerteeinheit, so dass die Auswerteeinheit beispielsweise einen Brand im Batteriemodul erkennen und sämtliche Batteriezellen des Batteriemoduls vorzugsweise elektrisch abschalten kann.Suitably, the protection system comprises at least one temperature sensor for detecting the temperature of the battery module. The temperature sensor sends measurement signals to the evaluation unit, so that the evaluation unit can detect, for example, a fire in the battery module and can switch off all battery cells of the battery module, preferably electrically.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die Auswerteeinheit und/oder die Störungsmeldeeinheit als wenigstens ein Halbleiterchip ausgebildet, wobei wenigstens zwei Halbleiterchips vorzugsweise miteinander in Wirkverbindung stehen zum Austausch des wenigstens einen Mess- und/oder Steuersignals. Die Halbleiterchips stehen vorzugsweise mittelsIn a further refinement, the evaluation unit and / or the fault reporting unit are designed as at least one semiconductor chip, wherein at least two semiconductor chips are preferably in operative connection with each other for exchanging the at least one measurement and / or control signal. The semiconductor chips are preferably by means
Signalleitungen in Wirkverbindung, d. h. können Signale, z. B. Mess- und/oder Steuersignale, austauschen. Dadurch ist kein zentraler Computer für die Auswerte- und/oder Störungsmeldeeinheit erforderlich.Signal lines in operative connection, ie signals, z. B. measuring and / or control signals, change. As a result, no central computer for the evaluation and / or fault reporting unit is required.
Insbesondere ist der wenigstens eine Halbleiterchip je einer Batteriezelle zugeordnet. An jeder Batteriezelle ist damit ein Halbleiterchip angeordnet. Der Halbleiterchip kann entweder mittels der Übertragungsmittel mit der Auswerte- und/oder Störungsmeldeeinheit Signale austauschen, d. h. z. B. aufgrund eines Steuersignales von der Störungsmeldeeinheit eine Inertialzündladung zünden, oder darüber hinaus in Wirkverbindung mit anderen Batteriezellen zugeordneten Halbleiterchips die Funktion der Auswerte- und/oder Störungsmeldeeinheit übernehmen.In particular, the at least one semiconductor chip is assigned to each battery cell. At each battery cell so that a semiconductor chip is arranged. The semiconductor chip can exchange signals either by means of the transmission means with the evaluation and / or fault signaling unit, i. H. z. B. ignite an inertial ignition due to a control signal from the fault reporting unit, or beyond in operative connection with other battery cells associated semiconductor chips take over the function of the evaluation and / or fault reporting unit.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinheit und/oder die Störungsmeldeeinheit einen Computer, insbesondere einen Bordcomputer eines Kraftfahrzeuges oder ein Batteriemanagementsystem.In a further embodiment, the evaluation unit and / or the fault reporting unit comprises a computer, in particular an on-board computer of a motor vehicle or a battery management system.
In einem erfindungsgemäßen Batteriemodul mit wenigstens einer Batteriezelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Abschaltelement zum Trennen der elektrischen Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle von wenigstens einer Hochstromleitung für die wenigstens eine Batteriezelle bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle und/oder mit einem Überbrückungsschaltelement zum elektrischen Überbrücken der wenigstens einenIn a battery module according to the invention with at least one battery cell, in particular for a motor vehicle, with a shut-off element for disconnecting the electrical connection of the at least one battery cell of at least one high-current line for the at least one battery cell in case of failure of the at least one battery cell and / or with a bridging switching element for electrical Bridge the at least one
Batteriezelle bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle, ist das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement dahingehend ausgebildet, dass die elektrische Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle von der wenigstens einen Hochstromleitung in weniger als 1 s, insbesondere weniger als 200 ms, trennbar und/oder überbrückbar ist.Battery cell in case of failure of the at least one battery cell, the turn-off and / or bypass switching element is designed such that the electrical connection of the at least one battery cell of the at least one high current line in less than 1 s, in particular less than 200 ms, separable and / or bridgeable is.
In einer weiteren Ausführungsform ist von dem Abschalt- und/oderIn a further embodiment of the shutdown and / or
Überbrückungsschaltelement mittels einer chemischen Reaktion die elektrische Verbindung der Batteriezelle von wenigstens einer Hochstromleitung trennbar und/oder überbrückbar. Chemisch aktivierbare Schalter haben den Vorteil, dass diese eine besonders hohe elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen und in der Herstellung preiswert sind.Bridging switching element by means of a chemical reaction, the electrical connection of the battery cell of at least one high current line separable and / or bridged. Chemically activated switches have the advantage that they have a particularly high electromagnetic compatibility and are inexpensive to manufacture.
Insbesondere umfasst das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement eine pyrotechnische Treibladung. Die pyrotechnische Treibladung kann beispielsweise einen elektrischen Stromkreis durch Zerstörung, Aufschmelzung oder gasdruckmechanische Unterbrechung öffnen oder schließen. Die pyrotechnische Treibladung ist dahingehend dimensioniert, dass nur eine Batteriezelle deaktiviert wird. In einer ergänzenden Ausgestaltung umfasst das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement eine Inertialzündladung, z. B. ein Transistor oder ein Widerstand oder eine chemische Zusatzinertialzündladung mit dem Transistor oder Widerstand, zum Zünden der pyrotechnischen Treibladung. Der Transistor oder ein Widerstand, der mit einem hohen elektrischen Strom von einem Halbleiterchip beaufschlagt wird, verdampft und explodiert und zündet die Zusatzinertialzündladung. Außerdem kann auch der Transistor oder der Widerstand selbst die Inertialzündladung sein. Dabei kann die Inertialzündladung auch von dem Halbleiterchip gebildet werden, d. h. der Halbleiterchip zündet sich selbst, insbesondere aufgrund eines Steuersignales von der Störungsmeldeeinheit. Die Zusatzinertialzündladung kann auch in dem Halbleiterchip integriert sein.In particular, the turn-off and / or bypass switching element comprises a pyrotechnic propellant charge. The pyrotechnic propellant can, for example, open or close an electrical circuit by destruction, melting or gas pressure mechanical interruption. The pyrotechnic propellant charge is dimensioned such that only one battery cell is deactivated. In a supplementary embodiment, the shutdown and / or lock-up switching element comprises an inertial ignition charge, for. As a transistor or a resistor or a chemical Zusatzinertialzündladung with the transistor or resistor, for igniting the pyrotechnic propellant charge. The transistor or a resistor, which is subjected to a high electric current from a semiconductor chip, vaporizes and explodes and ignites the additional inertial ignition charge. In addition, the transistor or resistor itself may be the inertial ignition charge. In this case, the inertial ignition charge can also be formed by the semiconductor chip, ie the semiconductor chip ignites itself, in particular due to a control signal from the fault reporting unit. The additional inertial ignition charge can also be integrated in the semiconductor chip.
Vorzugsweise bewerkstelligt das Abschaltelement das Trennen der elektrischen Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle mittels einer Zerstörung und/oder Aufschmelzung und/oder gasdruckmechanischen Unterbrechung eines elektrischen Kontaktes.Preferably, the shutdown effected the disconnection of the electrical connection of the at least one battery cell by means of a destruction and / or melting and / or gas-pressure mechanical interruption of an electrical contact.
In einer weiteren Ausführungsform ist der zu lösende elektrische Kontakt vor der Aktivierung des Abschaltelements mittels Vorspannung, insbesondere Federvorspannung, oder Klebung geschlossen.In a further embodiment, the electrical contact to be released is closed by means of prestressing, in particular spring pretensioning, or gluing, before activation of the disconnecting element.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement ein Relais oder ein Transistor.In an additional embodiment, the turn-off and / or bypass switching element is a relay or a transistor.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Batteriemodul ein oben beschriebenes Schutzsystem und die Störungsmeldeeinheit sendet das Steuersignal an der wenigstens einer Batteriezelle zugeordneten Halbleiterchip.In a further embodiment, the battery module comprises a protection system described above, and the fault reporting unit transmits the control signal to the semiconductor chip associated with at least one battery cell.
Vorzugsweise ist von dem Halbleiterchip das Abschalt- und/oderPreferably, the shutdown and / or of the semiconductor chip
Überbrückungsschaltelement aktivierbar. Der Halbleiterchip erhält ein Steuersignal aus einer die Störung detektierenden Vorrichtung, z. B. eine Hallsonde oder ein Temperatur- oder Spannungssensor, und aktiviert das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement insbesondere dadurch, dass mit einer Stromleitung zur Inertialzündladung elektrischer Strom geleitet wird, welcher die Inertialzündladung zündet.Bridging switch element can be activated. The semiconductor chip receives a control signal from a device detecting the disturbance, e.g. B. a Hall probe or a temperature or voltage sensor, and activates the turn-off and / or bridging switching element in particular by the fact that is conducted with a power line to the Inertialzündladung electric current which ignites the Inertialzündladung.
In einer ergänzenden Ausgestaltung sind bei einer Parallelschaltung von wenigstens zwei Batteriezellen bei einer Störung wenigstens einer in der Parallelschaltung angeordneten Batteriezelle sämtliche Batteriezellen der Parallelschaltung mit dem Abschaltelement von der wenigstens einen Hochstromleitung abschaltbar.In a supplementary embodiment, in a parallel connection of at least two battery cells in the case of a fault, at least one of them is arranged in the parallel circuit Battery cell all battery cells of the parallel circuit with the shutdown of the at least one high current line can be switched off.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist bei einer Serienschaltung von wenigstens zwei Batteriezellen bei einer Störung wenigstens einer in der Serienschaltung angeordnetenIn an additional embodiment, in a series connection of at least two battery cells in the event of a fault, at least one of them is arranged in the series circuit
Batteriezelle die wenigstens eine Batteriezelle mit Störung von dem Abschaltelement von der wenigstens einen Hochstromleitung abschaltbar und anschließend ist von dem Überbrückungsschaltelement die Batteriezelle mit Störung elektrisch überbrückbar.Battery cell, the at least one battery cell with disruption of the shutdown of the at least one high current line can be switched off and then the battery cell with interference can be electrically bridged by the bridging switching element.
Zweckmäßig ist die Auswerteeinheit mit einem Crashsensor des Kraftfahrzeuges und/oder einem Temperatursensor zur Messung der Temperatur des Batteriemoduls verbunden, so dass bei einem Unfall und/oder einem Brand des Kraftfahrzeuges die wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere sämtliche Batteriezellen, von der wenigstens einen Hochstromleitung abschaltbar sind.Suitably, the evaluation unit is connected to a crash sensor of the motor vehicle and / or a temperature sensor for measuring the temperature of the battery module, so that in the event of an accident and / or a fire of the motor vehicle, the at least one battery cell, in particular all battery cells, from the at least one high current line can be switched off ,
In einer weiteren Ausgestaltung übermittelt der der wenigstens einen Batteriezelle zugeordnete Halbleiterchip bei einem Senden des wenigstens einen Steuersignals an das Halbleiterchip ein Bestätigungssignal an die Auswerteeinheit, so dass bei einem Ausbleiben des Bestätigungssignales von der Auswerteeinheit die wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere sämtliche Batteriezellen, von der wenigstens einen Hochstromleitung abtrennbar sind.In a further refinement, the semiconductor chip assigned to the at least one battery cell transmits an acknowledgment signal to the evaluation unit upon transmission of the at least one control signal to the evaluation unit, such that the at least one battery cell, in particular all battery cells, of the at least one battery cell, if the acknowledgment signal is not received by the evaluation unit a high current line can be separated.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrischen Abschaltung und/oder Überbrückung wenigstens einer in einem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wird die elektrische Spannung und/oder die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle erfasst, werden die erfasste elektrische Spannung und/oder Temperatur mittels in einer Auswerteeinheit hinterlegter Funktionen und/oder Datenbanken und/oder eines chemisch-physikalischen und mathematischen Modells zur Ermittlung einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle ausgewertet und die wenigstens eine von der Auswerteeinheit ermittelte Batteriezelle mit Störung wird abgeschaltet und/oder überbrückt.In a method according to the invention for the electrical disconnection and / or bridging of at least one battery cell arranged in a battery module, in particular for a motor vehicle, the electrical voltage and / or the temperature of the at least one battery cell is detected, the detected electrical voltage and / or temperature by means of an evaluation unit stored functions and / or databases and / or a chemical-physical and mathematical model for determining a fault of the at least one battery cell evaluated and the at least one of the evaluation unit determined battery cell with fault is turned off and / or bypassed.
Insbesondere wird die wenigstens eine Batteriezelle in einer Zeit von weniger als 1 s (1 Sekunde), insbesondere weniger als 200 ms (200 Millisekunden), abgeschaltet.In particular, the at least one battery cell is switched off in a time of less than 1 s (1 second), in particular less than 200 ms (200 milliseconds).
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zum Abschalten eine Hauptzündladung, insbesondere eine pyrotechnische Treibladung, gezündet. In einer zusätzlichen Ausführungsform wird die Hauptzündladung, insbesondere eine pyrotechnische Treibladung, von einer Inertialzündladung, insbesondere ein Transistor oder ein elektrischer Widerstand oder eine chemischen Zusatzintertialzündladung mit dem Transistor oder elektrischen Widerstand, gezündet.In a preferred embodiment, a main ignition charge, in particular a pyrotechnic propellant, is ignited for switching off. In an additional embodiment, the main ignition charge, in particular a pyrotechnic propellant charge, is ignited by an inertial ignition charge, in particular a transistor or an electrical resistance or an additional chemical ignition charge with the transistor or electrical resistance.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird bei einer Störung wenigstens einer Batteriezelle wenigstens ein Steuersignal abgesetzt, das wenigstens eine Steuersignal von je einem der wenigstens einen Batteriezelle zugeordneten Halbleiterchip empfangen, der Halbleiterchip zündet die Inertialzündladung und die Inertialzündladung zündet die Hauptzündladung.In an additional embodiment, if at least one battery cell malfunctions, at least one control signal is output which receives at least one control signal from one of the semiconductor chips associated with the at least one battery cell, the semiconductor chip ignites the inertial ignition charge and the inertial ignition charge ignites the main ignition charge.
Zweckmäßig sendet der Halbleiterchip nach dem Empfangen des wenigstens einen Steuersignals und/oder nach dem Zünden der Intertialzündladung ein Bestätigungssignal, so dass von einer Auswerteeinheit bei einem Ausbleiben des Bestätigungssignales nach dem Absetzten des Steuersignales die wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere sämtliche Batteriezellen, abgeschaltet werden.After receiving the at least one control signal and / or after the ignition of the intertial ignition charge, the semiconductor chip expediently sends an acknowledgment signal so that the at least one battery cell, in particular all battery cells, are switched off by an evaluation unit if the acknowledgment signal fails to appear.
In einer weiteren Ausgestaltung werden bei einem Überschreiten einer Abschaltzeitspanne von dem Absetzen des wenigstens einen Steuersignals bis zum erfolgreichen Abschalten der wenigstens einen Batteriezelle mit Störung von der Auswerteeinheit die wenigstens eine Batteriezelle, insbesondere sämtliche Batteriezellen, abgeschaltet.In a further embodiment, when a switch-off time span is exceeded, from the weaning of the at least one control signal until the at least one battery cell is successfully shut down by the evaluation unit, the at least one battery cell, in particular all battery cells, is switched off.
In einer weiteren Ausführungsform beaufschlagt der Halbleiterchip die Inertialzündladung mit Strom, um die Inertialzündladung zu zünden.In another embodiment, the semiconductor chip energizes the inertial ignition charge to ignite the inertial ignition charge.
Vorzugsweise stehen wenigstens zwei Halbleiterchips, die je einer Batteriezelle zugeordnet sind, miteinander in Wirkverbindung, vorzugsweise dadurch, dass diese mittels der Übertragungsmittel wenigstens ein Mess- und/oder Steuersignal austauschen können.Preferably, at least two semiconductor chips, each associated with a battery cell, are operatively connected to one another, preferably in that they can exchange at least one measuring and / or control signal by means of the transmission means.
In einer ergänzenden Ausgestaltung wird aufgrund der Wirkverbindung zwischen den wenigstens zwei Halbleiterchips die Auswerteeinheit und/oder Störungsmeldeeinheit von den Halbleiterchips gebildet.In an additional embodiment, due to the operative connection between the at least two semiconductor chips, the evaluation unit and / or fault reporting unit is formed by the semiconductor chips.
In einer zusätzlichen Ausführungsform werden aufgrund der Wirkverbindung zwischen den wenigstens zwei Halbleiterchips bei einer Abschaltung einer Batteriezelle von den Halbleiterchips weitere Batteriezellen abgeschaltet. In einer ergänzenden Ausgestaltung werden bei wenigstens zwei in Parallelschaltung angeordneten Batteriezellen sämtliche Batteriezellen dieser Parallelschaltung abgeschaltet.In an additional embodiment, due to the operative connection between the at least two semiconductor chips, when a battery cell is switched off, further battery cells are switched off from the semiconductor chips. In a supplementary embodiment, all battery cells of this parallel circuit are switched off in at least two battery cells arranged in parallel.
Zweckmäßig schaltet der Halbleiterchip wenigstens eine Batteriezelle mit Störung, insbesondere wenigstens eine in Serienschaltung angeordnete Batteriezelle, zuerst ab und überbrückt anschließend diese.The semiconductor chip expediently first switches off at least one battery cell with a fault, in particular at least one battery cell arranged in series, and then bridges it.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Überbrücken der wenigstens einen Batteriezelle mit Störung zeitlich verzögert nach dem Abschalten durchgeführt.In a further embodiment, the bypassing of the at least one battery cell is carried out with a time delay after switching off.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein oben beschriebenes Schutzsystem und/oder ein oben beschriebenes Batteriemodul und/oder ein oben beschriebenes Verfahren ist ausführbar.A motor vehicle according to the invention comprises a protective system described above and / or a battery module described above and / or a method described above can be carried out.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger oder Halbleiterchip gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit oder dem Halbleiterchip durchgeführt wird.The invention further comprises a computer program with program code means which are stored on a computer-readable data carrier or semiconductor chip in order to carry out a method described above when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit or the semiconductor chip.
Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mitFurthermore, the invention comprises a computer program product with
Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger oder Halbleiterchip gespeichert sind, um ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit oder dem Halbleiterchip durchgeführt wird. Der Halbleiterchip kann auch einen Prozessor enthalten.Program code means stored on a computer readable medium or semiconductor chip for performing a method as described above when the computer program is executed on a computer or a corresponding arithmetic unit or the semiconductor chip. The semiconductor chip may also include a processor.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Schutzsystems in einer Parallelschaltung, Fig. 2 ein Blockschaltbild des Schutzsystems in einer Serienschaltung, Fig. 3 ein Blockschaltbild des Schutzsystems in einer Serienschaltung mit1 is a block diagram of a protection system in a parallel circuit, Fig. 2 is a block diagram of the protection system in a series circuit, Fig. 3 is a block diagram of the protection system in a series circuit with
Parallelschaltung,Parallel connection,
Fig. 4 einen stark schematisierten Querschnitt einer Batteriezelle mit einem Schaltelement in einem geschlossenen Zustand,4 is a highly schematic cross section of a battery cell with a switching element in a closed state,
Fig. 5 einen stark schematisierten Querschnitt einer Batteriezelle mit einem Schaltelement in einem geöffneten Zustand und Fig. 6 eine stark schematisierte Ansicht eines Kraftfahrzeuges.Fig. 5 is a highly schematic cross section of a battery cell with a switching element in an open state and Fig. 6 is a highly schematic view of a motor vehicle.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 3 mit vier Batteriezellen 2 dargestellt. Die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 3 sind in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet. In Batteriemodulen 3 sind beispielsweise vier bis zwölf Batteriezellen 2 angeordnet (nicht dargestellt). Mehrere Batteriemodule 3 können auch zu einem Batteriemodulsystem (nicht dargestellt) kombiniert werden, wobei in dieser Schutzrechtsanmeldung unter einem Batteriemodulsystem auch ein Batteriemodul 3 verstanden wird. Batteriemodule 3 dienen z. B. zur Stromversorgung von Kraftfahrzeugen 4, insbesondere Kraftfahrzeuge 4 mit einem Hybridantrieb, Elektrowerkzeugen oder Hubstaplern.FIG. 1 shows a battery module 3 according to the invention with four battery cells 2. The battery cells 2 of the battery module 3 are arranged in a housing, not shown. In battery modules 3, for example, four to twelve battery cells 2 are arranged (not shown). A plurality of battery modules 3 can also be combined to form a battery module system (not shown), wherein a battery module 3 is also understood in this patent application by a battery module system. Battery modules 3 serve z. B. for powering motor vehicles 4, in particular motor vehicles 4 with a hybrid drive, power tools or forklifts.
Die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 3 sind in dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel in einer Parallelschaltung 25 angeordnet und mit einer Hochstromleitung 29 verbunden. Die Hochstromleitung 29 leitet den von den Batteriezellen 2 gelieferten elektrischen Strom zum Verbraucher (nicht dargestellt). In jeder Hochstromleitung 29 für die jeweilige Batteriezelle 2 ist ein als Abschaltelement 9 ausgebildetes Schaltelement 8 angeordnet. Das Abschaltelement 9 kann die jeweilige Batteriezelle 2 abschalten, d. h. die Batteriezelle 2 wird von der elektrischen Verbindung mit der Hochstromleitung 29 getrennt. Das Abschaltelement 9 ist vorzugsweise ein in Fig. 4 und 5 dargestelltes Schaltelement 8 mit einer pyrotechnischen Treibladung 17. In Abwandlung hiervon kann das Abschaltelement 9 auch ein Transistor 20 oder ein Relais 24 sein. Das Abschaltelement 9 ist in Fig. 1 nur schematisch als Schalter gezeichnet. Das Schaltelement 8 kann in einer sehr kurzen Zeit, z. B. weniger als 100 ms (Millisekunden), die Batteriezelle 2 abschalten.The battery cells 2 of the battery module 3 are arranged in the first embodiment shown in FIG. 1 in a parallel circuit 25 and connected to a high current line 29. The high-current line 29 leads the electric current supplied by the battery cells 2 to the load (not shown). In each high-current line 29 for the respective battery cell 2, a switch element 8 designed as a switch-off element 9 is arranged. The shut-off element 9 can turn off the respective battery cell 2, d. H. the battery cell 2 is disconnected from the electrical connection to the high current line 29. The switch-off element 9 is preferably a switching element 8 with a pyrotechnic propellant charge 17 shown in FIGS. 4 and 5. In a modification thereof, the switch-off element 9 may also be a transistor 20 or a relay 24. The shut-off element 9 is shown in Fig. 1 only schematically as a switch. The switching element 8 can in a very short time, z. B. less than 100 ms (milliseconds), the battery cell 2 off.
An jeder Batteriezelle 2 ist ein Sensor 5 als Überwachungsmittel 33 zur Erfassung der elektrischen Spannung und/oder der Temperatur der Batteriezelle 2 angeordnet. Die Messsignale des Sensors 5 werden mittels elektrischer Signalleitungen 12 oder einem Bussystem 13 als Übertragungsmittel 11 an eine Auswerteeinheit 6 übermittelt. Die zentrale Auswerteeinheit 6 für die Batteriezellen 2 verfügt über entsprechend hinterlegte Funktionen und/oder Datenbanken, vorzugsweise mit chemisch-physikalischen und mathematischen Modellen, um aus den Messsignalen der Sensoren 5 frühzeitig eine mögliche Störung oder Gefährdung der Batteriezellen 2 erkennen zu können.At each battery cell 2, a sensor 5 is arranged as monitoring means 33 for detecting the electrical voltage and / or the temperature of the battery cell 2. The measuring signals of the sensor 5 are transmitted by means of electrical signal lines 12 or a bus system 13 as a transmission means 11 to an evaluation unit 6. The central evaluation unit 6 for the battery cells 2 has correspondingly stored functions and / or databases, preferably with chemical-physical and mathematical models, in order to be able to detect from the measuring signals of the sensors 5 early a possible disruption or danger to the battery cells 2.
Ein an jeder Batteriezelle 2 angeordnetes Halbleiterchip 19 ist dahingehend bezüglich des Schaltelements 8 angeordnet, dass auch nach einem Schaltvorgang der Halbleiterchip 19 nicht beschädigt wird. Die Messsignale des Sensors 5 werden auch zu dem Halbleiterchip 19 geleitet. Ferner sind die Halbleiterchips 19 mittels der Signalleitung 12 miteinander verbunden. Bei einem Erkennen einer Störung einer Batteriezelle 2 durch die Auswerteeinheit 6 sendet eine Störungsmeldeeinheit 7 ein vorzugsweis codiertes Steuersignal an das Halbleiterchip 19. Das Schaltelement 8 und die Auswerte- bzw. Störungsmeldeeinheit 6, 7 sowie der Halbleiterchip 19 sind mittels der Signalleitung 12 miteinander verbunden (nicht dargestellt). Die Auswerteeinheit 6 und/oder die Störungsmeldeeinheit 7 sind vorzugsweise als ein Computer, insbesondere als ein Bordcomputer 16 eines Kraftfahrzeuges 4 oder als ein Batteriemanagementsystem, ausgebildet. Aufgrund des Steuersignales von der Störungsmeldeeinheit 7 an der Halbleiterchip 19 schaltet der Halbleiterchip 19 mittels des Abschaltelements 9 die Batteriezelle 2 in sehr kurzer Zeit, z. B. weniger als 1 s (Sekunde), insbesondere weniger als 200 ms, ab, so dass ein erfindungsgemäßes Schutzsystem 1 für die Batteriezellen 2 vorhanden ist. Der Halbleiterchip 19 sendet nach einem erfolgreichen Abschalten der Batteriezelle 2 ein Bestätigungssignal an die Auswerteeinheit 6, so dass die Auswerteeinheit 6 ein erfolgreiches oder nicht erfolgreiches Abschalten der Batteriezelle 2 erkennen kann. Dies ermöglicht es der Auswerteeinheit, bei einem fehlgeschlagenen Abschalten der Batteriezelle 2 Ergänzungsmaßnahmen einzuleiten, beispielsweise sämtliche Batteriezellen 2 in der betreffenden Parallelschaltung 25 abzuschalten. Darüber hinaus können zusätzlich auch die Halbleiterchips 19 an andere Halbleiterchips 19 Steuersignale übermitteln, so dass die anderen Halbleiterchips 19 bei einem fehlgeschlagenen Abschalten einer Batteriezelle 2 sämtliche Batteriezellen 2 in der betreffenden Parallelschaltung 25 abschalten können.A semiconductor chip 19 arranged on each battery cell 2 is arranged with respect to the switching element 8 such that the semiconductor chip 19 is not damaged even after a switching operation. The measurement signals of the sensor 5 are also conducted to the semiconductor chip 19. Furthermore, the semiconductor chips 19 are connected to each other by means of the signal line 12 connected. When a fault of a battery cell 2 is detected by the evaluation unit 6, a fault reporting unit 7 sends a preferably coded control signal to the semiconductor chip 19. The switching element 8 and the evaluation or fault signaling unit 6, 7 and the semiconductor chip 19 are connected to one another by means of the signal line 12 ( not shown). The evaluation unit 6 and / or the fault reporting unit 7 are preferably designed as a computer, in particular as an on-board computer 16 of a motor vehicle 4 or as a battery management system. Due to the control signal from the fault reporting unit 7 to the semiconductor chip 19, the semiconductor chip 19 switches the battery cell 2 by means of the shutdown element 9 in a very short time, for. B. less than 1 s (second), in particular less than 200 ms, from, so that a protection system according to the invention 1 for the battery cells 2 is present. After a successful shutdown of the battery cell 2, the semiconductor chip 19 sends an acknowledgment signal to the evaluation unit 6, so that the evaluation unit 6 can detect a successful or unsuccessful switching off of the battery cell 2. This makes it possible for the evaluation unit to initiate supplementary measures in the event of a failed shutdown of the battery cell 2, for example to switch off all the battery cells 2 in the relevant parallel circuit 25. In addition, the semiconductor chips 19 can additionally transmit control signals to other semiconductor chips 19 so that the other semiconductor chips 19 can switch off all the battery cells 2 in the relevant parallel circuit 25 in the event of a failed shutdown of a battery cell 2.
Die Auswerteeinheit 6 ist außerdem mit einem Temperatursensor 28 zur Messung der Temperatur in dem Batteriemodul 3 und mit einem Crashsensor 27 des Kraftfahrzeuges 4 verbunden. Dies ermöglicht es der Auswerteeinheit 6, ab einer bestimmten Temperatur des Batteriemoduls 3, z. B. verursacht durch einen Brand, oder bei einem Unfall desThe evaluation unit 6 is also connected to a temperature sensor 28 for measuring the temperature in the battery module 3 and to a crash sensor 27 of the motor vehicle 4. This allows the evaluation unit 6, from a certain temperature of the battery module 3, z. B. caused by a fire, or in an accident of the
Kraftfahrzeuges 4 sämtliche Batteriezellen 2 des Batteriemoduls 3 abzuschalten. Darüber hinaus kann auch ein Löscheinheit zum Löschen eines Brandes in dem Batteriemodul 3 aktiviert werden (nicht dargestellt).Motor vehicle 4 off all battery cells 2 of the battery module 3. Moreover, an erase unit for extinguishing a fire in the battery module 3 may also be activated (not shown).
In Fig. 2 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel ein Batteriemodul 3 mit Batteriezellen 2 in einer Serienschaltung 26 dargestellt. Im Nachfolgenden sind nur die Unterschiede bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels beschreiben. Das Schaltelement 8 ist ein Abschaltelement 9 und ein Überbrückungsschaltelement 10, weil das Schaltelement 8 die Batteriezelle 2 sowohl abschaltet als auch überbrückt, d. h. mit einer Umgehungs- bzw. Bypass- Hochstromleitung 29 (nur eine dargestellt) die stromleitende Funktion der Batteriezelle 2 in der2, a battery module 3 with battery cells 2 in a series circuit 26 is shown in a second embodiment. In the following, only the differences with respect to the first embodiment will be described. The switching element 8 is a shut-off element 9 and a bridging switching element 10, because the switching element 8, the battery cell 2 both turns off and bridges, d. H. with a bypass or bypass high-current line 29 (only one shown), the current-conducting function of the battery cell 2 in the
Hochstromleitung 29 ersetzen kann. Als Übertragungsmittel für die Mess- und Steuersignale dient eine Sende- und Empfangseinheit 14 an jedem Sensor 5 und Halbleiterchip 19 sowie der Auswerte- und Störungsmeldeeinheit 6, 7. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel. Beispielsweis sendet der Halbleiterchip 19 in analoger Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel ein Bestätigungssignal an die Auswerteeinheit 6, sofern das Schaltelement 8 die Batteriezelle 2 erfolgreich abgeschaltet und überbrückt hat.High current line 29 can replace. As a transmission means for the measurement and control signals is a transmitting and receiving unit 14 to each sensor 5 and semiconductor chip 19 and the evaluation and fault message unit 6, 7. Otherwise, the second embodiment corresponds to the first embodiment. For example, the semiconductor chip 19 sends an acknowledgment signal to the evaluation unit 6 in a manner analogous to that in the first exemplary embodiment, provided that the switching element 8 has successfully switched off and bridged the battery cell 2.
In Fig. 3 ist in einem dritten Ausführungsbeispiel ein Batteriemodul 3 mit Batteriezellen 2 in einer Serienschaltung 26 mit Parallelschaltung 25 dargestellt. Im Nachfolgenden sind nur die Unterschiede bezüglich des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Das Schutzsystem 1 verfügt über getrennte Abschaltelemente 9 jeweils an den Batteriezellen 2 bezüglich der Parallelschaltung 25 und über ein zentrales Überbrückungsschaltelement 10 mit einer zugehörigen Bypass- Hochstromleitung 29 zum Überbrücken sämtlicher Batteriezellen 2 in der Parallelschaltung 25. Die Sensoren 5, Halbleiterchips 19 sowie Abschalt- und Überbrückungsschaltelemente 9, 10 einschließlich der jeweiligen Bypass- Hochstromleitung 29 sind nur für die mittlere Reihe der Batteriezellen 2 dargestellt.In Fig. 3, a battery module 3 with battery cells 2 in a series circuit 26 is shown with parallel connection 25 in a third embodiment. In the following, only the differences with respect to the first or second embodiment will be described. The protection system 1 has separate shutdown elements 9 each to the battery cells 2 with respect to the parallel circuit 25 and a central bypass switching element 10 with an associated bypass high current line 29 for bridging all the battery cells 2 in the parallel circuit 25. The sensors 5, semiconductor chips 19 and shutdown and Bridging switching elements 9, 10 including the respective bypass high-current line 29 are shown only for the middle row of the battery cells 2.
In Fig. 4 und 5 ist schematisiert der konstruktive Querschnitt der Batteriezelle 2 mit dem Schaltelement 8 dargestellt. Das Schaltelement 8 ist ein Abschalt- und Überbrückungsschaltelement 9, 10. An der Batteriezelle 2 sind zwei Hochstromleitungen 29 angeschlossen, welche einen - Pol 30 und einen + Pol 31 der Batteriezelle 2 bilden. An den Enden der Hochstromleitungen 29 sind elektrische Kontakte 23 angeordnet. In Fig. 4 ist die Batteriezelle 2 in einem nicht abgeschalteten und nicht überbrückten Zustand und in Fig. 5 in einem abgeschalteten und überbrückten Zustand dargestellt. Unterhalb des Endes der Hochstromleitung 29, welche den + Pol 31 bildet, ist eine pyrotechnische Treibladung 17 als Hautzündladung 22 angeordnet. Es handelt sich um eine zylindrische oder ebene Schicht aus wenigen Milligramm Sprengstoff, der aus einem thermisch sicheren Material besteht, um auch bei hohen Temperaturen keine unkontrollierte Zündung zu erhalten. Beispielsweise kommen cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) oder sym-cylotetramethylene-tetraitramine (HMX) und damit verwandte hochsichere Sprengstoffe in Betracht. An der Hauptzündlandung 22 ist eine Inertialzündladung 18 angeordnet, welche beispielsweise ein Transistor 20 oder ein elektrischer Widerstand 21 oder eine chemische Zusatzintertialzündladung mit dem Transistor 20 oder elektrischen Widerstand 21 ist. Der Halbleiterchip 19 ist dahingehend an der Batteriezelle 2 angeordnet, dass auch bei einem Zünden der Inertial- und Hauptzündladung 18, 22 der Halbleiterchip 19 nicht beschädigt wird. Nach dem Empfang des Steuersignales von der Störungsmeldeeinheit 8 an das Halbleiterchip 19 beaufschlagt derIn Fig. 4 and 5, the structural cross section of the battery cell 2 is shown schematically with the switching element 8. The switching element 8 is a cut-off and bridging switching element 9, 10. At the battery cell 2, two high-current lines 29 are connected, which form a - pole 30 and a + pole 31 of the battery cell 2. At the ends of the high current lines 29 electrical contacts 23 are arranged. In Fig. 4, the battery cell 2 is shown in a non-disconnected and not bridged state and in Fig. 5 in a disconnected and bridged state. Below the end of the high-current line 29, which forms the + pole 31, a pyrotechnic propellant charge 17 is arranged as a skin-charging charge 22. It is a cylindrical or even layer of a few milligrams of explosive, which consists of a thermally safe material in order to obtain even at high temperatures, no uncontrolled ignition. For example, cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) or sym-cylotetramethylene-tetra-triamine (HMX) and related highly safe explosives come into consideration. An inertial ignition charge 18, which is, for example, a transistor 20 or an electrical resistance 21 or an additional chemical ignition charge with the transistor 20 or electrical resistance 21, is arranged on the main ignition landing 22. The semiconductor chip 19 is arranged on the battery cell 2 in such a way that the semiconductor chip 19 is not damaged even when the inertial and main ignition charges 18, 22 are ignited. After receiving the control signal from the fault reporting unit 8 to the semiconductor chip 19 is applied to the
Halbleiterchip 19 den elektrischen Widerstand 21 als Inertialzündladung 18 mittels einer nicht dargestellten Stromleitung mit elektrischem Strom aus der Batteriezelle 2 an dem Halbleiterchip 19. Sofern die Batteriezelle 2 nicht mehr über ausreichend elektrischen Strom zum Zünden des Widerstandes 21 verfügt, kann der elektrische Strom zum Zünden auch von einem Kondensator (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt werden. Bedingt durch den hohen elektrischen Strom verdampft bzw. zündet der Widerstand 21, welcher in einer Folgereaktion die Hauptzündladung 22 zündet. Dadurch wird eine mechanische Verbindung 32 zwischen der Hochstromleitung 29, welche den + Pol 31 bildet, und dem übrigen + Pol 31 der Batteriezelle 2 getrennt, so dass aufgrund einer Vorspannung in der Hochstromleitung 29, welche den + Pol 31 bildet, der elektrische Kontakt aufgrund der mechanischen Verbindung 32 zwischen dem übrigen + Pol 31 der Batteriezelle 2 getrennt wird und der elektrische Kontakt zwischen den beiden elektrischen Kontakten 23 hergestellt wird (Fig. 5). Die Batteriezelle 2 ist damit abgeschaltet und überbrückt.Semiconductor chip 19, the electrical resistance 21 as Inertialzündladung 18 by means of a power line, not shown, with electric current from the battery cell 2 at the Semiconductor chip 19. If the battery cell 2 no longer has sufficient electrical current to ignite the resistor 21, the electric current for ignition can also be provided by a capacitor (not shown). Due to the high electrical current evaporates or ignites the resistor 21, which ignites the Hauptzündladung 22 in a subsequent reaction. Thereby, a mechanical connection 32 between the high-current line 29, which forms the + pole 31, and the remaining + pole 31 of the battery cell 2, so that due to a bias in the high-current line 29, which forms the + pole 31, the electrical contact due the mechanical connection 32 between the remaining + pole 31 of the battery cell 2 is separated and the electrical contact between the two electrical contacts 23 is made (Fig. 5). The battery cell 2 is thus turned off and bypassed.
In Fig. 6 ist ein Kraftfahrzeug 4 mit einem Bordcomputer 16 als Auswerte- und Störungsmeldeeinheit 6, 7 und mit einem Crashsensor 27 sowie mit einem Batteriemodul 3 dargestellt.FIG. 6 shows a motor vehicle 4 with an on-board computer 16 as an evaluation and fault reporting unit 6, 7 and with a crash sensor 27 and with a battery module 3.
Die Einzelheiten der verschiedenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern nichts Gegenteiliges erwähnt wird.The details of the various embodiments can be combined with each other, unless otherwise stated.
Insgesamt betrachtet können mit dem erfindungsgemäßen Schutzsystem 1, dem erfindungsgemäßen Batteriemodul 3 und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur elektrischen Abschaltung und/oder Überbrückung wenigstens einer in einem Batteriemodul 3 angeordneten Batteriezelle 2 erhebliche Verbesserungen zum Schutz und der Sicherheit von Batteriezellen 2 in einem Batteriemodul 3 erreicht werden. Störungen oder Defekte der Batteriezellen 2 werden frühzeitig aufgrund eines Diagnoseverfahrens erkannt. Ferner kann bei einer erkannten Störung einer Batteriezelle 2 diese in sehr kurzer Zeit abgeschaltet und optional überbrückt werden. Damit können zerstörenden Kettenreaktion zwischen den Batteriezellen 2 in einem Batteriemodul 3 vermieden werden, weil gefährdete Batteriezellen 2 bereits in einem sehr frühem Stadium abgeschaltet werden, in dem irreversible Vorgänge in der Batteriezelle 2 , die zu einer starken Überhitzung oder einem Containmentdurchbruch führen können, noch nicht begonnen haben. Overall, with the protection system 1 according to the invention, the battery module 3 according to the invention and the method according to the invention for the electrical disconnection and / or bridging of at least one battery cell 2 arranged in a battery module 3, considerable improvements for the protection and safety of battery cells 2 in a battery module 3 can be achieved. Faults or defects of the battery cells 2 are detected early due to a diagnostic process. Furthermore, in the event of a detected malfunction of a battery cell 2, it can be switched off in a very short time and optionally bypassed. Thus, destructive chain reaction between the battery cells 2 in a battery module 3 can be avoided because endangered battery cells 2 are already switched off at a very early stage, in the irreversible processes in the battery cell 2, which can lead to a strong overheating or a containment breakthrough, not yet have started.

Claims

Ansprüche claims
1. Schutzsystem (1) für wenigstens eine in einem Batteriemodul (3) angeordnete Batteriezelle (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), umfassend1. protection system (1) for at least one in a battery module (3) arranged battery cell (2), in particular for a motor vehicle (4) comprising
- wenigstens ein Überwachungsmittel (33) zur Erfassung des Zustandes der wenigstens einen Batteriezelle (2), eine Auswerteeinheit (6) zum Erkennen einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2) und/oder des Batteriemoduls (3) mittels wenigstens eines von dem wenigstens einem Überwachungsmittel (33) ermittelten Messsignals, eine Störungsmeldeeinheit (7) zum Senden wenigstens eines Steuersignals zum elektrischen Trennen und/oder elektrischen Überbrücken der wenigstens einen Batteriezelle (2) mittels eines Schaltelements (8) bei einer von der Auswerteeinheit (6) erkannten Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2) und- At least one monitoring means (33) for detecting the state of the at least one battery cell (2), an evaluation unit (6) for detecting a malfunction of the at least one battery cell (2) and / or the battery module (3) by means of at least one of the at least one Monitoring means (33) detected measuring signal, a fault signaling unit (7) for transmitting at least one control signal for electrically disconnecting and / or electrical bridging of the at least one battery cell (2) by means of a switching element (8) in one of the evaluation unit (6) detected disorder of at least a battery cell (2) and
- wenigstens ein Übertragungsmittel (11) zur Übermittlung des wenigstens eines von dem wenigstens einen Überwachungsmittel (33) ermittelten Messsignals an die Auswerteeinheit (6) und/oder des wenigstens eines Steuersignals.- At least one transmission means (11) for transmitting the at least one of the at least one monitoring means (33) detected measurement signal to the evaluation unit (6) and / or the at least one control signal.
2. Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Überwachungsmittel (33) wenigstens ein Sensor (5) zur Erfassung der elektrischen Spannung und/oder der Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle (2) ist.2. Protection system according to claim 1, characterized in that the at least one monitoring means (33) is at least one sensor (5) for detecting the electrical voltage and / or the temperature of the at least one battery cell (2).
3. Schutzsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (6) Funktionen und/oder Datenbanken hinterlegt sind mittels der eine3. Protection system according to claim 1 or 2, characterized in that in the evaluation unit (6) functions and / or databases are deposited by means of a
Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2) aufgrund des wenigstens eines Messsignals erkennbar ist.Disturbance of at least one battery cell (2) due to the at least one measurement signal is recognizable.
4. Schutzsystem nach Anspruch einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Übertragungsmittel (11) eine elektrische Signalleitung (12) und/oder eine Hochstromleitung (29) und/oder ein Bussystem (13) und/oder eine Sende- und Empfangseinheit (14) für eine Funkverbindung sind. 4. Protection system according to claim one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one transmission means (11) comprises an electrical signal line (12) and / or a high current line (29) and / or a bus system (13) and / or a transmitting - And receiving unit (14) for a radio link.
5. Schutzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzsystem (1) wenigstens einen Temperatursensor (28) zur Erfassung der Temperatur des Batteriemoduls (3) umfasst.5. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the protection system (1) comprises at least one temperature sensor (28) for detecting the temperature of the battery module (3).
6. Schutzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) und/oder die Störungsmeldeeinheit (7) als wenigstens ein Halbleiterchip (19) ausgebildet sind, wobei wenigstens zwei Halbleiterchips (19) vorzugsweise miteinander in Wirkverbindung stehen zum Austausch wenigstens eines Mess- und/oder Steuersignals.6. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (6) and / or the disturbance signaling unit (7) as at least one semiconductor chip (19) are formed, wherein at least two semiconductor chips (19) are preferably in operative connection with each other for exchanging at least one measuring and / or control signal.
7. Schutzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halbleiterchip (19) je einer Batteriezelle (2) zugeordnet ist.7. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the at least one semiconductor chip (19) each associated with a battery cell (2).
8. Schutzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) und/oder die Störungsmeldeeinheit (7) einen Computer (15), insbesondere einen Bordcomputer (16) eines Kraftfahrzeuges (4), umfasst.8. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit (6) and / or the fault reporting unit (7) comprises a computer (15), in particular an on-board computer (16) of a motor vehicle (4).
9. Schutzsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Schaltelement (8) mittels einer chemischen Reaktion die elektrische Verbindung der Batteriezelle (2) von wenigstens einer Hochstromleitung (29) trennbar und/oder überbrückbar ist9. Protection system according to one or more of the preceding claims, characterized in that of the switching element (8) by means of a chemical reaction, the electrical connection of the battery cell (2) of at least one high-current line (29) is separable and / or bridged
10. Schutzsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (8) eine pyrotechnische Treibladung (17) umfasst.10. Protection system according to claim 9, characterized in that the switching element (8) comprises a pyrotechnic propellant charge (17).
11. Batteriemodul (3) mit wenigstens einer Batteriezelle (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (4), mit einem Abschaltelement (9) zum Trennen der elektrischen Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle (2) von wenigstens einer Hochstromleitung (29) für die wenigstens eine Batteriezelle (2) bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2) und/oder mit einem Überbrückungsschaltelement (10) zum elektrischen Überbrücken der wenigstens einen Batteriezelle (2) bei einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9, 10) dahingehend ausgebildet ist, dass die elektrische Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle (2) von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) in weniger als 1 s, insbesondere weniger als 200 ms, trennbar und/oder überbrückbar ist.11. Battery module (3) with at least one battery cell (2), in particular for a motor vehicle (4), with a shut-off element (9) for disconnecting the electrical connection of the at least one battery cell (2) of at least one high-current line (29) for at least a battery cell (2) in the event of a malfunction of the at least one battery cell (2) and / or with a bridging switching element (10) for electrically bridging the at least one battery cell (2) in the event of a malfunction of the at least one battery cell (2), characterized in that the turn-off and / or bypass switching element (9, 10) is designed such that the electrical connection of the at least one battery cell (2) from the at least one high current line (29) in less than 1 s, in particular less than 200 ms , separable and / or bridgeable.
12. Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9, 10) mittels einer chemischen Reaktion die elektrische Verbindung der Batteriezelle (2) von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) trennbar und/oder überbrückbar ist.12. Battery module according to claim 11, characterized in that of the turn-off and / or bypass switching element (9, 10) by means of a chemical reaction, the electrical connection of the battery cell (2) from the at least one high-current line (29) separable and / or bridged ,
13. Batteriemodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9 10) eine pyrotechnische Treibladung (17) umfasst.13. Battery module according to claim 11 or 12, characterized in that the switch-off and / or bridging switching element (9 10) comprises a pyrotechnic propellant charge (17).
14. Batteriemodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9, 10) eine Inertialzündladung (18), z. B. ein Transistor (20) oder einen Widerstand (21), umfasst zum Zünden der pyrotechnischen Treibladung (17).14. Battery module according to claim 13, characterized in that the turn-off and / or bridging switching element (9, 10) an inertial ignition charge (18), z. B. a transistor (20) or a resistor (21), comprises for igniting the pyrotechnic propellant charge (17).
15. Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschaltelement (9) das Trennen der elektrischen Verbindung der wenigstens einen Batteriezelle (2) mittels einer Zerstörung und/oder Aufschmelzung und/oder gasdruckmechanischen Unterbrechung eines elektrischen Kontaktes (23) bewerkstelligt.15. Battery module according to one or more of claims 11 to 14, characterized in that the shut-off element (9) separating the electrical connection of the at least one battery cell (2) by means of a destruction and / or melting and / or gas-pressure mechanical interruption of an electrical contact ( 23) accomplished.
16. Batteriemodul nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zu lösende elektrische Kontakt (23) vor der Aktivierung des Abschaltelements (9) mittels Vorspannung, insbesondere Federvorspannung, oder Klebung geschlossen ist.16. Battery module according to claim 15, characterized in that the electrical contact to be isolated (23) before the activation of the shut-off element (9) by means of bias, in particular spring preload, or adhesion is closed.
17. Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9, 10) ein Relais (24) oder ein Transistor (20) ist.17. Battery module according to one or more of claims 11 to 16, characterized in that the turn-off and / or bridging switching element (9, 10) is a relay (24) or a Transistor (20) is.
18. Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (3) ein Schutzsystem (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 umfasst und die Störungsmeldeeinheit (7) das Steuersignal an der wenigstens einer Batteriezelle (2) zugeordneten Halbleiterchip (19) sendet.18. Battery module according to one or more of claims 11 to 17, characterized in that the battery module (3) comprises a protection system (1) according to one or more of claims 1 to 10 and the fault reporting unit (7), the control signal to the at least one battery cell (2) associated semiconductor chip (19) sends.
19. Batteriemodul nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Halbleiterchip (19) das Abschalt- und/oder Überbrückungsschaltelement (9, 10) aktivierbar ist.19. Battery module according to claim 18, characterized in that of the semiconductor chip (19) the cut-off and / or bridging switching element (9, 10) can be activated.
20. Batteriemodul nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das bei einer Parallelschaltung (25) von wenigstens zwei Batteriezellen (2) bei einer Störung wenigstens einer in der Parallelschaltung (25) angeordneten Batteriezelle (2) sämtliche Batteriezellen (2) der Parallelschaltung (25) mit dem Abschaltelement (9) von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) abschaltbar sind.20. Battery module according to claim 18 or 19, characterized in that in a parallel circuit (25) of at least two battery cells (2) in case of failure of at least one in the parallel circuit (25) arranged battery cell (2) all battery cells (2) of the parallel circuit (25) with the shut-off element (9) of the at least one high current line (29) are switched off.
21. Batteriemodul nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Serienschaltung (26) von wenigstens zwei Batteriezellen (2) bei einer Störung wenigstens einer in der Serienschaltung (26) angeordneten Batteriezelle (2) die wenigstens eine Batteriezelle (2) mit Störung von dem Abschaltelement (9) von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) abschaltbar ist und anschließend von dem21. Battery module according to claim 18 or 19, characterized in that in a series circuit (26) of at least two battery cells (2) at a fault in at least one in the series circuit (26) arranged battery cell (2) the at least one battery cell (2) Disturbance of the shutdown element (9) of the at least one high current line (29) can be switched off and then of the
Überbrückungsschaltelement (10) die Batteriezelle (2) mit Störung elektrisch überbrückbar ist.Bridging switch element (10), the battery cell (2) is electrically bridged with fault.
22. Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (6) mit einem Crashsensor (27) des Kraftfahrzeuges (4) und/oder einem Temperatursensor (28) zur Messung der Temperatur des Batteriemoduls (3) verbunden ist, so dass bei einem Unfall und/oder einem Brand des Kraftfahrzeuges (4) die wenigstens eine Batteriezelle (2), insbesondere sämtliche Batteriezellen (2), von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) abtrennbar sind. 22. Battery module according to one or more of claims 18 to 21, characterized in that the evaluation unit (6) with a crash sensor (27) of the motor vehicle (4) and / or a temperature sensor (28) for measuring the temperature of the battery module (3) is connected, so that in an accident and / or a fire of the motor vehicle (4) the at least one battery cell (2), in particular all the battery cells (2), from the at least one high-current line (29) are separable.
23. Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der der wenigstens einen Batteriezelle (2) zugeordnete Halbleiterchip (19) bei einem Senden des wenigstens eines Steuersignals von der Störungsmeldeeinheit (7) ein Bestätigungssignal an die Auswerteeinheit (6) übermittelt, so dass bei einem Ausbleiben des23. Battery module according to one or more of claims 18 to 22, characterized in that the at least one battery cell (2) associated semiconductor chip (19) upon sending the at least one control signal from the fault reporting unit (7) an acknowledgment signal to the evaluation unit (6 ), so that in the absence of the
Bestätigungssignales von der Auswerteeinheit (6) die wenigstens eine Batteriezelle (2), insbesondere sämtliche Batteriezellen (2), von der wenigstens einen Hochstromleitung (29) abschaltbar sind.Confirmation signals from the evaluation unit (6) the at least one battery cell (2), in particular all the battery cells (2), from the at least one high current line (29) are switched off.
24. Verfahren zur elektrischen Abschaltung und/oder Überbrückung wenigstens einer in einem Batteriemodul (3) angeordneten Batteriezelle (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung und/oder die Temperatur der wenigstens einen Batteriezelle (2) erfasst wird, - die erfasste elektrische Spannung und/oder Temperatur mittels in einer Auswerteeinheit (6) hinterlegter Funktionen und/oder Datenbanken und/oder eines chemisch-physikalischen und mathematischen Modells zur Ermittlung einer Störung der wenigstens einen Batteriezelle (2) ausgewertet werden und die wenigstens eine von der Auswerteeinheit (6) ermittelte Batteriezelle (2) mit Störung abgeschaltet und/oder überbrückt wird.24. A method for electrical disconnection and / or bridging at least one in a battery module (3) arranged battery cell (2), in particular for a motor vehicle, characterized in that the electrical voltage and / or the temperature of the at least one battery cell (2) is detected , - the detected electrical voltage and / or temperature are evaluated by means of functions and / or databases stored in an evaluation unit (6) and / or a chemical-physical and mathematical model for determining a disturbance of the at least one battery cell (2) and the at least one from the evaluation unit (6) determined battery cell (2) is switched off with interference and / or bridged.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batteriezelle (2) in einer Zeit von weniger als 1 s, insbesondere weniger als 200 ms, abgeschaltet wird.25. The method according to claim 24, characterized in that the at least one battery cell (2) in a time of less than 1 s, in particular less than 200 ms, is switched off.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschalten eine Hauptzündladung (22), insbesondere eine pyrotechnische Treibladung (17), gezündet wird.26. The method according to claim 24 or 25, characterized in that for switching off a Hauptzündladung (22), in particular a pyrotechnic propellant charge (17) is ignited.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptzündladung (22), insbesondere eine pyrotechnische Treibladung (17), von einer Inertialzündladung (18), insbesondere ein Transistor (20) oder ein elektrischer Widerstand (21), gezündet wird.27. The method according to claim 26, characterized in that the main ignition charge (22), in particular a pyrotechnic propellant charge (17), by an inertial ignition charge (18), in particular a transistor (20) or an electrical resistance (21) is ignited.
28. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Störung wenigstens einer Batteriezelle (2) wenigstens ein Steuersignal abgesetzt wird, das wenigstens eine Steuersignal von je einem der wenigstens einen Batteriezelle (2) zugeordneten Halbleiterchip (19) empfangen wird, der Halbleiterchip (19) die Inertialzündladung (18) zündet und die Inertialzündladung (18) die Hauptzündladung (22) zündet.28. The method according to one or more of claims 24 to 27, characterized in that at least one battery cell (2) at least one control signal is discontinued, the at least one control signal from each of the at least one battery cell (2) associated semiconductor chip (19 ), the semiconductor chip (19) ignites the inertial ignition charge (18) and the inertial ignition charge (18) ignites the main ignition charge (22).
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (19) nach dem Empfangen des wenigstens einen Steuersignals und/oder nach dem Zünden der Intertialzündladung (18) ein Bestätigungssignal sendet, so dass von einer Auswerteeinheit (6) bei einem Ausbleiben des Bestätigungssignales nach dem29. The method according to claim 28, characterized in that the semiconductor chip (19) after receiving the at least one control signal and / or after the ignition of the Intertialzündladung (18) sends an acknowledgment signal, so that by an evaluation unit (6) in the absence of the Confirmation signal after the
Absetzten des Steuersignales die wenigstens eine Batteriezelle (2), insbesondere sämtliche Batteriezellen (2), abgeschaltet werden.Settling the control signal that at least one battery cell (2), in particular all the battery cells (2), are turned off.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten einer Abschaltzeitspanne von dem Absetzen des wenigstens einen Steuersignals bis zum erfolgreichen Abschalten der wenigstens einen Batteriezelle (2) mit Störung von der Auswerteeinheit (6) die wenigstens eine Batteriezelle (2), insbesondere sämtliche Batteriezellen (2), abgeschaltet werden.30. The method according to claim 29, characterized in that when exceeding a switch-off period from the discontinuation of the at least one control signal to the successful shutdown of the at least one battery cell (2) with interference from the evaluation unit (6) the at least one battery cell (2), in particular all battery cells (2) are switched off.
31. Verfahren nach Anspruch 28, 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip (19) die Inertialzündladung (18) mit Strom beaufschlagt, um die Inertialzündladung (18) zu zünden.31. The method of claim 28, 29 or 30, characterized in that the semiconductor chip (19) the inertial ignition charge (18) supplied with current to ignite the Inertialzündladung (18).
32. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Halbleiterchips (19), die je einer Batteriezelle (2) zugeordnet sind, miteinander in Wirkverbindung stehen.32. The method according to one or more of claims 28 to 31, characterized in that at least two semiconductor chips (19), each associated with a battery cell (2) are in operative connection with each other.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Wirkverbindung zwischen den wenigstens zwei Halbleiterchips (19) die Auswerteeinheit (6) und/oder Störungsmeldeeinheit (7) von den Halbleiterchips (19) gebildet wird.33. The method according to claim 32, characterized in that due to the operative connection between the at least two semiconductor chips (19), the evaluation unit (6) and / or fault signaling unit (7) is formed by the semiconductor chips (19).
34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der Wirkverbindung zwischen den wenigstens zwei Halbleiterchips (19) bei einer Abschaltung einer Batteriezelle (2) von den Halbleiterchips (19) weitere Batteriezellen (2) abgeschaltet werden.34. The method of claim 32 or 33, characterized in that due to the operative connection between the at least two semiconductor chips (19) in a shutdown of a battery cell (2) of the semiconductor chips (19) further battery cells (2) are switched off.
35. Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (4) ein Schutzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 und/oder ein Batteriemodul nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 23 umfassst und/oder ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34 ausführbar ist.35. Motor vehicle, characterized in that the motor vehicle (4) comprises a protection system according to one or more of claims 1 to 10 and / or a battery module according to one or more of claims 11 to 23 and / or a method according to one or more of the claims 24 to 34 is executable.
36. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger oder Halbleiterchip gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit oder einem Halbleiterchip durchgeführt wird.36. Computer program with program code means which are stored on a computer-readable data carrier or semiconductor chip to perform a method according to one or more of claims 24 to 34, when the computer program is performed on a computer or a corresponding processing unit or a semiconductor chip.
37. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger oder Halbleiterchip gespeichert sind, um ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 24 bis 34 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit oder einem Halbleiterchip durchgeführt wird. A computer program product comprising program code means stored on a computer readable medium or semiconductor chip for carrying out a method according to one or more of claims 24 to 34 when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit or a semiconductor chip.
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