BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest zwei Batteriezellen, welche mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes miteinander verschaltet sind, und einer übergeordneten Steuereinrichtung, wobei jede der Batteriezellen zumindest ein galvanisches Element, ein Batteriezellengehäuse zum Aufnehmen des galvanischen Elementes, zumindest eine Sensorein- richtung zum Erfassen einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Batteriezelle und eine Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit der übergeordneten Steuereinrichtung aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie. Es ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, einzelne Batteriezellen zu Batterien beziehungsweise Batteriesystemen elektrisch zu verschalten und mechanisch sicher zu fixieren. Diese Batterien werden heutzutage insbesondere als Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen, beispielsweise in Elektro- o- der Hybridfahrzeugen, zum Antreiben der Kraftfahrzeuge eingesetzt. Beim Einsatz der Batterien in Kraftfahrzeugen müssen diese jedoch gewisse Anforderungen erfüllen. Da die Traktionsbatterien einige hundert Volt bereitstellen können, müssen besondere Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden, um beispielsweise eine Gefährdung von Personen zu vermeiden. Außerdem muss eine hohe Verfügbarkeit der Batterie gewährleistet werden. Diese Ver- fügbarkeit ist insbesondere abhängig von einem Schädigungsgrad beziehungsweise einer Alterung der Batterie. Da die Batteriezellen fertigungsbedingt Schwankungen in ihrer Kapazität sowie in ihrem Innenwiderstand aufweisen, werden sie in der Regel unterschiedlich schnell geladen und entladen. Dabei kann es zu einer Schädigung der Batterie kommen, wenn einzel- ne Zellen beispielsweise tiefenentladen oder überladen werden. Eine Schädigung beziehungsweise ein Ausfall einer Batteriezelle kann dabei insbesondere in einer Reihenschaltung der Batteriezellen einen Ausfall der gesamten Batterie zur Folge haben. Um eine Batterie oder einzelne Batteriezellen zu überwachen, sind aus dem Stand der Technik Maßnahmen bekannt. So zeigt die DE 10 2010 01 1 740 A1 eine Batterie, bei welcher ein Zustand einzelner Batteriezellen von Sensoren erfasst und drahtlos an eine übergeordnete Zent- raleinheit versendet wird. In der WO 2012/034045 A1 ist ein Batterieüberwachungssystem beschrieben, bei welchem eine Messeinrichtung an oder in einer Batteriezelle angebracht wird. Auch die WO 2004/047215 A1 offenbart ein Batteriemanagementsystem, bei welchem zur Verlängerung der Lebensdauer der Batterie physikalische Eigenschaften derselben überwacht wer- den.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders zuverlässige Batterie mit einer hohen Lebensdauer und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.

Die erfindungsgemäße Batterie weist zumindest zwei Batteriezellen und eine übergeordnete Steuereinrichtung auf. Die zumindest zwei Batteriezellen sind mittels zumindest eines elektrischen Verbindungselementes miteinander verschaltet. Jede der Batteriezellen umfasst zumindest ein galvanisches Ele- ment, ein Batteriezellengehäuse zum Aufnehmen des galvanischen Elementes, zumindest eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Batteriezelle und eine Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit der übergeordneten Steuereinrichtung. Darüber hinaus ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausge- legt, in Abhängigkeit von den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezellen einen Energiefluss in zumindest eine der Batteriezellen und/oder aus zumindest einer der Batteriezellen zu steuern.

Das galvanische Element jeder der Batteriezellen ist insbesondere als eine Sekundärzelle ausgestaltet, welche zum Versorgen einer elektrischen Komponente entladbar und nach der Entladung wieder aufladbar ist. Das galvanische Element umfasst dabei in an sich bekannter Weise zwei Elektroden und einen Elektrolyt. Das galvanische Element ist in dem Batteriezellengehäuse angeordnet, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das galva- nische Element kann gegenüber dem Batteriezellengehäuse elektrisch isoliert sein. Dazu kann beispielsweise ein isolierendes Material zwischen einer Innenseite einer Wand der Batteriezellengehäuses und dem galvanischen Element angeordnet sein. Das Batteriezellengehäuse weist zwei Anschlüsse auf, wobei jeweils eine Elektrode des galvanischen Elementes elektrisch mit jeweils einem Anschluss gekoppelt ist.

Zum elektrischen Verschalten der Batteriezellen wird zumindest ein Anschluss einer ersten der Batteriezellen mit einem Anschluss einer zweiten der Batteriezellen mittels des elektrischen Verbindungselementes verbunden. Das elektrische Verbindungselement kann beispielsweise als eine Stromschiene ausgestaltet sein. Dabei können die Batteriezellen elektrisch parallel und/oder elektrisch seriell verschaltet werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass einzelne Batteriezellen zu Batteriemodulen verschaltet werden und die Batteriemodule zu der Batterie verschaltet werden.

Die zumindest eine Sensoreinrichtung jeder der Batteriezellen dient zum Erfassen von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezelle. Die zumindest eine Sensoreinrichtung kann beispielsweise als ein Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur innerhalb des Batteriezellengehäuses und/oder als ein Drucksensor zum Erfassen eines Druckes innerhalb des Batteriezellengehäuses und/oder als ein chemischer Sensor zum Erfassen einer chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten ausgestaltet sein.

Die Kommunikationseinrichtung jeder der Batteriezellen kann beispielsweise als eine Drahtlosübertragungseinrichtung, beispielsweise eine Funkantenne ausgestaltet sein, welche Daten an die übergeordnete Steuereinrichtung und/oder an die Kommunikationseinrichtung einer anderen Batteriezelle der Batterie versendet und/oder von der übergeordneten Steuereinrichtung und/oder der Kommunikationseinrichtung einer anderen Batteriezelle empfängt. Solche Daten können beispielsweise die von der zumindest einen Sensoreinrichtung der jeweiligen Batteriezelle erfassten Eigenschaften umfassen. Die Daten können beispielsweise über Bluetooth oder WLAN, aber auch über Ultraschall oder Lichtpulse versendet und/oder empfangen werden.

Um die drahtlose Datenübertragung besonders sicher zu gestalten, kann als eine sichere Funkverbindung eine verschlüsselte, elektromagnetisch verträg- liehe Drahtlosverbindung für einen bidirektionalen Datenaustausch, beispielsweise zwischen den Batteriezellen und der übergeordneten Steuereinrichtung, bereitgestellt werden. Mittels einer Drahtlosübertragung können die Daten besonders schnell und flexibel übertragen werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Daten mittels Datenmodulation leitungsgebunden, beispielsweise über Ethernet, übertragen werden. Dazu kann die Leitung beispielsweise mit den Batteriezellenanschlüssen und der übergeordneten Steuereinrichtung verbunden sein. Mittels der leitungsge- bundenen Übertragung kann in vorteilhafter Weise ein zuverlässiger und störungsfreier verschlüsselter Datenaustausch umgesetzt werden.

Eine mit zumindest einer Sensoreinrichtung und einer Kommunikationseinrichtung versehene Batteriezelle kann auch als Intelligente Batteriezelle be- ziehungsweise Smart Cell bezeichnet werden.

Die zumindest eine Sensoreinrichtung und die Kommunikationseinrichtung der jeweiligen Batteriezelle können dabei bevorzugt in einem Halbleiterchip integriert werden. Dieser hoch integrierte intelligente Halbleiterchip wird auch als Ein-Chip-System beziehungsweise System-on-a-Chip (SoP) bezeichnet. Durch diese Miniaturisierung können die zumindest eine Sensoreinrichtung und die Kommunikationseinrichtung besonders platzsparend innerhalb oder außerhalb des Batteriezellengehäuses der jeweiligen Batterie angeordnet werden. So kann der Halbleiterchip beispielsweise in einem Hohlraum inner- halb des Batteriezellengehäuses, welcher sich beispielsweise zwischen einer Innenseite der Wand des Batteriezellengehäuses und dem galvanischen Element befindet, angeordnet werden. Dabei kann der Halbleiterchip thermisch mit dem Batteriezellengehäuse gekoppelt werden, sodass Wärme, welche im Betrieb des Halbleiterchips entsteht, an das Batteriezellengehäuse und weiter an die Umgebung abgeführt werden kann. Außerhalb des Batteriezellengehäuses kann der Halbleiterchip besonders platzsparend zwischen den, insbesondere erhabenen beziehungsweise exponierten, Anschlüssen des Batteriezellengehäuses angeordnet werden. Der Halbleiterchip kann zusätzlich mit einer Sicherheitsfunktion beziehungsweise einer Security-Funktion ausgestattet sein. So kann beispielsweise sichergestellt werden kann, dass es sich bei der Batteriezelle um einen von einem sogenannten Erstausrüster (OEM - Original Equipment Manufacturer) bereitgestellten Energiespeicher handelt. Außerdem können individuelle Identifikationsnummern, sogenannte IDs, und weitere Informationen für jede Batteriezelle elektronisch hinterlegt werden. Darüber hinaus kann der Halbleiterchip mit der Sicherheitsfunktion dazu verwendet werde, einen Missbrauch oder eine vorsätzliche Zerstörung der Batteriezelle zu detektieren. Wenn der Halbleiterchip nämlich innerhalb des Batteriezellengehäuses angeordnet ist, müsste die Batteriezelle zerstört werden, um den Halbleiterchip zu entfernen. Dies kann von dem Halbleiterchip erkannt werden. Daraufhin kann der Halbleiterchip beispielsweise nicht-reversibel deaktiviert werden. Die übergeordnete Steuereinrichtung kann als ein Smart Cell Controller ausgestaltet sein. Dabei ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt, beispielsweise 12-Bit Adressen per drahtloser Kommunikation über eine Distanz von beispielsweise fünf Metern und mehr anzusprechen und Datensätze auszutauschen. Die übergeordnete Steuereinrichtung kann auch einen Spei- eher aufweisen, in welchem die Daten hinterlegt werden können. Auch kann die übergeordnete Steuereinrichtung mit einem Batteriemanagementsystem kommunizieren.

Die Steuereinrichtung ist nun dazu ausgelegt, den Energiefluss aus zumin- dest einer der Batteriezellen, also ein Entladen zumindest einer der Batteriezellen, und/oder den Energiefluss in zumindest eine der Batteriezellen, also ein Laden zumindest einer der Batteriezellen, in Abhängigkeit von den er- fassten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezellen zu steuern. Dabei kann es vorgesehen sein, dass zum Steuern des Energieflusses in oder aus einer der Batteriezellen nur die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften dieser einen Batteriezelle oder auch die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der anderen Batteriezellen der Batterie berücksichtigt werden. Durch das individuelle Steuern der Energieflüsse jeder der Batteriezellen, welche in der Regel fertigungsbedingt Schwankungen in ihrer Kapazität sowie in ihrem Innenwiderstand aufweisen, kann insbesondere ein Tiefenentladen oder Überladen der Batteriezellen und damit eine Schädigung der gesamten Batterie vermieden werden. Somit kann eine Lebensdauer und damit eine Verfügbarkeit der Batterie deutlich verlängert werden.

Bevorzugt weist jede der Batteriezellen eine Speichereinrichtung beziehungsweise einen elektronischen Speicher zum Speichern der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Batteriezelle auf. Dabei ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von den gespeicherten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezellen den Energiefluss zu steuern. Diese Speichereinrichtung kann in vorteilhafter Weise gemeinsam mit der zumindest einen Sensoreinrichtung und der Kommunikationseinrichtung in den Halbleiterchip integriert sein. Dabei kann die Speichereinrichtung mit der zumindest einen Sensoreinrichtung kommunizieren, sodass die erfassten Daten der zumindest einen Sensoreinrichtung an die Speichereinrichtung übertragen werden können. Somit kann eine Historie der Batteriezelle mit den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezelle über die Lebenszeit der Batteriezelle angelegt werden. Solche Eigenschaften können beispielsweise ein Ladezustand (SoC - State of Charge), ein Gesundheitszustand (SoH - State of Health), Maximalstromwerte, sogenannte Strom-Peaks, oder Stromverläufe der jeweiligen Batteriezelle umfassen. Somit kann eine Batteriezelle über die gesamte Lebenszeit überwacht werden und somit in vorteilhafter Weise ein Energiefluss auch an die Lebensdauer beziehungsweise eine Alterung der jeweiligen Batteriezelle angepasst werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das elektrische Verbindungselement zumin- dest eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Zustandsgröße des elektrischen Verbindungselementes und eine Kommunikationseinrichtung zum Kommunizieren mit der übergeordneten Steuereinrichtung aufweist, und die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den Energiefluss in Abhängigkeit von der erfassten Zustandgröße zu steuern. Eine solche Zu- Standsgröße kann ein Strom über das elektrische Verbindungselement und/oder eine Temperatur und/oder ein elektrisches Potential und/oder eine mechanische Dehnung und/oder eine mechanische Biegung sein. Mittels der Sensoreinrichtung, welche insbesondere in das etwa als Stromschiene ausgestaltete elektrische Verbindungselement integriert ist, können somit in vor- teilhafter Weise auch Interaktionen zwischen den einzelnen Batteriezellen erfasst werden.

Bevorzugt weist jede der Batteriezellen zumindest eine Schalteinrichtung auf, mittels welcher eine Elektrode des galvanischen Elementes und ein An- schluss der jeweiligen Batteriezelle elektrisch gekoppelt sind und mittels welcher ein Stromfluss zwischen dem galvanischen Element und dem An- schluss der jeweiligen Batteriezelle steuerbar ist. Außerdem ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt, als den Energiefluss den Stromfluss zwischen der Elektrode und dem Anschluss zumindest einer der Batte- riezellen zu steuern. Dabei kann jede der Elektrode mittels des Schaltele- mentes mit dem jeweiligen Anschluss gekoppelt sein oder nur eine der beiden Elektrode mittels der Schalteinrichtung mit dem jeweiligen Anschluss gekoppelt sein.

Die Schalteinrichtung ist bevorzugt als elektronisches Schaltelement beziehungsweise ein Halbleiterschalter ausgestaltet, bei welchem ein Stromfluss über das elektronische Schaltelement mittels einer Steuerspannung an dem elektronischen Schaltelement steuerbar ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass ein elektrischer Widerstand zwischen der Elektrode und dem Anschluss durch Vorgeben einer entsprechenden Steuerspannung verändert werden kann. Dabei ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das elektronische Schaltelement anzusteuern, also beispielsweise die entsprechende Steuerspannung vorzugeben.

Das Schaltelement, welches beispielsweise als ein Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder als ein IGBT (insulated gate bipolar transistor) ausgestaltet sein kann, kann abhängig von der Steuerspannung in verschiedenen Bereichen betrieben werden. Wenn das elektro- nische Schaltelement in einem Sperrbereich betrieben wird, also wenn die Steuerspannung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet, sperrt beziehungsweise blockiert das elektronische Schaltelement einen Stromfluss zwischen der Elektrode und dem jeweiligen Anschluss. Wenn das elektronische Schaltelement in einem linearen Bereich beziehungsweise einem Trio- denbereich betrieben wird, so kann durch Erhöhen der Steuerspannung der Stromfluss linear erhöht werden. Wenn das elektronische Schaltelement in einem Sättigungsbereich betrieben wird, so kann zwischen dem Anschluss und der Elektrode ab einer bestimmten Steuerspannung ein konstanter, maximaler Strom fließen. Die Steuereinrichtung ist nun dazu ausgelegt, die Steuerspannung in Abhängigkeit der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft der Batteriezelle für das elektronische Schaltelement vorzugeben.

Wenn beispielsweise von der Sensoreinrichtung einer der Batteriezellen ein erhöhter Innendruck oder eine erhöhte Temperatur in dem Batteriezellengehäuse erfasst wurde, welche beispielsweise auf einen Defekt der Batteriezelle hindeuten, so kann die übergeordnete Steuereinrichtung die Schalteinrichtung dieser Batteriezelle in dem Sperrbereich betreiben und damit einen Stromfluss zwischen den Elektroden und den Anschlüssen dieser Batterie- zelle in vorteilhafter Weise sperren.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist jede der Batteriezellen jeweils eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, in Abhän- gigkeit von der erfassten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft einen Schädigungsgrad der jeweiligen Batteriezelle zu ermitteln. Die übergeordnete Steuereinrichtung und/oder die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, den Stromfluss zwischen der Elektrode und dem Anschluss der jeweiligen Batteriezelle in Abhängigkeit von dem Schädigungsgrad der jeweiligen Batteriezelle zu steuern. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise als ein Mirkocontroller ausgeführt sein und ebenfalls in den Halbleiterchip integriert sein. Somit können Sensordaten sofort innerhalb der Batteriezelle ausgewertet werden und beispielsweise nur dann an die übergeordnete Steuereinrichtung übertragen werden, wenn die ausgewerteten Sensordaten außerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereiches liegen.

Die Auswerteeinrichtung ist also bevorzugt dazu ausgelegt, in Abhängigkeit der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften den Schädigungsgrad beziehungsweise eine Alterung der jeweiligen Batteriezelle zu ermitteln. Dieser Schädigungsgrad wird der übergeordneten Steuereinrichtung über die Kommunikationseinrichtung kommuniziert, welche daraufhin den Stromfluss durch Ansteuern des Schaltelementes insbesondere begrenzt. Auch kann es vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung selbst den Stromfluss durch Ansteuern der Schalteinrichtung begrenzt. Somit kann ein die Lebensdauer verlängernder, schonender Betrieb für die jeweilige Batteriezelle bereitgestellt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die Sensoreinrichtungen jeder der Batteriezellen dazu ausgelegt, einen Ladezustand der jeweiligen Batte- riezelle zu erfassen. Die übergeordnete Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, die Ladezustände der Batteriezellen miteinander zu vergleichen und bei Überschreitung einer vorgegebenen Abweichung der Ladezustände den Energiefluss in zumindest eine der Batteriezellen und/oder aus zumindest einer der Batteriezellen zum Angleichen der Ladezustände zu steuern. Durch die Erfassung der Ladezustände beziehungsweise der Kapazitäten und den Vergleich der einzelnen Ladezustände beziehungsweise der Kapazitäten der Batteriezellen untereinander kann ein Ladezustandsausgleich, ein sogenanntes Balancing, durchgeführt werden. Die Ladezustände können beispielsweise durch Erfassen der Batteriezellspannungen ermittelt werden. Beim Lade- zustandsausgleich wird ein Energiefluss zumindest einer der Batteriezellen solange gesteuert, bis alle Batteriezellen - unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzen - den gleichen Ladezustand aufweisen. Durch das Balan- cing ergibt sich der Vorteil, dass die Lebensdauer der Batteriezellen und da- mit der gesamten Batterie erhöht wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist jede der Batteriezellen ein insbesondere thermisch mit dem jeweiligen Batteriezellengehäuse gekoppeltes Widerstandselement auf. Die übergeordnete Steuereinrichtung ist dazu aus- gelegt, bei der Überschreitung der vorgegebenen Abweichung das Widerstandselement zumindest einer der Batteriezellen zum Angleichen der Ladezustände mit den Elektroden des galvanischen Elementes der jeweiligen Batteriezelle elektrisch zu verbinden. Hier wird ein sogenanntes passives beziehungsweise dissipatives Balancing durchgeführt, bei welchem diejenige Bat- teriezelle oder diejenigen Batteriezellen, die einen im Vergleich zu anderen Batteriezellen höheren Ladezustand aufweist oder aufweisen, gezielt über das Widerstandselement entladen werden. Die Energie der jeweiligen Batteriezelle wird dabei über das Widerstandselement in Wärme umgewandelt. Anders ausgedrückt werden die Batteriezellen auf dasselbe Spannungsni- veau beziehungsweise den selben Ladezustand balanciert.

Dazu ist die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Widerstandselement derjenigen Batteriezelle beziehungsweise derjenigen Batteriezellen, welche den im Vergleich zu den anderen Batteriezellen erhöhten Ladezustand aufweist beziehungsweise aufweisen, an die Elektroden des galvanischen Elementes anzuschließen. Dazu kann das Widerstandelement beispielsweise über zumindest ein Schaltelement mit den Elektroden des galvanischen Elementes elektrisch verbindbar sein, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, das Schaltelement zum Balancieren zu schließen. Das Widerstandselement ist dabei insbesondere innerhalb des Batteriezellengehäuses, und damit besonders platzsparend, angeordnet und mit dem Batteriezellengehäuse thermisch gekoppelt. Da das Widerstandselement die Energie des galvanischen Elementes zum Entladen der Batteriezelle in Wärme umwandelt, kann diese Wärme in vorteilhafter Weise an das Batte- riezellengehäuse und weiter an die Umgebung der Batteriezelle abgegeben werden. Somit kann verhindert werden, dass sich eine Temperatur innerhalb des Batteriezellengehäuses zu sehr erhöht.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die zumindest zwei Battehezellen mittels des elektrischen Verbindungselementes seriell verschaltet sind und zumindest eine Seitenwand eines ersten der Batteriezellengehäuse und zumindest eine Seitenwand eines zweiten der Batteriezellengehäuse ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen und die übergeordnete Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, bei der Überschreitung der vorgegebenen Abweichung eine kapazitive Energieübertragung zwischen den Seitenwänden der Batteriezellengehäuse zum Angleichen der Ladezustände zu steuern. Hier wird ein sogenanntes aktives Balancing durchgeführt. Dabei wird in vorteilhafter Weise Energie einer höher geladenen Batteriezelle an eine niedriger geladene Batteriezelle abgegeben. Es wird also die höher geladene Batteriezelle entladen und die niedriger geladene Batteriezelle mit der Energie der höher geladenen Batteriezelle geladen. Dabei sind die seriell verschalte- ten Batteriezellen derart zueinander angeordnet, dass mittels der elektrisch leitfähigen Seitenwände zweier benachbarter Batteriezellengehäuse ein Plattenkondensator gebildet wird, über welchen kapazitiv Energie durch Erzeugung eines elektrischen Wechselfeldes in dem Plattenkondensator übertragen wird. Dabei bilden die elektrisch leitfähigen Seitenwände die Elektroden des Plattenkondensators. Zwischen den Seitenwänden kann sich eine elektrische Isolierungen befinden, welche das Dielektrikum zwischen den Elektroden des Plattenkondensators ausbildet. Dabei können die Seitenwände entweder mit dem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einer Folie, beschichtet sein, oder aus dem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium, hergestellt sein.

Durch die Serienschaltung beziehungsweise die verkettete Anordnung der Batteriezellen und damit der Plattenkondensatoren kann somit Energie dynamisch von einer Batteriezelle auf eine benachbarte Batteriezelle übertra- gen werden. Der große Vorteil bei einer kapazitiven Energieübertragung, welcher auf einen Verschiebungsstrom infolge des veränderlichen elektrischen Feldes beruht, ist, dass nahezu keine Verluste, beispielsweise in Form von Wärme, auftreten. Insgesamt ist durch die Erfindung eine Batterie gezeigt, welche eine Zusammenschaltung aus Batteriezellen beziehungsweise Smart Cells aufweist. Jede der Smart Cells ist mit einer Intelligenz, beispielsweise in Form von Sensoreinrichtungen, Auswerteeinrichtungen und Kommunikationseinrichtungen, ausgestattet, durch welche jederzeit Informationen über die jeweilige Zelle zur Verfügung stehen und somit ein Zustand der Batteriezellen jederzeit bekannt ist. Durch die Integration der Intelligenz in einen Halbleiterchip ist jede der Smart Cells als ein hoch integrierter, kompakter Energiespeicher ausgestaltet. Bevorzugt sind die Sensoreinrichtungen, Auswerteeinrichtun- gen und Kommunikationseinrichtungen als Ultra-Low-Power-Komponenten ausgeführt, wodurch eine besonders energiesparende Überwachung der Batteriezellen gewährleistet werden kann.

Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst zumindest eine erfindungs- gemäße Batterie. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen, insbesondere als ein Elektro- oder Hybrid kraftwagen ausgestaltet sein. Das Kraftfahrzeug kann aber auch als ein elektrisch betriebenes Motorrad oder Fahrrad ausgeführt sein. Es ist aber auch möglich, die Batterie in einem stationären Energiespeichersystem vorzusehen. Dabei kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass die Batterie, welche in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt war, als sogenannte Second Life Batterie in dem stationären Energiespeichersystem weiterverwendet wird.

Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Batterie vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Batterie mit Batteriezellen.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform je- weils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.

Die Figur zeigt eine Batterie 1 , von welcher lediglich fünf Batteriezellen 2 schematisch gezeigt sind. Von den Batteriezellen 2 sind hier nur die Batteriezellengehäuse sichtbar. Innerhalb der Batteriezellengehäuse ist jeweils ein galvanisches Element angeordnet. Die Batteriezellen 2 sind hier über jeweils ein elektrisches Verbindungselement 3 in Form einer Stromschiene elektrisch zu der Batterie 1 verschaltet. Hier sind die Batteriezellen 2 über das elektrische Verbindungselement 3 seriell verschaltet, indem jeweils ein positiver Anschluss 4 einer der Batteriezellen 2 mit einem negativen An- schluss 5 einer benachbarten Batteriezelle 2 elektrisch verbunden ist. Außerdem weist die Batterie 1 eine übergeordnete Steuereinrichtung 6 auf. Jede der Batteriezellen 1 weist zumindest eine Sensoreinrichtung 7, 8, 9 auf, welche dem Erfassen von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Batteriezelle 2 dienen. Dabei ist die Sensoreinrichtung 7 hier als ein Ladezustandssensor zum Erfassen eines Ladezustands der jeweiligen Batteriezelle 2, die Sensoreinrichtung 8 als ein Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur innerhalb des Batteriezellengehäuses der jeweiligen Batteriezelle 2 und die Sensoreinrichtung 9 als ein Drucksensor zum Erfassen eines Druckes innerhalb des Batteriezellengehäuses der jeweiligen Batteriezelle 2 ausgestaltet. Die Sensoreinrichtungen 7, 8, 9 sind hier innerhalb des Batteriezellengehäuses einer jeden Batteriezelle 2 angeordnet.

Darüber hinaus weist jede der Batteriezellen 2 eine Kommunikationseinrichtung 10 in Form einer Funkantenne auf. Die Batteriezellen 2 können über die jeweilige Kommunikationseinrichtung 10 mit der übergeordneten Steuereinrichtung 6 kommunizieren. Die Kommunikation erfolgt hier drahtlos, bei- spielsweise über WLAN oder Bluetooth oder ähnliches. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass jede der Batteriezellen 2 über jeweils eine Leitung 1 1 mit der übergeordneten Steuereinrichtung 6 kommuniziert. Dazu kann die Leitung 1 1 beispielsweise mit einem der Anschlüsse 4, 5 der Batteriezellen 2 verbunden sein. Die Leitung 1 1 kann ein sogenanntes Ethernet-Kabel sein. Somit können Daten über„Power over Ethernet" zwischen der übergeordneten Steuereinrichtung 6 und der jeweiligen Batteriezelle 2 übertragen werden. Die Leitung 1 1 kann auch eine sogenannte Powerline sein, bei welcher Daten über ein Stromnetz übertragen werden. Auch weist jede der Batteriezellen 2 hier eine Sicherheitsfunktion 19 beziehungsweise eine Security-Funktion auf, mittels welcher beispielsweise sichergestellt werden kann, dass es sich bei der Batteriezelle 2 um einen von einem sogenannten Erstausrüster (OEM - Original Equipment Manufacturer) bereitgestellten Energiespeicher handelt. Dort können auch individuelle Identifikationsnummern, sogenannte IDs, und weitere Informationen für jede Batteriezelle 2 elektronisch hinterlegt werden.

Auch kann vorgesehen sein, dass jedes der elektrischen Verbindungsele- mente 3 eine Sensoreinrichtung 18 und eine Kommunikationseinrichtung 12 zur Kommunikation mit der übergeordneten Steuereinrichtung 6 aufweist. Mittels der Kommunikationseinrichtung 12 können Daten der Sensoreinrichtung 18 des elektrischen Verbindungselementes 3 an die übergeordnete Steuereinrichtung 6 übertragen werden. Solche Daten können beispielsweise einen Strom angeben, welcher über das elektrische Verbindungselement 3 zwischen den Anschlüssen 4, 5 zweier Batteriezellen 2 fließt, oder eine Temperatur oder eine mechanische Biegung des elektrischen Verbindungselementes 3. Die Steuereinrichtung 6 ist nun dazu ausgelegt, die übertragenen Daten, also beispielsweise die Daten der Sensoreinrichtungen 7, 8, 9 und/oder die die elektrischen Verbindungselemente 3 betreffenden Daten, zu empfangen und in Abhängigkeit von diesen Daten einen Energiefluss aus zumindest einer der Batteriezellen 2 und/oder in zumindest eine der Batteriezellen 2 zu steu- ern. Auch kann vorgesehen sein, dass die übergeordnete Steuereinrichtung 6, beispielsweise über eine Bus-Verbindung 20, mit einem hier nicht gezeigten Batteriemanagementsystem kommuniziert.

Auch kann es vorgesehen sein, dass jede der Batteriezellen 2 eine hier nicht dargestellte Auswerteeinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die Auswertung der Daten der Sensoreinrichtungen 7, 8, 9 selbst durchzuführen. Auch kann es vorgesehen sein, dass Berechnungen von der übergeordneten Steuereinrichtung 6 durchgeführt werden und nur die Ergebnisse an die Auswerteeinrichtung der jeweiligen Batteriezelle 2 übertragen werden.

Mittels der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine Impedanzanalyse beziehungsweise eine Impedanzmikroskopie bei jeder der Batteriezellen 2 durchgeführt werden und somit beispielsweise eine Aussage über einen Innenwiderstand jeder der Batteriezellen 2 getroffen werden. So kann bei- spielsweise der Energiefluss an den Innenwiderstand der jeweiligen Batteriezelle 2 angepasst werden, um somit insbesondere eine Gleichbelastung aller Batteriezellen 2 der Batterie 1 zu gewährleisten. Auch kann eine Ladesäule, also eine Vorrichtung zum Bereitstellen der Ladeenergie, aktiv über den tat- sächlichen Zustand, beispielsweise den Gesundheitszustand (SoH), jeder der Batteriezellen 2 informiert werden. So kann das Laden dynamisch an den Zustand der jeweiligen Batteriezelle 2 angepasst werden und beispielsweise bei kritischen Zuständen der Batteriezelle 2 aktiv abgeschaltet werden. Um den Energiefluss zu steuern, kann jede der Batteriezellen 2 eine Schalteinrichtung 13 aufweisen. Die Schalteinrichtung 13 kann ein elektronisches Schaltelement und/oder ein Relais aufweisen. Über die Schalteinrichtung 13 wird insbesondere ein Stromfluss zwischen dem galvanischen Element in dem Batteriezellengehäuse und den Anschlüssen 4, 5 derselben Batteriezel- le 2 gesteuert, indem etwa durch die übergeordnete Steuereinrichtung 6 ein Steuersignal, beispielsweise eine Steuerspannung, bereitgestellt wird. Mittels der Schalteinrichtung 13 kann insbesondere ein Stromfluss zwischen dem galvanischen Element und den Anschlüssen 4, 5 begrenzt oder unterbrochen werden. Die Schalteinrichtung 13 kann also die Funktion einer an sich be- kannten Schmelzsicherung erfüllen.

Die übergeordnete Steuereinrichtung 6 ist bevorzugt dazu ausgelegt, als den Energiefluss einen Stromfluss zwischen dem galvanischen Element und den Anschlüssen 4, 5 zumindest einer der Batteriezellen 2 mittels der Schaltein- richtung 13 zu steuern. Der Stromfluss kann beispielsweise von der durch die übergeordnete Steuereinrichtung 6 angesteuerten Schalteinrichtung 13 dann unterbrochen beziehungsweise gesperrt werden, wenn eine Strombelastung dieser Batteriezelle 2 gefährlich erscheint. Dies kann zum Beispiel dann vorkommen, wenn von der Sensoreinrichtung 9 erfasst wurde, dass der Druck in dem Batteriezellengehäuse einen vorgegebenen Schwellwert für einen Druck überschreitet und dieser erhöhte Druckwert, beispielsweise über die Kommunikationseinrichtung 10 der Batteriezelle 2, an die übergeordnete Steuereinrichtung 6 kommuniziert wurde. Daraufhin kann die übergeordnete Steuereinrichtung 6 die Schalteinrichtung 13 zum Sperren des Stromflusses ansteuern. Auch kann der Stromfluss einer Batteriezelle 2 begrenzt werden, wenn die Batteriezelle 2 beispielsweise einen Gesundheitszustands (SoH) aufweist, welcher auf eine Alterung oder eine Schädigung der Batteriezelle 2 hinweist. Die Schalteinrichtung 13 kann auch von der Auswerteeinrichtung der jeweiligen Batteriezelle 2 geschaltet werden, insbesondere abhängig von den Daten der Sensoreinrichtungen 7, 8, 9 der jeweiligen Batteriezelle 2. Bei der Batterie 1 können auch mehrere Batteriezellen 2 zu einem Batteriemodul parallel geschaltet sein und mehrere Batteriemodule zusammengeschaltet sein. Bei einer Ausführung der Schalteinrichtung 13 als Leistungshalbleiterelement kann zudem sichergestellt werden, dass bei dieser Ausführungsform der Batterie 1 ein resultierender Gesamtwiderstand, welcher ab- hängig von der jeweiligen Länge und der Anknüpfung der Stromschiene an den jeweiligen Anschluss 4, 5 sowie dem Übergang zwischen den Batteriemodulen ist, kompensiert werden kann. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Innenwiderstand jeder der Batteriezellen 2 mittels der Schalteinrichtung 13 dynamisch angepasst werden kann. Somit werden die Batteriezellen aufgrund der Gesamtwiderstandskompensation gleich belastet und altern dadurch langfristig gleichmäßig.

Auch kann ein Energiefluss zwischen den Batteriezellen 2 zum Ladezustandsausgleich der Batteriezellen 2 gesteuert werden. Wenn beispielsweise von der Sensoreinrichtung 7 einer der Batteriezellen 2 ein erster Ladezustand erfasst wurde und von der Sensoreinrichtung 7 einer anderen der Batteriezellen 2 ein zweiter, gegenüber dem ersten Ladezustand größerer Ladezustand erfasst wurde, so kann die übergeordnete Steuereinrichtung 6 eine Abweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand feststellen. Wenn diese Abweichung einen vorgegebenen Schwellwert der Abweichung überschreitet, so kann die übergeordnete Steuereinrichtung 6 ein Balancing beziehungsweise einen Ladezustandsausgleich durchführen. Dazu kann die Batteriezelle 2 mit dem zweiten Ladezustand beispielsweise über ein hier nicht dargestelltes Widerstandselement der Batteriezelle entladen werden. Dazu kann die übergeordnete Steuereinrichtung 6 das Widerstandselement, beispielsweise mittels eines Schaltelementes, solange an die Elektroden des galvanischen Elementes der Batteriezelle 2 mit dem zweiten Ladezustand anschließen, bis der zweite Ladezustand dem ersten Ladezustand angeglichen ist. Dies wird als passives beziehungsweise dissipatives Balancing be- zeichnet.

Auch kann die übergeordnete Steuereinrichtung 6 ein aktives Balancing durchführen, indem sie einen Energiefluss von der Batteriezelle 2 mit dem zweiten Ladezustand zu der Batteriezelle 2 mit dem ersten Ladezustand steuert. Hier wird elektrische Energie von der Batteriezelle 2 mit dem zweiten Ladezustand kapazitiv an die Batteriezelle 2 mit dem ersten Ladezustand übertragen. Dazu weisen Seitenwände 14 der Batteriezellengehäuse der Batteriezellen 2 ein elektrisch leitfähiges Material 15 auf. Es kann auch vor- gesehen sein, dass die Batteriezellengehäuse bereits aus dem elektrisch leitfähigen Material 15, beispielsweise Aluminium, gefertigt sind. Somit wird mittels zweier einander zugewandten Seitenwände 14 zweier verschiedener Batteriezellen 2 ein Plattenkondensator ausgebildet. Dabei bilden die Seitenwände 14 die Elektroden des Plattenkondensators und ein zwischen den Seitenwänden 14 angeordnetes Isoliermaterial 16 das Dielektrikum des Plattenkondensators. Mittels dieses Platten kondensators kann eine kapazitive Energieübertragung 17 zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 2 stattfinden. Dabei wird kapazitiv Energie von der Batteriezelle 2 mit dem zweiten Ladezustand über deren Seitenwand 14 an die Batteriezelle 2 mit dem ers- ten Ladazustand über deren Seitenwand 14 übertragen. Die kapazitive Energieübertragung 17 kann auch über mehrere Batteriezellen 2 hinweg stattfinden. Bei der Energieübergabe von Batteriezelle 2 zu benachbarter Batteriezelle 2 ist es dabei nicht erforderlich, die zu verteilende Energiemenge in der jeweiligen Batteriezelle 2 zuerst einzulagern und sie wieder zu ent- nehmen und dadurch möglicherweise die Batteriezelle 2 außerhalb der von der Batteriezellchemie gesetzten Grenzen zu betreiben. Durch die verkettete Plattenkondensatoranordnung besteht die Möglichkeit, die zu verteilende Energiemenge, direkt, also ohne Einlagerung in einer Batteriezelle 2, an die nächste Batteriezelle 2 dynamisch und zielgerichtet weiterzugeben.