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Title:
METHOD AND DEVICE FOR INCREASING THE SECURITY WHEN USING BATTERY MODULES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/139740
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for inducing a secure state of a battery module of a motor vehicle, wherein the current state of the battery module is continuously checked and evaluated and wherein the secure state of the battery module to be induced is a state, in which the effects of a defective battery module are reduced, wherein the secure state is induced in dependence of a motor vehicle state.

Inventors:
FINK HOLGER (DE)
Application Number:
PCT/EP2014/052538
Publication Date:
September 18, 2014
Filing Date:
February 10, 2014
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SAMSUNG SDI CO LTD (KR)
International Classes:
B60L11/18; B60L3/04; H01M2/34; H01M10/42; H01M10/48
Domestic Patent References:
WO2011028160A12011-03-10
WO2008079062A12008-07-03
Foreign References:
DE102008010971A12009-08-27
US20080084180A12008-04-10
JPH1066248A1998-03-06
DE19712544A11997-11-06
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Herbeiführung eines sicheren Zustands eines Batteriemoduls eines Fahrzeugs, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Herbeiführung des sicheren Zustands in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands vollzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass

im herbeigeführten sicheren Zustand des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, zwischen den Terminals des Batteriemoduls im Wesentlichen keine Spannung anliegt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem

Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, das

Batteriemodul schnellstmöglich entladen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem

Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, ein

Strombypass zwischen den Terminals des Batteriemoduls geschaltet und/oder eine Entladevorrichtung, insbesondere ein Discharge Device, und/oder eine Schnellentladevorrichtung, insbesondere ein Ultrafast Discharge Device, im Bereich des Batteriemoduls verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei dem Fahrzeugzustand um einen irregulären Fahrzeugzustand, insbesondere einen Fahrzeugzustand während eines Fahrzeugunfalls oder nach einem Fahrzeugunfall handelt, und dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der sichere Zustand des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, herbeigeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Fahrzeugzustand auf Grundlage von Informationen aus

Fahrzeugsicherheitssystemen und/oder in Abhängigkeit einer Größe, die eine Beschleunigungsgröße repräsentiert, ermittelt wird, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass

- ein Vergleich der Größe mit wenigstens einem Schwellenwert vollzogen wird und

- der sichere Zustand des Batteriemoduls herbeigeführt wird, wenn die Größe den Schwellenwert überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

es sich bei der Beschleunigungsgröße um die Linearbeschleunigung (a) und/oder die Drehbeschleunigung (a) des Fahrzeugs oder einer Fahrzeugkomponente handelt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Größe, die eine Beschleunigungsgröße repräsentiert, mittels eines MEMS- Sensors ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem

Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, unter

Berücksichtigung des Ladezustands des Batteriemoduls und/oder des Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls und/oder des Drucks im Inneren des Batteriemoduls und/oder der Temperatur des Batteriemoduls und/oder des eingesetzten Chemiesystems des Batteriemoduls vollzogen wird.

10. Steuerung für ein eigensicheres Batteriemodul (EB) eines Fahrzeugs, geeignet zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des Batteriemoduls, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden,

dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel, zur Herbeiführung des sicheren Zustands in Abhängigkeit eines

Fahrzeugzustands, vorgesehen sind.

11. Eigensicheres Batteriemodul (EB),

dadurch gekennzeichnet, dass

eine Steuerung nach Anspruch 10 vorgesehen ist. 12. Eigensicheres Batteriemodul (EB) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Bestimmung des aktuellen Zustands des Batteriemoduls mindestens eine Sensorik (S), insbesondere ein Sensorik (S) zur Erfassung physikalischer Größen des Batteriemoduls, vorgesehen ist.

13. Eigensicheres Batteriemodul (EB) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Mittel zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, unter Berücksichtigung eines sensorisch ermittelten Ladezustands des Batteriemoduls und/oder eines sensorisch ermittelten Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls und/oder eines sensorisch ermittelten Drucks im Inneren des Batteriemoduls und/oder einer sensorisch ermittelten Temperatur des

Batteriemoduls und/oder eines eingesetzten Chemiesystems des Batteriemoduls und/oder einer sensorisch ermittelten Linearbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder einer sensorisch ermittelten Drehbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder eines sensorisch ermittelten aktuellen Zustands des Batteriemoduls bezüglich seiner Sicherheit, Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindern.

Eigensicheres Batteriemodul (EB) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel zur Vorrausage des zeitlichen Verlaufs des Ladestroms des Batteriemoduls und/oder der Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls und/oder der entnehmbaren Ladung des Batteriemoduls vorgesehen sind.

Eigensicheres Batteriemodul (EB) nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, dass

zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls mindestens eine Aktorik (AI, A2) vorgesehen ist.

16. Eigensicheres Batteriemodul (EB) nach Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, dass

Mittel vorgesehen sind, mit denen eine Aktorik (AI, A2) zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, insbesondere eine Entladevorrichtung (Discharge Device) und/oder eine Schnellentladevorrichtung (Ultrafast Discharge Device) und/oder eine Vorrichtung zum Legen eines Strombypass und/oder eine Aktorik (AI, A2) zur Schaltung der Ausgangsspannung des Batteriemoduls angesteuert und bedient wird, wobei mit der Aktorik (AI, A2), bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands,

für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls unverändert bleibt, die

Schnellentladevorrichtung aktiviert und die Entladung schnellstmöglich vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, die Geschwindigkeit des Entladevorgangs herabgesetzt wird oder, für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls absinkt und ein hoher Ladezustand des Batteriemoduls vorliegt, die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung mit technisch höchstmöglichen Strömen vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, der Entladestrom vermindert wird oder, für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls absinkt und ein niedriger Ladezustand des Batteriemoduls vorliegt, die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung mit technisch geringstmöglichen Strömen oder - im Hinblick auf die technisch höchst- und geringstmöglichen Ströme - durchschnittlichen Strömen vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, der Entladestrom vermindert wird.

17. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16 und/oder einer Steuerung gemäß Anspruch 10 und/oder eines eigensicheren Batteriemoduls (EB) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 16 in der Fahrzeugtechnik und/oder in der

Energietechnik.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriemodulen

Feld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von Batteriemodulen gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik sind Sicherheitskonzepte für eigensichere

Batteriemodule bekannt. Zum Stand der Technik gehören beispielsweise Schmelzsicherungen und Maßnahmen, die zu hohe Ströme und Spannungen im Bereich der Batteriemodule verhindern oder diesen entgegenwirken.

Beispielsweise ist in der DE102011113798A1 eine modulare Batterie offenbart, bei der zur Vermeidung von in Zusammenhang mit der Batterie stehender Gefahren einzelne Serien- und Parallelschaltungen des Batteriemoduls an- und abgeschaltet werden können.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herbeiführung eines sicheren Zustands eines Batteriemoduls eines Fahrzeugs, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Herbeiführung des sicheren Zustands in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands gemäß der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche vollzogen wird.

Hintergrund der Erfindung ist die Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit

Batteriemodulen und die Verminderung der Auswirkungen von schadhaften

Batteriemodulen auf die Umgebung. Eine von dem Fahrzeugzustand abhängige Herbeiführung des sicheren Zustands birgt zwei Vorteile: Erstens führt die von dem Fahrzeugzustand abhängige Herbeiführung zu einer bedarfsgerechten Herbeiführung desselben, mithin zu einer nicht generell durchgeführten Herbeiführung. Eine bedarfsgerechte Herbeiführung führt zu einer Entlastung der zur Herbeiführung des sicheren Zustands verwendeten Systeme und derer Komponenten. Zweitens werden Maßnahmen, die die Sicherheit in Zusammenhang oder im Umgang mit dem

Batteriemodul zwar erhöhen aber im gleichen Zug zu einer teilweisen oder

vollständigen Beschädigung des Batteriemoduls führen, nur eingeleitet, wenn ihr Einsatz notwendig ist.

Erfindungsgemäß ist zudem eine Steuerung für ein eigensicheres Batteriemodul eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Steuerung ist zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des Batteriemoduls geeignet, wobei der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet wird und es sich bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls um einen solchen Zustand handelt, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, wobei Mittel, zur Herbeiführung des sicheren Zustands in Abhängigkeit eines Fahrzeugzustands, vorgesehen sind. Ferner ist erfindungsgemäß ein eigensicheres Batteriemodul vorgesehen, wobei das eigensichere Batteriemodul gesteuert werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So ist es von Vorteil, wenn vorzugsweise im herbeigeführten sicheren Zustand des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, zwischen den Terminals des Batteriemoduls im Wesentlichen keine Spannung anliegt.

Der damit verbundene Spannungsabbau führt zu einer weitestgehenden

Spannungsfreiheit und damit zu einer Erhöhung der Sicherheit und zu einer

Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Batteriemodul zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, schnellstmöglich entladen.

Die schnellstmögliche Entladung des Batteriemoduls führt zu einer weitestgehenden Ladungsfreiheit des Batteriemoduls und damit zu einer Erhöhung der Sicherheit und zu einer Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls.

Vorzugsweise werden zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, ein

Strombypass zwischen den Terminals des Batteriemoduls geschaltet und/oder eine Entladevorrichtung, insbesondere ein Discharge Device, oder eine

Schnellentladevorrichtung, insbesondere ein Ultrafast Discharge Device, im Bereich des Batteriemoduls verwendet.

Die erfindungsgemäße Schaltung eines Strombypass zwischen den Terminals des Batteriemoduls, die Verwendung einer Entladevorrichtung des Batteriemoduls und auch die Verwendung einer Schnellentladevorrichtung des Batteriemoduls führt zu einer Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung.

Vorteilhaft handelt es sich bei dem Fahrzeugzustand um einen irregulären

Fahrzeugzustand, insbesondere einen Fahrzeugzustand während eines

Fahrzeugunfalls oder nach einem Fahrzeugunfall, und es wird vorteilhaft bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der sichere Zustand des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung vermindert werden, herbeigeführt. Mit der Realisierung eines bei Auftreten eines irregulären Fahrzeugzustands, insbesondere eines Fahrzeugunfalls, eigensicheren Batteriemoduls können die Anforderungen an die Elektronik eines Batteriemanagementsystems diesbezüglich deutlich reduziert werden. Zusätzlich kann die Sicherheit insbesondere von

Batteriesystemen mit hoher Speicherkapazität, wie sie z.B. bei Elektro- und

Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, signifikant erhöht werden. Insbesondere können Gefährdungen, wie sie bei bzw. nach ersten Crash Tests von aktuell in Serie eingeführten Plug-in- und Elektrofahrzeugen aufgetreten sind, vermieden werden.

Vorzugsweise wird der Fahrzeugzustand wenigstens auf Grundlage von Informationen aus Fahrzeugsicherheitssystemen oder in Abhängigkeit einer Größe, die eine

Beschleunigungsgröße repräsentiert, ermittelt, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass ein Vergleich der Größe mit wenigstens einem Schwellenwert vollzogen wird und der sichere Zustand des Batteriemoduls herbeigeführt wird, wenn die Größe den Schwellenwert überschreitet.

Die Verwendung von Informationen aus Fahrzeugsicherheitssystemen führt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform zu einer höheren Zuverlässigkeit bei der Bestimmung und Bewertung des Fahrzeugzustands. Grundsätzlich kann ein falsch bestimmter oder falsch bewerteter Fahrzeugzustand zu einer irrtümlich eingeleiteten Maßnahme führen. Die Anzahl der auf Grundlage falsch bestimmter oder falsch beurteilter Fahrzeugzustände irrtümlich eingeleiteten Maßnahmen zur Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls kann daher durch die Erhöhung der den Fahrzeugzustand betreffenden Informationen deutlich vermindert werden.

Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Beschleunigungsgröße um eine

Linearbeschleunigung und/oder eine Drehbeschleunigung des Fahrzeugs oder einer Fahrzeugkomponente.

Die Bestimmung und Verwendung der Linearbeschleunigung und/oder der

Drehbeschleunigung eines Fahrzeugs oder einer der Fahrzeugkomponenten führt zu einer zuverlässigen Bestimmung des Fahrzeugzustands. Vorzugsweise wird die Größe, die eine Beschleunigungsgröße repräsentiert, mittels eines MEMS-Sensors (mikro-elektrisch-mechanische-System-Sensoren) ermittelt.

Die erfindungsgemäße Verwendung eines MEMS-Sensors zur Ermittlung der

Beschleunigung ist vorteilhaft, da MEMS-Sensoren zuverlässig arbeiten und preiswert sind.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden, unter Berücksichtigung wenigstens des

Ladezustands des Batteriemoduls oder des Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls oder des Drucks im Inneren des Batteriemoduls oder der

Temperatur des Batteriemoduls oder des eingesetzten Chemiesystems des

Batteriemoduls vollzogen.

Die erfindungsgemäße Berücksichtigung wenigstens einer der den Zustand des Batteriemoduls charakterisierenden Zustandsgrößen oder des eingesetzten

Chemiesystems ist für die Wahl der einzuleitenden Maßnahme wichtig: Wenigstens in Abhängigkeit des Zustands des Batteriemoduls oder des eingesetzten

Chemiesystems, kann mit einer angemessenen Maßnahme reagiert werden. Falsche, die Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls gegebenenfalls verstärkende Maßnahmen werden genauso vermieden, wie falsche, gegebenenfalls übertriebene Maßnahmen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul zur Bestimmung des aktuellen Zustands des Batteriemoduls mindestens ein Sensor, insbesondere ein Sensor zur Erfassung physikalischer Größen des Batteriemoduls, vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind für das eigensichere Batteriemodul Mittel vorgesehen, wobei die Mittel zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls unter Berücksichtigung eines sensorisch ermittelten Ladezustands des Batteriemoduls und/oder eines sensorisch ermittelten Grades der mechanischen Unversehrtheit des Batteriemoduls und/oder eines sensorisch ermittelten Drucks im Inneren des Batteriemoduls und/oder einer sensorisch ermittelten Temperatur des Batteriemoduls und/oder eines eingesetzten Chemiesystems des Batteriemoduls und/oder einer sensorisch ermittelten Linearbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder einer sensorisch ermittelten Drehbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder eines sensorisch ermittelten aktuellen Zustands des Batteriemoduls bezüglich seiner Sicherheit, Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls auf die Umgebung vermindern.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul Mittel zur Vorrausage des zeitlichen Verlaufs wenigstens des Ladestroms des Batteriemoduls oder der Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls oder der entnehmbaren Ladung des Batteriemoduls vorgesehen sind.

Die Verwendung von Informationen und/oder Daten, die den zeitlichen Verlauf von Ladestrom, Leistungsfähigkeit und Ladung des Batteriemoduls betreffen, nützt gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wahl einer angemessenen

Maßnahme zur Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls.

Weiterhin ist vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls mindestens ein Aktor vorgesehen ist.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn für das eigensichere Batteriemodul Mittel vorgesehen sind, mit denen eine Aktorik zur Herbeiführung des sicheren Zustands des Batteriemoduls, insbesondere eine Entladevorrichtung (Discharge Device) und/oder eine Schnellentladevorrichtung (Ultrafast Discharge Device) und/oder eine Vorrichtung zum Legen eines Strombypass und/oder eine Aktorik zur Schaltung der

Ausgangsspannung des Batteriemoduls angesteuert und bedient wird, wobei mit der Aktorik, bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands,

für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls unverändert bleibt, die Schnellentladevorrichtung aktiviert und die Entladung schnellstmöglich vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, die Geschwindigkeit des Entladevorgangs herabgesetzt wird oder, für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls absinkt und ein hoher Ladezustand des Batteriemoduls vorliegt, die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung mit technisch höchstmöglichen Strömen vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich

Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und

Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, der Entladestrom vermindert wird oder, für den Fall, dass bei oder nach Eintritt des irregulären

Fahrzeugzustands der Druck im Inneren des Batteriemoduls absinkt und ein niedriger Ladezustand des Batteriemoduls vorliegt, die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung mit technisch geringstmöglichen Strömen oder - im Hinblick auf die technisch höchst- und geringstmöglichen Ströme - durchschnittlichen Strömen vollzogen und das Batteriemodul während des Entladevorgangs hinsichtlich

Temperatur des Batteriemoduls, Druck im Inneren des Batteriemoduls und

Ladezustand des Batteriemoduls überwacht wird und, für den Fall, dass während des Entladevorgangs der Druck des Batteriemoduls sehr stark ansteigt, der Entladestrom vermindert wird.

Die vorteilhafte Ausführungsform, die zur Verminderung der Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vorzunehmende Maßnahme in Abhängigkeit des Zustands des Batteriemoduls einzuleiten, führt zu dem Vorteil, dass nur angemessene

Maßnahmen eingeleitet werden. Falsche, die Auswirkungen eines schadhaften

Batteriemoduls gegebenenfalls verstärkende Maßnahmen werden genauso vermieden, wie falsche, gegebenenfalls übertriebene Maßnahmen.

Vorteilhafterweise wird wenigstens das oben beschriebene Verfahren oder die

Vorrichtung oder die Steuerung oder ein eigensicheres Batteriemodul wenigstens in der Fahrzeugtechnik oder in der Energietechnik verwendet. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, aus denen sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf die die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Die Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines eigensicheren Batteriemoduls;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von eigensicheren Batteriemodulen und

Fig. 3 ein grundsätzliches Schaltbild eines eigensicheren Batteriemoduls.

Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist ein eigensicheres Batteriemodul EB schematisch dargestellt. Bei einem eigensicheren Batteriemodul EB wird der aktuelle Zustand des Batteriemoduls fortlaufend geprüft und bewertet und es wird ein sicherer Zustand des Batteriemoduls herbeigeführt. Bei dem herbeizuführenden sicheren Zustand des Batteriemoduls handelt es sich um einen solchen Zustand, in dem Auswirkungen eines schadhaften Batteriemoduls vermindert werden. Zu diesem Zweck verfügt das eigensichere

Batteriemodul EB beispielsweise über ein geeignetes Sensor- und Aktorkonzept zur Realisierung der Eigensicherheit; das eigensicheres Batteriemodul EB kann

beispielsweise in einem Fahrzeug verwendet werden.

Das eigensichere Batteriemodul EB enthält mindestens ein Zellmodul Z, das mindestens eine Batteriezelle BZ enthält. Die mindestens eine Batteriezelle BZ setzt sich aus mechanischen Komponenten und wenigstens einer elektrochemischen Komponente zusammen. Die elektrochemische Komponente wird auch als

Chemiesystem des eigensicheren Batteriemoduls EB bezeichnet. Beispielhaft handelt es sich bei der mindestens einen Batteriezelle BZ um eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Vorzugsweise ist weiterhin eine Sensorik S enthalten, mit der zumindest die Spannung des eigensicheren Batteriemoduls EB oder der Strom, mit dem das eigensichere Batteriemoduls EB entladen werden kann, oder die Temperatur des eigensicheren Batteriemoduls EB oder der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB ermittelt werden kann. Wenn das eigensichere Batteriemodul EB in einem Fahrzeug verwendet wird, kann vorteilhafterweise zusätzlich auch die Linearbeschleunigung des Fahrzeugs oder die Drehbeschleunigung des Fahrzeugs mittels der Sensorik S ermittelt werden.

Vorzugsweise ist ferner wenigstens eine Komponente BEP zur

Batteriezustandserkennung oder zur Voraussage von Batteriezuständen des eigensicheren Batteriemoduls EB oder zur Erkennung oder zur Voraussage von Batteriezustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB enthalten.

Vorzugsweise ist ferner eine Aktorik AI zur Herbeiführung eines sicheren Zustands des eigensicheren Batteriemoduls EB enthalten; mit der Aktorik AI kann vorzugsweise wenigstens ein Strombypass zwischen elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet oder eine Entladevorrichtung, insbesondere ein

Discharge Device, oder eine Schnellentladevorrichtung, insbesondere ein Ultrafast Discharge Device, im Bereich des eigensicheren Batteriemoduls EB zur Anwendung gebracht werden. Zum Zweck der Anwendung, wird die Entladevorrichtung und/oder die Schnellentladevorrichtung mit den Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB elektrisch verbunden.

Wird der Strombypass zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet, kann zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB ein elektrischer Strom fließen, ohne dass dieser Strom durch die elektrochemische Komponente der mindestens einen Batteriezelle BZ des eigensicheren Batteriemoduls EB fließt. Der Strombypass kann auch zwischen den Anschlüssen der mindestens einen Batteriezelle BZ geschaltet werden. Vorzugsweise ist ferner eine Aktorik A2 enthalten; mit der Aktorik A2 kann die

Ausgangsspannung des eigensicheren Batteriemoduls EB zumindest gesteuert oder in ihrer Höhe variiert werden.

In Fig. 2 ist ein Verfahren zur Erhöhung der Sicherheit beim Gebrauch von

eigensicheren Batteriemodulen EB schematisch dargestellt. In einem ersten

Verfahrensschritt 11 wird das Verfahren eingeleitet. In einem darauf folgenden Fahrzeugprüfungsschritt 22 wird geprüft, ob ein irregulärer Fahrzeugzustand, insbesondere ein Fahrzeugunfall, vorliegt oder nicht. Zu diesem Zweck wird beispielsweise eine Linearbeschleunigung a oder eine Drehbeschleunigung α des Fahrzeugs oder einer Fahrzeugkomponente ermittelt und bewertet. Liegt kein irregulärer Fahrzeugzustand vor, wird der Fahrzeugprüfungsschritt 22 erneut eingeleitet und die Prüfung des Fahrzeugzustands wiederholt.

Liegt hingegen ein irregulärer Fahrzeugzustand vor, wird zunächst ein Strombypass zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren Batteriemoduls EB geschaltet, so das zwischen den elektrischen Anschlüssen des eigensicheren

Batteriemoduls EB ein elektrischer Strom fließen kann, ohne dass dieser Strom durch die elektrochemische Komponente der mindestens einen Batteriezelle BZ des eigensicheren Batteriemoduls EB fließt. Dann wird vorzugsweise in einem ersten Druckprüfungsschritt 33 der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB geprüft.

Ist der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands konstant, wird der erste Entladungsschritt 44 eingeleitet: In diesem ersten Entladungsschritt 44 wird die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung des eigensicheren Batteriemoduls EB wird schnellstmöglich vollzogen. Der zum schnellstmöglichen Vollzug der Entladung gewählte Strom wird in Abhängigkeit der Kapazität der Batteriezelle BZ gewählt und kann vorzugsweise in einem Bereich zwischen 300 A bis 9000 A je Batteriezelle BZ liegen. Zum

schnellstmöglichen Vollzug der Entladung wird das eigensichere Batteriemodul EB über die Schnellentladevorrichtung entladen. Während des Entladevorgangs kann das eigensichere Batteriemodul EB hinsichtlich wenigstens seiner Temperatur oder seines Drucks im Inneren oder seines Ladezustands beispielsweise mittels der Sensorik S überwacht werden. Steigt während des Entladevorgangs der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark an, wird die Geschwindigkeit des Entladevorgangs verringert. Zur Prüfung und Feststellung, ob der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark ansteigt, können die Geschwindigkeit des Anstiegs des Druckes im Inneren und/oder der jeweils erreichte Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB herangezogen und bewertet werden. Ein beispielhafter Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB, ab dessen Erreichen und/oder Überschreiten ein kritischer Zustand des eigensicheren Batteriemoduls EB vorliegen kann, liegt zwischen 3 bar bis 7 bar.

Um die Geschwindigkeit des Entladevorgangs zu verringern, wird das eigensichere Batteriemodul EB nicht mehr über die Schnellentladevorrichtung sondern über die Entladevorrichtung entladen.

Nach Abschluss des ersten Entladungsschritts 44 wird das Verfahren in

Abschlussschritt 99 abgeschlossen.

Ist hingegen der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB bei oder nach Eintritt des irregulären Fahrzeugzustands nicht konstant, wird in einem zweiten Druckprüfungsschritt 55 geprüft, ob der Druck im Inneren des eigensicheren

Batteriemoduls EB sinkt.

Falls der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB nicht sinkt, wird Druckprüfungsschritt 55 wiederholt.

Falls hingegen der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB sinkt, wird in Ladezustandprüfungsschritt 66 der Ladezustand des eigensicheren Batteriemoduls EB bestimmt und bewertet. Ist der Ladezustand hoch, insbesondere bei ungefähr 80 % bis 100%, wird in einem zweiten Entladungsschritt 77 die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung des eigensicheren Batteriemoduls EB kann mit technisch höchstmöglichen Strömen vollzogen werden. Die technisch höchstmöglichen Ströme liegen vorzugsweise bei ungefähr 1000 A bis 10000 A. Die höchstmögliche Stärke des Stromes, mit dem das eigensichere Batteriemodul EB entladen werden kann, rührt aus den elektrischen, elektrotechnischen und elektrochemischen Eigenschaften des eigensicheren Batteriemoduls EB. Während des Entladevorgangs kann das eigensichere Batteriemodul EB hinsichtlich wenigstens seiner Temperatur oder seines Drucks im Inneren oder seines Ladezustands überwacht werden. Steigt während des Entladevorgangs der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark an, wird der Entladestrom vermindert. Zur Prüfung und Feststellung, ob der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark ansteigt, können die Geschwindigkeit des Anstiegs des Druckes im Inneren und/oder der jeweils erreichte Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB herangezogen und bewertet werden. Ein beispielhafter Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB, ab dessen Erreichen und/oder Überschreiten ein kritischer Zustand des eigensicheren Batteriemoduls EB vorliegen kann, liegt zwischen 3 bar bis 7 bar.

Nach Abschluss des zweiten Entladungsschritts 77, wird das Verfahren in

Abschlussschritt 99 abgeschlossen. Ist der Ladezustand des eigensicheren Batteriemoduls EB hingegen nicht hoch sondern niedrig, beispielsweise unter 50 Prozent des regelmäßigen Ladezustands, wird in einem dritten Entladungsschritt 88 die Entladevorrichtung aktiviert und die Entladung des eigensicheren Batteriemoduls EB kann mit technisch geringstmöglichen Strömen oder - im Hinblick auf die technisch höchst- und geringstmöglichen Ströme - durchschnittlichen Strömen vollzogen werden. Die technisch geringstmöglichen oder durchschnittlichen Ströme liegen vorzugsweise bei ungefähr 10 A beziehungsweise 100 A. Die geringstmögliche und die durchschnittliche Stärke des Stromes, mit dem das eigensichere Batteriemodul EB entladen werden kann, rührt dabei aus den elektrischen, elektrotechnischen und elektrochemischen Eigenschaften des eigensicheren Batteriemoduls EB her. Während des Entladevorgangs kann das eigensichere Batteriemodul EB hinsichtlich wenigstens seiner Temperatur oder seines Drucks im Inneren oder seines Ladezustands überwacht werden. Steigt während des Entladevorgangs der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark an, wird der Entladestrom vermindert. Nach Abschluss des dritten Entladungsschritts 88, wird das Verfahren in Abschlussschritt 99 abgeschlossen. Zur Prüfung und

Feststellung, ob der Druck im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB stark ansteigt, können die Geschwindigkeit des Anstiegs des Druckes im Inneren und/oder der jeweils erreichte Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB herangezogen und bewertet werden. Ein beispielhafter Wert des Drucks im Inneren des eigensicheren Batteriemoduls EB, ab dessen Erreichen und/oder Überschreiten ein kritischer Zustand des eigensicheren Batteriemoduls EB vorliegen kann, liegt zwischen 3 bar bis 7 bar. Sämtliche in den oben beschriebenen Verfahrensschritten aufgeführte Zustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB werden beispielsweise mit Hilfe einer Sensorik S ermittelt. Die Prüfung und Bewertung der Zustandsgrößen wird dabei vorzugsweise durch die Komponente BEP zur Batteriezustandserkennung durchgeführt. Die in den Verfahrensschritten durchgeführten aktorischen Vorgänge werden beispielsweise mittels Aktoren AI, A2 vorgenommen.

Alternativ zu der Sensorik S, die Teil des eigensicheren Batteriemoduls EB ist, können weitere außerhalb des eigensicheren Batteriemoduls EB bestehende Sensoren zur Ermittlung von Zustandsgrößen des eigensicheren Batteriemoduls EB verwendet werden. Beispielsweise kann es sich dabei um Sensoren handeln, die zur Ausstattung eines Fahrzeugs gehören, in dem das eigensichere Batteriemodul EB verbaut ist. Beispielhaft kann es sich dabei um Sensoren zur Bestimmung elektrischer Größen - wie Strom oder Spannung - , beispielsweise zur Bestimmung der Bordspannung, oder zur Bestimmung von Temperatur im Inneren des Fahrzeugs oder Druck handeln. Bei den Sensoren zur Bestimmung elektrischer Größen handelt es sich beispielsweise um Sensoren zur Bestimmung der Bordnetzspannung des Fahrzeugs und/oder Sensoren die in Zusammenhang mit dem Bordnetzstrukturgerät eingesetzt werden. Bei den Sensoren zur Bestimmung von Temperatur im Inneren des Fahrzeugs handelt es sich beispielsweise um Sensoren des Klimageräts des Fahrzeugs und/oder Sensoren zur Bestimmung der Außentemperatur des Fahrzeugs.

Über das oben beschriebene Verfahren hinaus bestehen weitere beispielhafte

Möglichkeiten zur Erhöhung der Sicherheit in Zusammenhang mit der Verwendung eines eigensicheren Batteriemoduls EB: Wenn im Fahrzeugprüfungsschritt 22 ein irregulärer Fahrzeugzustand festgestellt worden ist, können gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise mittels geeigneter

Kommunikationsschnittstellen Informationen über den Fahrzeugzustand in

Weitergabeschritt 34 an andere Systeme weitergegeben werden.

Diese anderen Systeme können sich innerhalb oder auch außerhalb des Fahrzeugs befinden. Es kann sich bei diesen anderen Systemen beispielsweise um

Fahrzeugsicherheitssysteme oder Fahrzeugzustandsbestimmungssysteme handeln. Bei diesen anderen Systemen handelt es sich beispielsweise um Crash-Sensorik- Systeme aus Rückhaltesystemen, beispielsweise eines Airbags, und/oder einen Abstandsradar eines Systems zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung und/oder um Beschleunigungssensoren des Elektronischen Stabilitätsprogramms des Fahrzeugs und/oder des Antiblockiersystems des Fahrzeugs.

Die oben beschriebenen Verfahrensschritte zur Herbeiführung des sicheren Zustands des eigensicheren Batteriemoduls EB können über den eigentlichen Zweck einer Verwendung in Abhängigkeit eines irregulären Fahrzeugzustands hinaus auch während anderer Fahrzeugzustände und/oder Betriebszustände des eigensicheren Batteriemoduls EB genutzt werden. In diesen anderen Situationen können Vorgänge stattfinden, durch die das eigensichere Batteriemodul EB in einen schadhaften Zustand versetzt werden kann. Solche Vorgänge sind beispielsweise solche, in denen das eigensichere Batteriemodul EB starken Beschleunigungen ausgesetzt ist, die im Normalbetrieb des Fahrzeugs regelmäßig nicht auftreten, beispielsweise Auffahrunfälle und/oder das Fahren über ein Hindernis, beispielsweise einen Bordstein, mit hoher Geschwindigkeit.

Über die beschriebene Verwendung eines eigensicheren Batteriemoduls EB in der Fahrzeugtechnik hinaus ist die Verwendung eines eigensicheren Batteriemoduls EB auch in der Energietechnik möglich.

In Fig. 3 ist ein grundsätzliches Schaltbild eines eigensicheren Batteriemoduls

EB dargestellt.

Im grundsätzlichen Schaltbild ist ein Zellmodul Z, eine

Zellüberwachungselektronik CSC und eine Modulüberwachungselektronik MSC dargestellt.

Das Zellmodul Z enthält mindestens eine Batteriezelle BZ. Beispielhaft handelt es sich bei der mindestens einen Batteriezelle BZ um eine Lithium-Ionen- Batteriezelle.

Die Zellüberwachungselektronik CSC enthält eine Sensorik S zur Erfassung eines Zustands der mindestens einen Batteriezelle BZ. Die Zellüberwachungselektronik CSC dient der Überwachung der mindestens einen Batteriezelle BZ innerhalb des Zellmoduls Z.

Die Modulüberwachungselektronik MSC kommuniziert mit der

Zellüberwachungselektronik CSC. Die Kommunikation zwischen

Zellüberwachungselektronik CSC und Modulüberwachungselektronik MSC kann drahtlos oder drahtgebunden über eine Kommunikationsleitung KL erfolgen. Im Rahmen der Kommunikation zwischen der Modulüberwachungselektronik MSC und der Zellüberwachungselektronik CSC werden Daten über mindestens eine Batteriezelle BZ übertragen. Ferner verfügt die Modulüberwachungselektronik MSC über eine Sensorik S zur Überwachung des Zellmoduls Z.

In Abhängigkeit des Zustand der mindestens einen Batteriezelle BZ oder des Zellmoduls Z kann die Modulüberwachungselektronik MSC agieren. Die

Modulüberwachungselektronik MSC enthält zu diesem Zweck wenigstens zwei ein- und ausschaltbare Halbleiterventile HV1 und HV2 und zwei Dioden Dl und D2. Je ein ausschaltbares Halbleiterventil und eine Diode bilden eine

Halbbrückenanordnung. Eine obere Halbbrückenanordnung wird in der

Zeichnung mit H 0 , eine untere Halbbrückenanordnung mit H u bezeichnet. Die obere Halbbrückenanordnung und die untere Halbbrückenanordnung bilden einen steuerbaren Leistungsschalter L.

Im Normalfall, beispielsweise dem regulären Fahrzeugzustand, ist die obere Halbbrückenanordnung H 0 eingeschaltet, die untere Halbbrückenanordnung H u ist ausgeschaltet. In diesem Zustand führt die Zellüberwachungselektronik CSC einen Ladungsausgleich zwischen mindestens zwei Batteriezellen BZ durch.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H 0 aus- und die untere Halbbrückenanordnung H u eingeschaltet. Dadurch wird eine weitere Aufladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens der Batteriezelle BZ verhindert und dadurch die Überladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens der Batteriezelle BZ gestoppt. Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Tiefentladung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H 0 aus- und die untere Halbbrückenanordnung H u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt , fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H u ; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden dabei nicht weiter entladen.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überlastung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ, beispielsweise bei zu hohen Ladeströmen, wird die obere

Halbbrückenanordnung H 0 aus- und die untere Halbbrückenanordnung H u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt , fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H u ; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden nicht mit unzulässig hohen Entladeströmen belastet.

Erkennt die Modulüberwachungselektronik MSC eine drohende Überlastung wenigstens des Zellmoduls Z oder mindestens einer Batteriezelle BZ durch zu hohe Ladeströme, beispielsweise bei sehr tiefen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen unterhalb von 0° Celsius, einer Batteriezelle BZ, wird die obere Halbbrückenanordnung H 0 aus- und die untere Halbbrückenanordnung H u eingeschaltet. Der Strom, der durch das Zellmodul Z fließt , fließt dann über die untere Halbbrückenanordnung H u ; wenigstens das Zellmodul Z oder mindestens die Batteriezelle BZ werden nicht mit unzulässig hohen Ladeströmen bei tiefen Temperaturen belastet. Hintergrund der Vermeidung unzulässig hoher

Ladeströme bei tiefen Temperaturen ist die Vermeidung von Lithium-Plating.

Wird der Modulüberwachungselektronik MSC durch die Sensorik S mitgeteilt, dass ein irregulärer Fahrzeugzustand, insbesondere ein Unfall des Fahrzeugs, vorliegt, kann das Modul über eine der Halbbrücken H 0 , H u entladen werden. Zu diesem Zweck wird die obere Halbbrückenanordnung H 0 als steuerbarer Widerstand betrieben und die untere Halbbrückenanordnung H u eingeschaltet. Das Zellmodul Z gibt an seinen Anschlüssen dann keine Spannung ab und wird trotzdem langsam entladen. Die Zeitdauer des Entladevorgangs reicht beispielsweise von einigen Stunden bis zu wenigen Tagen. Neben der in Fig. 3 dargestellten Überwachung der Batteriezellen mittels einer Zellüberwachungselektronik ist eine batteriezelleneigene Überwachung durch je eine, einer der mindestens einen Batteriezelle BZ zugeordnete,

Zellüberwachungselektronik CSC möglich. Dazu wird jeder Batteriezelle BZ eine eigene Unter-Zellüberwachungselektronik zugeordnet. Diese Unter- Zellüberwachungselektroniken kommunizieren mit einer Haupt- Zellüberwachungselektronik. Die Haupt-Zellüberwachungselektronik

kommuniziert mit der Modulüberwachungselektronik MSC, die, unter anderem in Abhängigkeit von der der Haupt-Zellüberwachungselektronik kommunizierten

Information, agiert.