Titel

Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinheit,

Batteriemanagementsystem zur Ausführung eines solchen Verfahrens sowie Energiespeichereinheit mit einem solchen Batteriemanagementsystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, welche jeweils eine Überspannungsschutzvorrichtung und eine Zellsicherung umfassen, wobei jeweils eine an einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit anliegende Batteriezellspannung dahingehend überwacht wird, ob diese größer als ein vorgegebener Zellspannungsmindestwert ist, wobei bei einem Abfall der Batteriezellspannung unter den Zellspannungsmindestwert die Energiespeichereinheit abgeschaltet wird.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen.

Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Energiespeichereinheit mit einem Batteriemanagementsystem.

Stand der Technik

Energiespeichereinheiten mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen sind von großer Bedeutung, insbesondere für die Elektromobilität. So werden in Hybrid-, Plug-In-Hybrid- und Elektrofahrzeugen als Energiespeichereinheiten Batteriesysteme mit einer Mehrzahl von sekundären Batteriezellen eingesetzt, welche elektrisch miteinander zur Erhöhung der Leistung und/oder der Kapazität des Batteriesystems verschaltet sind. Insbesondere wird dabei eine Mehrzahl von Batteriezellen zu einem Batteriemodul elektrisch verschaltet, wobei mehrere Batteriemodule wiederum zu einem Batteriesystem verschaltet werden.

Als Batteriezellen in einem solchen Batteriesystem werden insbesondere prismatisch ausgebildete Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt. Beim Betrieb der Batteriezellen, insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen, muss sichergestellt werden, dass diese in gewissen Betriebsgrenzen betrieben werden, um eine lange Lebensdauer der Zellen und die Sicherheit des Batteriesystems zu gewährleisten. Hierzu umfasst ein Batteriesystem üblicherweise ein Batteriemanagementsystem, welches zur Überwachung und Regelung des Betriebs des Batteriesystems ausgebildet ist.

Insbesondere sind mehre Sicherheitseinrichtungen für Batteriesysteme beziehungsweise Batteriezellen bekannt, welche beim Auftreten eines Fehlers oder Defektes dazu beitragen, dass keine Gehfährdung von dem Batteriesystem ausgeht.

Beispielsweise können Störungen, wie ein Überladen der Batteriezelle bei einem Ladevorgang, zu einer kritischen Erwärmung der Batteriezelle führen, die in einem thermischen Durchgehen (engl.: „thermal runaway") der Batteriezelle enden kann. Insbesondere setzen dabei ungewollte chemische Reaktionen in der Batteriezelle ein. So kann sich der für den lonentransport zwischen der Anode und der Kathode einer Batteriezelle erforderliche Elektrolyt infolge der kritischen Erwärmung zersetzen und in einen gasförmigen Zustand übergehen.

Um eine derartige Gasbildung bei einer nachladbaren Batteriezelle infolge einer Überladung der Batteriezelle zu verhindern, sind Batteriezellen bekannt, welche eine Überspannungsschutzvorrichtung, auch„Overcharge Safety Device" (OSD) genannt, aufweisen. Eine Batteriezelle mit einer solchen Überspannungsschutzvorrichtung ist beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2011 002 659 AI und DE 10 2012 200 868 AI bekannt.

Nachteiligerweise führt das Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung bislang unmittelbar zum Abschalten der Energiespeichereinheit, insbesondere da hierbei die Batteriezellspannung der betroffenen Zelle unter einen Zellspannungsmindestwert sinkt und ein Absinken einer Batteriezellspannung unter einen Zellspannungsmindestwert einen Fehlerzustand darstellt. Wird eine in einem Elektrofahrzeug eingesetzte Energiespeichereinheit abgeschaltet, führt dies nachteiligerweise zu einem Liegenbleiber des Fahrzeugs. Eine Weiterfahrt ist dann nicht möglich.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Mittel bereitzustellen, die ein verbessertes Betreiben einer Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen ermöglichen. Insbesondere soll dabei das Auftreten eines Abschaltens einer Energiespeichereinheit weiter reduziert werden, sodass an die Energiespeichereinheit angeschlossene elektrische Verbrauchereinrichtungen, insbesondere Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, vorteilhafterweise mit weiter erhöhter Zuverlässigkeit betrieben werden können.

Offenbarung der Erfindung

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen, welche jeweils eine

Überspannungsschutzvorrichtung und eine Zellsicherung umfassen, vorgeschlagen, wobei jeweils eine an einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit anliegende Batteriezellspannung dahingehend überwacht wird, ob diese größer als ein vorgegebener Zellspannungsmindestwert ist, wobei bei einem Abfall der Batteriezellspannung unter den Zellspannungsmindestwert die Energiespeichereinheit abgeschaltet wird, und wobei die Batteriezellen hinsichtlich eines Auslösens der jeweiligen Überspannungsschutzvorrichtung überwacht werden, wobei die Energiespeichereinheit weiter betrieben wird, wenn eine Batteriezellspannung einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit den Zellspannungsmindestwert unterschreitet und dabei das Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung dieser Batteriezelle erkannt wird. Das heißt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Energiespeichereinheit nicht abgeschaltet wird, wenn eine Batteriezellspannung den vorgegebenen Zellspannungsmindestwert unterschreitet und zudem das Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung dieser Batteriezelle erkannt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ausgenutzt, dass bei einer Batteriezelle mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung ein Strom weiterhin über das Gehäuse der Batteriezelle fließen kann. Dabei kommt es immer noch zu einem Spannungsabfall, der von dem Wert des fließenden Stromes sowie den Materialeigenschaften und der Beschaffenheit des Strompfades abhängt, also insbesondere von dem Zellgehäuse, der Überspannungsschutzvorrichtung und der Kontaktfläche der Überspannungsschutzvorrichtung mit dem Zellgehäuse. Dieser Spannungsabfall ist dabei kleiner als der vorgegebene Zellspannungsmindestwert. Anstatt allerdings bei einer Unterschreitung des Zellspannungsmindestwertes die Energiespeichereinheit abzuschalten, was insbesondere bei Elektrofahrzeugen zu einem Liegenbleiber führt, ist es nun vorteilhafterweise ermöglicht, die Energiespeichereinheit weiter zu betreiben, wenn ein Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung erkannt wurde. Hierdurch kann nämlich vorteilhafterweise ausgeschlossen werden, dass die Ursache für die Spannungsunterschreitung ein in der Energiespeichereinheit aufgetretener Überstrom ist. Das weitere Betreiben der Energiespeichereinheit kann dabei insbesondere bei reduzierter Leistung erfolgen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Energiespeichereinheit ein Batteriesystem ist, welches zur Bereitstellung der für den Betrieb eines Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie ausgebildet ist. Als Batteriezellen sind dabei insbesondere sekundäre Batteriezellen, das heißt nachladbare Akkumulatorzellen vorgesehen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen.

Bei derzeit eingesetzten Lithium-Ionen-Zellen liegt ein vorgegebener Zellspannungsmindestwert, welcher üblicherweise im Betrieb einer Batteriezelle nicht unterschritten werden darf, beispielsweise bei 2,8 Volt. Darüber hinaus darf üblicherweise bei einer solchen Batteriezelle ein Zellspannungshöchstwert nicht überschritten werden. Dieser liegt bei derzeit verwendeten Lithium-Ionen-Zellen insbesondere bei 4,2 Volt. Als Überspannungsschutzvorrichtung, auch englisch Overcharge Safety Device oder kurz OSD genannt, ist insbesondere eine in das Zellgehäuse einer Batteriezelle eingesetzte Membran vorgesehen, insbesondere eine in den Deckel des Zellgehäuses einer Batteriezelle eingesetzte Membran, welche elektrisch leitfähig mit dem Pluspol der Batteriezelle verbunden ist. Die Membran ist dabei im fehlerfreien Zustand, also im nicht ausgelösten Zustand, in das Zellgehäuse, also zum Zellinneren hin, gewölbt. Steigt der Druck in der Batteriezelle, so wird die Membran nach außen gedrückt, also vom Zellinneren weg, und kontaktiert eine am Minuspol der Batteriezelle angeordnete Kontaktbrücke elektrisch leitfähig. Die so geschaffene elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Membran und der Kontaktbrücke hat vorteilhafterweise einen geringeren elektrischen Widerstand als der chemisch aktive Teil der Zelle, der beispielsweise als Zellwickel beziehungsweise Jelly Roll ausgebildet sein kann, wodurch der elektrische Strom nicht mehr durch die Batteriezelle sondern über das Zellgehäuse der Batteriezelle fließt. Das heißt es bildet sich ein Kurzschlussstrom aus. Um den sich über das Zellgehäuse und den chemisch aktiven Teil der Batteriezelle ausbildenden Kurzschlussstrom zu unterbrechen, weist die Batteriezelle die Zellsicherung auf. Diese stellt vorteilhafterweise im unausgelösten Zustand eine elektrisch leitfähige Verbindung von dem chemisch aktiven Teil der Batteriezelle zu dem Pluspol beziehungsweise zum Zellgehäuse der Batteriezelle bereit. Beim Auftreten eines Überstroms und somit insbesondere auch beim Auftreten eines Kurzschlussstroms löst die Zellsicherung vorteilhafterweise aus und unterbricht somit die elektrisch leitfähige Verbindung, sodass kein Strom mehr über den chemisch aktiven Teil der Batteriezelle fließt.

Vorteilhafterweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der über die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung fließende Zellstrom auf einen vorbestimmten Stromgrenzwert begrenzt. Hierdurch wird vorteilhafterweise verhindert, dass die Überspannungsschutzvorrichtung, insbesondere die Membran einer Überspannungsschutzvorrichtung, durch einen zu hohen Strom geschädigt wird und somit kein Strom mehr über das Zellgehäuse fließen kann, was insbesondere zu einem Abschalten der Energiespeichereinheit führen würde. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass mittels eines Stromsensors überwacht wird, ob ein Überstrom in der Energiespeichereinheit aufgetreten ist. Als Stromsensor ist hierfür insbesondere ein Hall-Sensor und/oder ein Shunt vorgesehen. Ist ein Überstrom in der Energiespeichereinheit aufgetreten, so ist hierfür eine häufige Ursache ein externer Kurzschluss. Vorteilhafterweise wird die Energiespeichereinheit bei einer Detektion eines Überstromes daher abgeschaltet. Da ein solcher externer Kurzschluss, beispielsweise ein durch Isolationsbeschädigungen an einer Batteriezelle verursachter Kurzschluss, dazu führen kann, dass die Zellsicherung der betroffenen Batteriezelle auslöst, ohne dass der Stromsensor den auftretenden Überstrom erfasst hat, ist das Überwachen hinsichtlich des Auftreten eines Überstroms ein vorteilhaftes zusätzliches Kriterium. Dieses wird dabei vorteilhafterweise zusätzlich zu dem Überwachen des Auslösens einer Überspannungsschutzvorrichtung eingesetzt.

Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Batteriezellen hinsichtlich eines Auslösens der Zellsicherung überwacht werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass überwacht wird, ob die Zellsicherung ausgelöst hat, beispielsweise aufgrund eines durch einen externen Kurzschluss verursachten Überstroms, ohne dass die Überspannungsschutzvorrichtung ausgelöst hat. Dies kann insbesondere durch eine Überwachung der Batteriezellspannung der Batteriezellen erfolgen. Sinkt die Batteriezellspannung einer Batteriezelle auf null Volt, so weist dies darauf hin, dass die Zellsicherung dieser Batteriezelle ausgelöst hat. Insbesondere kann die Zellsicherung eine Schmelzsicherung sein. Hat nur die Zellsicherung ausgelöst, wird die Energiespeichereinheit vorteilhafterweise abgeschaltet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Überwachung des Auslösens der Überspannungsschutzvorrichtung einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit geprüft, ob ein Zellstrom der jeweiligen Batteriezelle ungleich null Ampere ist und eine Batteriezellspannung einen Spannungswert zwischen einem Untergrenzspannungswert und einem Obergrenzspannungswert aufweist, wobei der Obergrenzspannungswert kleiner als der Zellspannungsmindestwert ist und größer als der Untergrenzspannungswert ist. Beispielsweise kann der Untergrenzspannungswert 0,2 Volt, der Obergrenzspannungswert 1,0 Volt und der Zellspannungsmindestwert 2,8 Volt betragen. Sind die Kriterien erfüllt, so heißt das, dass die Zellsicherung ausgelöst hat und die Überspannungsschutzvorrichtung eine elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt hat. Denn damit eine solche innerhalb der Grenzwerte liegende Batteriezellspannung anliegen kann, muss ein Betriebsstrom in der Energiespeichereinheit auftreten und somit insbesondere ein Zellstrom über die betroffene Batteriezelle fließen, der Zellstrom muss somit ungleich null Ampere sein. Der Zellstrom wird dabei vorzugsweise mit einem Stromsensor, insbesondere mit einem Hall-Sensor und/oder einem Shunt, erfasst. Die Überwachung der Batteriezellspannung erfolgt vorzugsweise unter Nutzung von Zellüberwachungseinheiten, insbesondere mittels sogenannter Cell Supervising Circuits, kurz CSC genannt.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei einem erfassten Abfall der Batteriezellspannung einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit unter den Zellspannungsmindestwert die Energiespeichereinheit frühestens nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls abgeschaltet wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Energiespeichereinheit weiterbetrieben wird, wenn innerhalb dieses Zeitintervalls das Auslösen der

Überspannungsschutzvorrichtung dieser Batteriezelle erkannt wird. Vorzugsweise ist das Zeitintervall kleiner als 1 Sekunde. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Zeitintervall zwischen 10 ^"3 Sekunden und 10 ^"2 Sekunden beträgt. Durch das Zeitintervall wird vorteilhafterweise ein zeitlicher Puffer bereitgestellt, welcher vorzugsweise insbesondere derart bemessen ist, dass Faktoren, wie insbesondere ein asynchrones Erfassen von einem Abfall der Batteriezellspannung und des Auslösens der Überspannungsschutzvorrichtung und/oder Signallaufzeiten und/oder Auswertezeiten, kompensiert werden.

Vorteilhafterweise wird ein erkanntes Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit als Ereignis in einen Fehlerspeicher geschrieben, insbesondere wenn die Energiespeichereinheit ein in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug eingesetztes Batteriesystem ist. Hierdurch ist vorteilhafterweise vereinfacht feststellbar, dass die entsprechende Batteriezelle oder gegebenenfalls das gesamte Batteriemodul auszutauschen ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass ein erkanntes Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung einer Batteriezelle der Energiespeichereinheit signalisiert wird, vorzugsweise visuell über eine Anzeigevorrichtung und/oder akustisch. Insbesondere bei einer in einem Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeug eingesetzten Energiespeichereinheit ist vorgesehen, dass im Rahmen der Signalisierung eine entsprechende Meldung auf eine Anzeigevorrichtung des Fahrzeugs im Sichtbereich des Fahrzeugführers erzeugt wird.

Insbesondere ist ferner vorgesehen, dass beim Erkennen eines Auslösens einer Überspannungsschutzvorrichtung einer Batteriezelle einer in einem Elektrofahrzeug eingesetzten Energiespeichereinheit das Fahrzeug in einen sogenannten Limp-Home-Mode geschaltet wird, welcher zumindest noch das Zurücklegen einer bestimmten Wegstrecke mit der defekten Batteriezelle ermöglicht, insbesondere um eine Werkstatt ansteuern zu können.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen vorgeschlagen, wobei das

Batteriemanagementsystem ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Hierzu umfasst das Batteriemanagementsystem insbesondere eine Steuereinheit, beispielsweise eine Mikrocontrollerschaltung. Die Erfassung von Batteriezellspannungen erfolgt dabei vorteilhafterweise mittels sogenannter Zellüberwachungseinheiten, welche erfasste Batteriezellspannungswerte an das Batteriemanagementsystem, insbesondere an die Steuereinheit liefert. Strom messwerte werden vorteilhafterweise mit Hall-Sensoren und/oder Shunts erfasst und ebenfalls dem Batteriemanagementsystem, insbesondere der Steuereinheit, zur Auswertung bereitgestellt. Zum Überprüfen, ob bestimmte Grenzwerte eingehalten werden, ist insbesondere wenigstens eine sogenannte Komparatoreinheit vorgesehen. Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird des Weiteren eine Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen und einem Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Energiespeichereinheit vorgeschlagen, wobei das Batteriemanagementsystem als erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem ausgebildet ist. Das heißt, dass das Batteriemanagementsystem der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit insbesondere ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Vorteilhafterweise ist die Energiespeichereinheit eine zur Bereitstellung der für den Betrieb eines Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugs erforderlichen elektrischen Energie ausgebildete Energiespeichereinheit, insbesondere ein Batteriesystem. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise sekundäre Batteriezellen, das heißt nachladbare Akkumulatorzellen, vorzugsweise Lithium- Ionen-Zellen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. la in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine im Stand der Technik bekannte Batteriezelle mit einer nicht ausgelösten Überspannungsschutzvorrichtung; Fig. lb in einer schematischen Darstellung die in Fig. la dargestellte

Batteriezelle mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung;

Fig. 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für eine Batteriezelle mit nicht ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung; ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für eine Batteriezelle mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung;

Fig. 4 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild für eine Batteriezelle mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung und ausgelöster Zellsicherung; und Fig. 5 in einer vereinfachten Darstellung einen Zellstrom- und ein Zellspannungsverlauf einer Batteriezelle während des Betriebs einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit; und

Fig. 6 in einer vereinfachten schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit.

Fig. la und Fig. lb zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel für eine im Stand der Technik bekannte Batteriezelle 1. Eine solche Batteriezelle 1 kann insbesondere eine Batteriezelle einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit sein. Die Batteriezelle 1 ist dabei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine als prismatische Zelle ausgebildete Lithium-Ionen-Zelle.

Die Batteriezelle 1 weist dabei ein metallisches Zellgehäuse 2 auf. In das Zellgehäuse 2 ist eine Elektrodenanordnung 5 eingebracht, beispielsweise ein Zellwickel, welcher auch„Jelly Roll" genannt wird. Die Kathode und die Anode der Elektrodenanordnung 5 werden dabei über Stromkollektoren 9, 10 mit einer ersten Elektrode 3 und einer zweiten Elektrode 4, welche als Zellterminal aus dem Zellgehäuse 2 ragen, kontaktiert.

Die Batteriezelle 1 umfasst ferner eine Überspannungsschutzvorrichtung, welche insbesondere auch als„Overcharge Safety Device" bezeichnet wird. Steigt der Druck innerhalb des Zellgehäuses 2, beispielsweise infolge der durch ein Überladen der Batteriezelle hervorgerufenen kritischen Erwärmung der Batteriezelle 1, so löst die Überspannungsschutzvorrichtung 6 aus, wie in Fig. lb dargestellt. Die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung 6' bildet dabei eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 über das Zellgehäuse 2 aus. Die Überspannungsschutzvorrichtung 6 der Batteriezelle 1 umfasst dabei insbesondere eine in eine Zellgehäuseöffnung eingebrachte Membran 8 sowie eine Kontaktbrücke 7. Im nicht ausgelösten Zustand ist die Membran 8 dabei zum Zellinneren hin gewölbt, wie in Fig. la dargestellt. Erhöht sich der Druck im Inneren des Zellgehäuses 2, so wölbt sich die Membran 8 nach außen bis die Membran 8 die Kontaktbrücke 7 elektrisch leitfähig kontaktiert, wie in Fig. lb dargestellt. Hierbei bildet sich üblicherweise ein Kurzschlussstrom über die Elektrodenanordnung 5 und das Zellgehäuse 2 aus, welcher zu einem Auslösen der Zellsicherung 11 der Batteriezelle 1 führt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 bis Fig. 5 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren näher erläutert. In Fig. 2 bis Fig. 4 ist dabei jeweils ein vereinfachtes

Ersatzschaltbild einer Batteriezelle 1 dargestellt. Eine Ersatzspannungsquelle 12 repräsentiert dabei die von der Batteriezelle 1 bereitstellbare Spannung. Der Innenwiderstand der Batteriezelle 1, der maßgeblich durch die Elektrodenanordnung der Batteriezelle, beispielsweise den Zellwickel bestimmt wird, ist in dem jeweiligen Ersatzschaltbild durch einen Ersatzwiderstand 13 dargestellt. Die in Fig. 2 bis Fig. 4 als Ersatzschaltbild dargestellte Batteriezelle 1 umfasst eine erste Elektrode 3 und eine zweite Elektrode 4, über welche die Batteriezelle 1 mit weiteren, in Fig. 2 bis Fig. 4 nicht dargestellten Batteriezellen zu einer Energiespeichereinheit verschaltet ist. Insbesondere sind mehrerer solcher in Fig. 2 als Ersatzschaltbild dargestellten Batteriezellen 1 dabei in

Reihenschaltung und/oder in Parallelschaltung elektrisch miteinander verschaltet und bilden somit eine Energiespeichereinheit. Die Batteriezelle 1 umfasst ferner eine Überspannungsschutzvorrichtung 6 und eine Zellsicherung 11, insbesondere eine Schmelzsicherung.

In Fig. 2 ist dabei ein normaler, fehlerfreier Betrieb der Batteriezelle 1 innerhalb einer Energiespeichereinheit dargestellt. In Fig. 3 ist die Batteriezelle 1 mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung 6' dargestellt. In Fig. 4 ist die Batteriezelle 1 mit ausgelöster Überspannungsschutzvorrichtung 6' und ausgelöster Zellsicherung 11' dargestellt. Fig. 5 zeigt dabei beispielhaft den

Verlauf des Zellstroms 15 sowie der Batteriezellspannung 14. Der Abschnitt A ist dabei Fig. 2 zugeordnet, der Abschnitt B Fig. 3 und der Abschnitt C Fig. 4 zugeordnet. Die Achsen 20, 23 in Fig. 5 repräsentieren die Zeitwerte, die Achse 21 die Spannungswerte und die Achse 22 die Stromwerte.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten fehlerfreien Betrieb fällt zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 der Batteriezelle 1 eine Batteriezellspannung 14 ab und es fließt ein Zellstrom 15 von der ersten Elektrode 3 zu der zweiten Elektrode 4 oder umgekehrt über den Innenwiderstand 13. In Fig. 5 sind hierzu in dem Abschnitt A beispielhaft ein Verlauf der Batteriezellspannung 14 und des Zellstroms 15 dargestellt. Im Normalbetrieb ist die Batteriezellspannung 14 dabei größer als ein vorbestimmter Zellspannungsmindestwert 16, welcher in dem Ausführungsbeispiel mit 2,8 Volt festgelegt ist. Darüber hinaus ist im Normalbetrieb die Batteriezellspannung 14 kleiner als ein vorbestimmter Zellspannungshöchstwert, welcher in dem Ausführungsbeispiel mit 4,2 Volt festgelegt ist. Innerhalb dieser Grenzwerte wird insbesondere ein Tiefenentladen und ein Überladen der Batteriezelle 1 verhindert.

Der Verlauf des Zellstroms 15 hängt insbesondere davon ab, ob die Batteriezelle 1 geladen wird oder ob der Batteriezelle 1 Energie entnommen wird. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei jeweils die an einer Batteriezelle 1 der Energiespeichereinheit anliegende Batteriezellspannung 14 dahingehend überwacht, ob diese größer als der vorgegebene Zellspannungsmindestwert 16, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel also größer als 2,8 Volt, ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass bei einem Abfall der Batteriezellspannung 14 unter den Zellspannungsmindestwert 16 die Energiespeichereinheit abgeschaltet wird. Allerdings erfolgt ein Weiterbetreiben der Energiespeichereinheit, wenn zusätzlich zu einem Abfall der Batteriezellspannung 14 unter den Zellspannungsmindestwert 16 ein Auslösen der

Überspannungsschutzvorrichtung 6 der Batteriezelle 1 erkannt wird.

In Fig. 3 ist beispielhaft dargestellt, dass die Überspannungsschutzvorrichtung 6 ausgelöst hat. In Fig. 3 ist dazu die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung mit dem Bezugszeichen 6' dargestellt. Aufgrund des Auslösens der Überspannungsschutzvorrichtung 6 bildet sich ein Kurzschlussstrom als Zellstrom 15 innerhalb der Batteriezelle 1 aus. Die Batteriezellspannung 14 bricht dabei ein, was in dem Abschnitt B in Fig. 5 dargestellt ist. Der in Fig. 5 dargestellte Abschnitt B, bei dem der Batteriezellspannung 14 einen Wert von 0 Volt annimmt und der Zellstrom 15 betragsmäßig ansteigt, hält dabei wenige Millisekunden an, dann löst der aufgrund des Kurzschlusses größer werdende Zellstrom 15 die Zellsicherung 11 aus, was in Fig. 4 beispielhaft dargestellt ist.

Aufgrund der ausgelösten Zellsicherung 11' fließt kein Strom mehr über die Batteriezelle 1 beziehungsweise die durch den Innenwiderstand 13 repräsentierte Elektrodenanordnung der Batteriezelle 1, sondern es fließt ein Zellstrom 15 über das Zellgehäuse der Batteriezelle 1 und die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung 6'. Aufgrund der nicht widerstandslosen elektrisch leitfähigen Verbindung über das

Zellgehäuse und die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung 6' fällt zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 eine Batteriezellspannung 14 ab. Diese Batteriezellspannung 14 ist, wie in Fig. 5 in dem Abschnitt C dargestellt, größer als 0 Volt aber kleiner als der Zellspannungsmindestwert 16. Insbesondere nimmt die Batteriezellspannung

Werte zwischen einem vorbestimmten Untergrenzspannungswert 19 und einem Obergrenzspannungswert 18 an.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Batteriezellspannung überwacht wird, wird dabei vorteilhafterweise das Auslösen der

Überspannungsschutzvorrichtung 6 und der Zellsicherung 11 erkannt, sodass trotz eines Abfalls der Batteriezellspannung 14 unter den Zellspannungsmindestwert 16 die Energiespeichereinheit nicht abgeschaltet wird.

Dabei wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst der Abfall der Batteriezellspannung 14 unter den Zellspannungsmindestwert nach dem Auslösen der Überspannungsschutzvorrichtung 6, also bei dem Übergang von Abschnitt A zu Abschnitt B, erkannt. Innerhalb eines Zeitintervalls, das größer ist, als der in Fig. 5 gezeigte Abschnitt B, wird einerseits geprüft, ob der Zellstrom 15 einen von Null Ampere verschiedenen Wert angenommen hat. Zudem wird geprüft, ob die Batteriezellspannung 14 zwischen dem Untergrenzspannungswert 19 und dem Obergrenzspannungswert 18 liegt. Da beide Voraussetzungen erfüllt sind, ist festgestellt, dass die Überspannungsschutzvorrichtung 6 und die Zellsicherung 11 ausgelöst haben. Die Energiespeichereinheit wird somit mit der defekten Batteriezelle 1 weiter betrieben.

Insbesondere um zu verhindern, dass die ausgelöste Überspannungsschutzvorrichtung 6' durch einen zu hohen Zellstrom 15 geschädigt wird, erfolgt eine Reduktion des maximal zulässigen Stromes der Energiespeichereinheit und somit eine Reduzierung des Zellstromes 15 auf einen vorbestimmten Stromgrenzwert 24. Diese Reduzierung ist in Fig. 5 beispielhaft durch den Pfeil 25 dargestellt. Vorteilhafterweise ist somit die Energiespeichereinheit weiter betreibbar.

In Fig. 6 ist in einer vereinfachten schematischen Darstellung eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 26 dargestellt. Diese ist als Batteriemodul ausgebildet und umfasst eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen 1, welche insbesondere wie im Zusammenhang mit Fig. la und Fig. lb erläutert ausgebildet sein können. Die Batteriezellen 1 sind dabei elektrisch miteinander verschaltet, insbesondere elektrisch in Reihe verschaltet. Hierzu sind die Batteriezellen 1 über in den Batteriemoduldeckel 27 integrierte Zellverbinder elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Darüber hinaus ist ein Batteriemanagementsystem, welches in Fig. 6 nicht explizit dargestellt ist, in den Batteriemoduldeckel 27 integriert, wobei das Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs der Energiespeichereinheit 26 ausgebildet ist. Insbesondere ist das Batteriemanagementsystem ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren, insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren wie im Zusammenhang mit Fig. 2 bis Fig. 5 erläutert, auszuführen.

Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.