具有集成的控制电路的电池单元

技术领域

本发明涉及一种具有集成的控制电路的电池单元。

背景技术

为了满足对电池系统的要求，单个电池单元、例如锂离子电池单元的并联和串联电路的结构经常是必要的。在此已知的是，电池单元包括控制电路，以便中断在电池单元中的电流流动。

如此，文献DE 102015002149 A1公开一种带有至少一个开关元件的电池单元，所述至少一个开关元件适用于，当电池单元位于危急状态中时中断通过电池单元的电流流动。此外，由文献US 20150303442 A1已知一种具有控制单元的电池单元，其中，通过两个布置在电池单元中的开关可以中断电池单元的能量输出。

发明内容

根据本发明的电池单元包括：第一连接接通部；第二连接接通部；能量存储器；第一晶体管；传感装置，该传感装置设置用于检测电池单元的状态参数；以及控制电路；其中，能量存储器的第一极与第一连接接通部耦合，且能量存储器的第二极与第二连接接通部耦合，其中，第一晶体管在第一连接接通部与第二连接接通部之间与能量存储器串联连接，其中，控制电路设置用于控制第一晶体管的切换过程，其中，控制电路基于所检测的状态参数控制第一晶体管，以便调节能量存储器的充电电流或放电电流。

第一连接接通部和第二连接接通部是电池单元的外部连接接通部，其特别是适合用于连接电池单元与其他电池单元，例如串联或并联连接。能量存储器特别是电化学能量存储器，例如锂离子电池单元。传感装置是测量设备，其设置用于测量状态参数。传感装置为此特别是包括传感器。控制电路优选是集成电路，例如专用集成电路(ASIC)。控制电路特别是通过控制线路与第一晶体管连接，以便对其进行切换。能量存储器的第一极或者是正极或者是负极。能量存储器的第二极是正极或负极的各自另一极。

第一晶体管在第一连接接通部与第二连接接通部之间与能量存储器串联连接。这表示：第一晶体管或者连接在能量存储器与第一连接接通部之间或者连接在能量存储器与第二连接接通部之间。电池单元因此包括直接安装在电池单元上的功率电子开关作为单个电池单元的一部分。

控制电路设置用于控制第一晶体管的切换过程，其中，控制电路基于所检测的状态参数控制晶体管，以便调节能量存储器的充电电流或放电电流。充电电流和放电电流的调节在此表示，动态地调节给能量存储器供给的电流或从能量存储器提取的电流。这表示：通过第一晶体管的切换过程可以控制确定的电流流动在确定的时间上有多大。调节因此不限于电流的仅仅接通和关断，而是限定充电电流或放电电流的定量的确定。因此可以将充电电流和放电电流调设到确定的电流大小，因此可以通过调节来调设不同强度的充电电流和/或不同强度的放电电流。优选地，传感装置连同控制电路和第一晶体管形成调节回路。

由此实现在电池单元内有目的的电流调节。在此，该电流调节基于同样在电池单元内检测的状态参数。因此，根据电池单元位于何种状态中，亦即电池单元位于充电状态中还是放电状态中，通过电池单元可以实现充电电流或放电电流的独立的调节。由此实现一种特别紧凑的系统，其中，特别是通过短的测量和调节路径可以实现基于至少一个局部检测的状态参数对充电电流和/或放电电流的特别准确的调设。由此实现一种自主运行的电池单元。

为了满足对未来电池系统的要求，例如锂离子单个电池单元的并联和串联连接的结构是必要的。控制各个电池单元的电流流动、亦即接通或跨接各个电池单元的可能有利地考虑到关于整个电池的功率能力的多个关键因子。这例如涉及安全功能，各个电池单元的(受时钟控制的(getakteten))快速充电的可能性(根据充电状态(SOC)和可靠性状态(SOH))，以及在各个电池单元的运行中不同负载的可能性(分别又根据SOC和SOH)。

在此创建用于在电池单元层面上模块的成本和结构空间优化地实现的功率模块或结构和连接技术方案。

从属权利要求示出本发明的优选的扩展方案。

优选地，传感装置包括来自电压传感器、电流传感器和温度传感器中的至少一个。因此，通过传感装置检测在电池单元中的电压、电流或者温度。在此，通过电压传感器优选地测量能量存储器的电压。通过电流传感器优选地测量能量存储器的充电电流或放电电流。通过温度传感器优选地测量能量存储器的温度。为此，温度传感器优选布置在能量存储器上。因此可以检测电池单元的状态，因为通过传感装置检测这样的参数：该参数准确地描述电池单元的状态，而且可以根据由这样的传感装置检测的测量值特别精确地调节有利的充电电流或放电电流。

也有利的是，第一晶体管是薄膜MOSFET晶体管。这允许实现特别紧凑的电池单元。在此，薄膜MOSFET晶体管是特别有利的，因为该薄膜MOSFET晶体管可以通过其表面特别快速地输出热功率至电池单元的周围环境中。而且这样的薄膜MOSFET可以特别有利地布置在电池单元的表面上。如果电池单元是棱柱形的电池单元，那么这特别是有利的，因为这样的棱柱形的电池单元通常具有足够大的表面，用以将薄膜MOSFET晶体管布置到其上，以便调节充电电流或放电电流。特别是，如果电池单元是软包电池单元(Pouch-Zelle)，那么特别是也是有利的，由此可以实现电池单元的尤其面式的结构。

此外有利的是，电池单元还包括：第二晶体管，其在第一连接接通部与第二连接接通部之间与能量存储器并联连接，其中，控制电路设置用于控制第二晶体管的切换过程，其中，第二晶体管特别是薄膜MOSFET晶体管。通过第二晶体管能够实现如下：如果第一晶体管由控制单元接收相应的控制信号，那么可以使得电池单元的连接接通部彼此短路。由此可以跨接电池单元，例如以便使得在多个电池单元的串联电路中停用，而无需中断串联电路。同时，通过控制电路对第二晶体管相应的切换可以实现以期望的放电电流对能量存储器进行有有针对性地放电。第二晶体管作为薄膜MOSFET晶体管的实施方案能实现电池单元特别紧凑的结构。在此特别有利的是，不仅第一晶体管而且第二晶体管构成为薄膜MOSFET晶体管。

此外也有利的是，控制电路设置用于使得不仅第一晶体管而且第二晶体管同时切换到导通状态。在此，可以调节通过第一晶体管和/或第二晶体管的电流流动。通过这种方式能实现加热电池单元，这例如是有利的，以便将能量存储器调节至工作温度或用于平衡的优选温度。在此，特别有利的是，状态参数是温度且传感装置包括温度传感器。因此，可以在电池单元中实现自主运行的温度调节。

此外有利的是，控制电路设置用于通过晶体管的脉冲式切换或通过第一晶体管在电阻运行中的运行来调节第一晶体管的切换过程。如此通过脉宽调制的信号操控第一晶体管和/或第二晶体管，以便脉冲式地切换这些晶体管。通过由控制电路对脉宽或频率进行调设可以调节充电电流和/或放电电流。这是特别有利的，因为这能实现能量存储器的特别快速的充电，其中，不会不必要地加热电池单元，因为第一晶体管不作为电阻工作。如果第一晶体管运行在电阻运行中，那么同样是有利的，因为可以通过相似的方式特别准确地调设充电电流和放电电流。

此外有利的是，控制电路设置用于如此操控第一晶体管的切换过程以便调节充电电流或放电电流，使得实现电池单元平衡。在此，第一状态参数优选是能量存储器的电压，且通过调节放电电流和充电电流使得能量存储器的电压调设到目标值。此外优选的是，基于描述相邻的电池单元的状态的测量值实施电池单元平衡。在此，优选地由状态参数推断相邻电池单元的状态。如此通过状态参数特别是测量在电池单元中存在的电压或流经电池单元的电流，该电流通过相邻的电池单元提供。替代地，通过附加的接口给控制单元提供关于相邻的电池单元的充电状态的信息。因此可以在没有中央控制单元的情况下实现电池单元平衡，该中央控制单元用于操控在电池的电池单元中的充电电流和放电电流。在此，实现特别是抗错误(fehlerresistent)的系统。

此外也有利的是，控制电路设置用于求取能量存储器的充电状态、能量存储器的老化状态和/或能量存储器的功能状态。在此，基于状态参数求取充电状态、老化状态和/或功能状态。由此实现特别具有说服力的基础，其特别是能实现在电池单元平衡的情况下充电电流和/或放电电流的有利调节。

优选地，第一晶体管布置在能量存储器的外表面上，其中，第一晶体管的第一接通表面安置在能量存储器的第二极上，其中，板状的导体安置在第一晶体管的第二接通表面上，该第二接通表面背向能量存储器的外表面，其中，板状的导体与第二连接接通部电连接。第一晶体管的第一接通表面和第一晶体管的第二接通表面是第一晶体管的这样的表面：在所述表面之间通过晶体管的切换来连接接通部。板状的导体是具有至少一个面式的表面的导体。在最简单的情况下，这表示：板状的导体不是圆形的且平面式地安置在第一晶体管上。因此，实现在第一晶体管的接通表面与能量存储器的极之间的大面积的接通面。同时能实现电池单元的特别紧凑的结构方式和具有小电阻的电流流动。此外，可以在电池单元中实现通过接通表面的有效的温度调整，以便避免第一晶体管和能量存储器的过热。

在此有利的是，另一晶体管布置在能量存储器的外表面上，其中，另一晶体管的第一接通表面安置在能量存储器的第一极上，其中，板状的导体还安置在另一晶体管的第二接通表面上，该第二接通表面背向能量存储器的外表面。另一晶体管优选是第二晶体管。由此能实现：不仅第一晶体管而且另一晶体管通过单个共同的元件——在此为板状的导体——接通。因此实现电池单元的特别简单的结构。

在此指出，不仅第一晶体管的切换而且第二晶体管的切换通过控制电路优选地基于检测的电池单元的状态参数实现。然而，这并不排除：除了电池单元的状态参数之外还考虑另外的参数，例如借助通信接口提供给控制电路的参数。

附图说明

以下参照附图详细描述本发明的各实施例。附图示出：

图1：根据本发明的第一实施方式的电池单元的电路图；

图2：根据本发明的第二实施方式的电池单元的电路图；

图3：根据本发明的一个实施方式的示例性控制电路的电路图；

图4：在示例性的第一运行模式中根据本发明的一个实施方式的电池单元的视图；

图5：在示例性的第二运行模式中根据本发明的一个实施方式的电池单元的视图；

图6：根据本发明的一个实施方式的多个电池单元的串联电路的视图；

图7：在示例性的第三运行模式中根据本发明的一个实施方式的电池单元的视图；

图8：在示例性的第四运行模式中根据本发明的一个实施方式的电池单元的视图；

图9：在示例性的第五运行模式中根据本发明的一个实施方式的电池单元的视图；

图10：根据本发明的电池单元的第一视图；

图11：根据本发明的电池单元的第二视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的第一实施方式的电池单元1的电路图。电池单元1包括第一连接接通部2a和第二连接接通部2b。两个连接接通部2a、2b能够实现将负载连接到电池单元1上或者将另外的电池或电池单元与电池单元1串联或并联地连接。

电池单元1包括能量存储器3。能量存储器3是电化学能量存储器，其中，能量存储器3在本发明的该第一实施方式中优选是锂离子电池单元。能量存储器3具有第一极3a和第二极3b。在此，第一极3a是正极，而第二极3b是负极。然而在此指出，在替代的实施方式中第一极3a是负极，而第二极3b是正极。能量存储器3的第一极3a与第一连接接通部2a连接。

电池单元1还包括第一晶体管4。第一晶体管4是薄膜MOSFET晶体管。第一晶体管4具有第一开关接通部和第二开关接通部，其中，第一开关接通部与能量存储器3的第二极3b连接，而第二开关接通部与第二连接接通部2b连接。第一开关接通部是晶体管的源极接通部。第二开关接通部是第一晶体管4的漏极接通部。第一晶体管4还具有控制接通部，其中，控制接通部在本发明的该第一实施方式中是栅极接通部。

电池单元1还包括控制电路6，其是专用集成电路。因此，控制电路6是集成电路。控制电路6具有第一连接端6a、第二连接端6b、第三连接端6c、第四连接端6d、第五连接端6e、第六连接端6f和第七连接端6g。通过第一至第七连接端可以给控制电路6提供输入信号，而且由此控制电路6也可以输出输出信号。

电池单元1还具有第二晶体管7。第二晶体管7是薄膜MOSFET晶体管。第二晶体管7在第一连接接通部与第二连接接通部2b之间与能量存储器3并联连接。此外，第二晶体管7的第一开关接通部——在此为漏极接通部——与第一连接接通部2a连接。第二晶体管7的第二开关接通部——在此为源极接通部——与第二连接接通部2b连接。

因此，能量存储器3的第一极3a与第一连接接通部2a耦合。在此，在该实施方式中，能量存储器3的第一极3a与第一连接接通部2a直接连接。能量存储器的第二极3b与第二连接接通部2b耦合。在此，能量存储器3的第二极3b通过第一晶体管4与第二连接接通部2b耦合。第一晶体管4在第一连接接通部2a与第二连接接通部2b之间与能量存储器3串联连接。因此，产生由第一晶体管4和能量存储器3组成的串联电路。

第一晶体管4和第二晶体管7的控制接通部与控制电路6连接。在此，第一晶体管4的控制输入端与控制电路6的第六连接端6f连接。第二晶体管7的控制输入端与控制电路6的第二连接端6b连接。控制电路6设置用于控制第一晶体管4的切换过程和第二晶体管7的切换过程。这通过如下方式实现：通过控制电路6在第二连接端6b上施加相应的信号，以便切换第二晶体管7，或者通过控制电路6在第六连接端6f上施加相应的信号，以便切换第一晶体管7。

电池单元1还包括传感装置5，其设置用于检测电池单元1的状态参数。在该第一实施方式中，传感装置5包括电压传感器5a、电流传感器5b和温度传感器5c。在本发明的其他实施方式中，传感装置5仅仅包括在此所述传感器的选择。在该第一实施方式中，温度传感器5c紧邻能量存储器3地布置，以便检测能量存储器3的温度。温度传感器5c以一个连接接通部连接在第三连接端6c上，而以另一连接接通部连接在控制电路6的第四连接端6d上。传感装置5的其余构件布置在控制电路6中。为此，控制电路6的第一连接端6a与第一连接接通部2a连接且与能量存储器3的第一极3a连接。此外，第七连接端6g与第二连接接通部2b连接并因此与第一晶体管4的第二开关接通部连接。此外，第五连接端6e与能量存储器3的第二极3b连接并因此与第一晶体管4的第一开关接通部连接。

控制电路6设置用于控制第一晶体管4的切换过程，其中，控制电路6基于所检测的状态参数控制晶体管4，以便调节能量存储器4的充电电流或放电电流。这表示，调节至能量存储器4的电流流动或来自能量存储器4的电流流动。在此可以调设电流流动的大小。该大小可以动态地调设且在此可以调设到不同的值。因此，控制电路6不限于仅仅接通和关断来自能量存储器3的电流流动或至能量存储器3的电流流动，而是可以调设用于流动的电流的大小的另外的值。此外，在控制电路6中集成有调节算法。传感装置5、控制电路6和第一晶体管4因此共同形成调节回路。

图3示出根据本发明的第一实施方式的控制电路6的电路图。控制电路6包括控制逻辑器件20。控制逻辑器件20设置用于输出控制信号给第二连接端6b和第六连接端6f，以便操控第一晶体管4和第二晶体管7。为此，控制逻辑器件20通过第一运算放大器28与第二连接端6b耦合，且通过第二运算放大器29与第六连接端6f耦合。不仅控制电路6的运算放大器28、29而且控制逻辑器件20由充电泵21供以供电电压。通过第一连接端6a和第七连接端6g给充电泵21供以电压，该电压由能量存储器3和/或另外的串联连接的电池单元提供，这些电池单元与电池单元1的第一连接接通部2a和第二连接接通部2b连接。

由传感装置5传输多个状态参数给控制逻辑器件20，所述多个状态参数被传感装置5检测到。

传感装置5包括电压传感器5a。电压传感器5a包括第一比较器22，第一比较器22以第一输入连接端与控制电路6的第一连接端6a耦合且以第二输入连接端与控制电路6的第五连接端6e耦合。因此，由第一比较器22检测在能量存储器3上的电压降。第一比较器22的输出连接端与第一模/数转换器23的输入端耦合。该第一模/数转换器23将电压降转化为数字信号。该数字信号描述在能量存储器3上存在的电压，其是电池单元1的状态参数。第一模/数转换器23的输出连接端与控制逻辑器件20的输入端耦合。第一模/数转换器23的数字输出信号被传输给控制逻辑器件20。因此，对于控制逻辑器件20来说在能量存储器3上存在的电压降是已知的。

此外，传感装置5包括电流传感器5b。电流传感器5b包括第二比较器24，第二比较器24以第一输入连接端与控制电路6的第五连接端6e耦合且以第二输入连接端与控制电路6的第七连接端6f连接。因此，由第二比较器24检测在第一晶体管4上的电压降。第二比较器24的输出连接端与第二模/数转换器25的输入端耦合。该第二模/数转换器25将电压降转化为数字信号。该数字信号描述在第一晶体管4上存在的电压。第二模/数转换器25的输出连接端与控制逻辑器件20的输入端耦合。第二模/数转换器25的数字输出信号被传输给控制逻辑器件20。因为通过控制逻辑器件20操控第一晶体管4，所以对于控制逻辑器件20来说第一晶体管4的分别存在的电阻值还是已知的。基于第一晶体管4的存在的电阻值和由第二模/数转换器25提供的数字信号，控制逻辑器件20求取流经电池单元1的电流。

此外，传感装置5包括温度传感器5c。温度传感器5c与控制电路6的第三连接端6c和第四连接端6d连接。在控制电路6中，第三比较器26以第一输入连接端与控制电路6的第三连接端6c连接且以第二输入连接端与控制电路6的第四连接端6d连接。在温度传感器5c上的电压降描述能量存储器3的温度。第三比较器26的输出端与第三模/数转换器27的输入端耦合。该第三模/数转换器27将描述温度的电压转化为数字信号。第三模/数转换器27的输出连接端与控制逻辑器件20的输入端耦合。第三模/数转换器27的数字输出信号被传输给控制逻辑器件20。控制逻辑器件20将数字信号转化为温度值。

对于控制逻辑器件20并继而对于控制电路6来说，由此用于流至能量存储器3或由能量存储器3流出的电流的测量值、在能量存储器3上存在的电压和能量存储器3的温度可供使用作为输入变量。

可选地，控制电路6包括第一接口30，其与相邻的电池单元1或电池管理系统耦合且适合用于接收控制信号和/或发送测量值。如此可以通过外部接口30触发控制电路6的各个动作、特别是电池单元平衡。

通过控制电路6如此控制第一晶体管4的切换过程，使得基于检测的状态参数调节能量存储器4的充电电流或放电电流。流动的电流在此是能量存储器4的充电电流还是放电电流在此取决于：在第一连接接通部2a和第二连接接通部2b上存在何种电压。

第一晶体管4或者通过脉宽调制信号操控或者运行在电阻运行中。

如果通过脉宽调制的信号操控第一晶体管4，那么使得第一晶体管4交替地切换到打开状态和闭合状态，亦即高阻状态和低阻状态。根据在控制电路6的第六连接端6f上由控制逻辑器件20提供的脉宽调制信号的脉宽和/或频率可以由此调节通过能量存储器4的电流流动。替代地，第一晶体管4运行在电阻运行中。这表示第一晶体管3用作可调节的电阻。这通过如下方式实现：通过控制电路6的第六连接端6f由控制逻辑器件20施加模拟信号至第一晶体管4的控制输入端。

在不同的实施方式中，控制电路6或者设置用于仅仅输出脉冲式信号给第一晶体管4、仅仅输出模拟控制信号给第一晶体管4或者可选择地输出脉冲式信号或模拟控制信号给第一晶体管4。

在图1和3中所述的实施方式的原理结构中，电池单元1包括能量存储器3、串联开关(第一晶体管4，例如MOSFET)和并联或短路开关(第二晶体管7，例如MOSFET)、专用集成电路(ASIC)、传感器(例如温度传感器)和ASIC的(可选的)向外的接口。即使开关、传感装置和逻辑器件的集成，单个电池单元向外又如(现在激活的)两极那样起作用且例如可以安装在用于功率或电压提高的电池块和模块中。安装的MOSFET优选是低伏特NMOS晶体管，但是也可以通过PMOS或双极型结构元件实现。此外，串联MOSFET可以串联连接至电池的正极或负极。

温度传感器5c靠近能量存储器3地安装，用于检测当前温度。ASIC直接从连接的电池提取供电，提供用于MOSFET的栅极信号(栅极驱动器)，借助模/数通道、根据在串联电阻(第一晶体管4)上成比例的电压降、在完全上电(aufgesteuert)的第一晶体管4的已知电阻的情况下监测电池单元温度和电池单元电压以及电池单元电流。ASIC可以通过(可选的)接口获得控制信号且输出状态消息。接口可以或者通过附加的控制线路实现，或者通过控制命令调制到电池单元终端上、亦即通过连接接通部2a、2b实现。此外，每个ASIC可以包含关于相应的电池单元的非易失性信息(状态、情况、故障标志，…)。

图2示出根据本发明的第二实施方式的电池单元1。本发明的第二实施方式相应于本发明的第一实施方式，其中，第一晶体管4与第一连接接通部2a连接，而能量存储器3与第二连接接通部2b连接。此外，能量存储器3和第一晶体管4由此串联连接，其中，其位置相比于本发明的第一实施方式被更换。

利用电池单元1实现的集成智能电池开关的功能涉及电池单元1的多个应用领域，如优化的充电、放电(运行)、确保运行在优化工作点中、SoC、SoH和SoF的诊断、以及在维护工作时安全状态的提供。为此，通过相应的方式基于电池单元1的状态参数控制能量存储器4的充电电流和/或放电电流。在此，第一晶体管4的控制可以通过不同方式和出于不同目的实现。用于第一晶体管4操控的有利示例在下文中、特别是依照附图4、5、6、7、8和9详细描述。

图4示出电池单元1的示例性的第一运行模式。第一运行模式是充电调节，其中，通过第一晶体管4并且通过控制电路6的相应的操控来调节能量存储器4的充电电流。在控制电路6中、特别是在控制逻辑器件20中存储有目标电压值，其描述在充电状态中能量存储器3的输出电压。能量存储器3的实际输出电压通过传感装置5检测。从现在起，实现能量存储器3的脉冲式充电，其中，通过脉宽调制的信号将第一晶体管4交替地切换到高欧姆状态和低欧姆状态。如果第一晶体管4切换到高欧姆状态，那么通过传感装置5检测能量存储器3的输出电压。如果该输出电压低于目标值，那么继续充电过程，亦即继续施加脉宽调制信号给第一晶体管4。这一直实现，直至能量存储器3输出作为目标值给定的输出电压以及这由传感装置5检测到。在第一模式中，第二晶体管7被切换到高欧姆状态，这表示通过第二晶体管7形成的开关是打开的。

因此，图4示出第一晶体管4作为开关在脉冲式充电运行中的应用。在此监测电池电压(以及必要时还有电池内阻)，且通过第一晶体管4将充电电流脉冲式地连接到能量存储器3。有利的是，在该运行中能够实现更快速的充电。此外，确保不过充(单个)能量存储器3。

此外，借助第一晶体管4可以出于该原因在电池单元层面上实现电压限制，其中第一晶体管4运行在电阻运行中。这在图5中示出。图5描述第二运行模式，其是电池单元1的充电模式。第二运行模式基本上相应于第一运行模式，其中，第一晶体管运行在电阻运行中，这表示：如此调设通过第一晶体管4提供的电阻值，使得在能量存储器3上检测的电压接近目标值。

不仅第一运行模式而且第二运行模式可以用于激活的电池单元平衡。在此，或者通过第一晶体管4的脉冲式关断或者通过第一晶体管4调节到确定的电阻值来使得能量存储器3充电或放电。如果能量存储器3的电压已经达到确定的目标值，那么将第一晶体管4切换到高欧姆状态，且将第二晶体管7切换到低欧姆状态，以便跨接能量存储器3。这使得电池单元1的相邻的电池单元可以继续电池单元平衡。对此参照图6。

同样有利的是，各电池单元在充电运行中用于(激活的)平衡。因为电池的各个电池单元在应用中电路连接成块(例如串联电路，用于提高电压)，所以各个电池单元通常不可单个地由充电电子器件使用。然而，借助电池单元1能够实现充电状态和(最大允许的)最终电压的监测。借助第一晶体管4，已经完全充电的电池单元可以从串联电路解耦(herauskoppeln)。第二晶体管7在此确保剩余的串联电路的跨接/维持。这还由图6示出。

图6示出示例性的电池，其包括三个电池单元的串联电路，其中，电池单元中的每个是根据本发明的电池单元1中之一。如此，在图6中示出的电池单元1包括第一电池单元1、第二电池单元1‘和第三电池单元1“。

在电池上连接有充电装置40，该充电装置提供直流电压作为充电电压。在电池单元1、1‘、1“中的每个中，通过电池单元1、1‘、1“的相应的传感装置5、5‘、5“检测在所属的能量存储器3、3‘、3“上的电压降，且相应地切换相应的晶体管4、4‘、4“，以便将能量存储器3的输出电压Ucell调节到预给定的目标值Umax。

如此，在图6中示出的状态中，第一电池单元1的能量存储器3的输出电压和第三电池单元1“的能量存储器3“的输出电压小于目标值Umax。因此，相应的电池单元1、1“的第一晶体管4、4“在低欧姆状态中。第二电池单元1‘的能量存储器3‘已经达到目标值Umax。因此，第二电池单元1‘的第一晶体管4‘被切换到高欧姆状态。第二电池单元1“的第二晶体管7‘被切换到低欧姆状态，以便跨接第二电池单元1‘。第一和第三电池单元1、1“的第二晶体管7‘被切换到高欧姆状态，以便能实现第一和第三电池单元1、1“的能量存储器3、3“的进一步充电。

因此，控制电路6设置用于如此操控第一晶体管3的切换过程用以调节充电电流或放电电流，使得实现电池单元平衡。

图7示出电池单元1的示例性的第三运行模式。在第三运行模式中，不仅将第一晶体管4而且将第二晶体管7切换到低欧姆状态。在此，或者通过脉宽调制的信号操控第一晶体管4或者使得其运行在电阻运行中。电池单元1、特别是能量存储器3在第一晶体管4和第二晶体管7这样连接的情况下变热，因为通过第一晶体管4和第二晶体管7使能量存储器3放电。因为能量存储器3的温度由传感装置5检测，所以实现通过控制电路6的调节。在此，将能量存储器3的由传感装置5求取的当前温度与比较值进行比较，且相应地将第一晶体管4切换到低欧姆状态，直至能量存储器3已经达到温度目标值。

替代地，在第三运行模式中将第一晶体管3和第二晶体管7同时切换到低欧姆状态，以便有目的地将能量存储器3放电。在第三运行模式的这样的实施方案中，假如例如已经确认电池单元1的外部损坏，那么例如可以使得能量存储器3放电到安全的运行状态，这或者通过传感装置5实现或者通过外部接口30提供作为电池单元1的控制命令。

因此，图7示出两个晶体管4、7(暂时)关断的情况下的可能性。该“短路运行”可以用于通过在内阻上和与能量存储器3热耦合的MOSFET上的损耗来“预热”能量存储器3且使得其达到优化的运行温度。此外，该运行方式可以用于例如在外部损坏和热不稳定的状态的危险的情况下实现电池单元的“快速放电”并使其运行在安全状态中。

图8示出电池单元1的第四运行模式。在第四运行模式中，求取能量存储器3的充电状态、能量存储器3的老化状态和/或能量存储器3的功能状态。这优选实现在服务模式中，该服务模式通过外部接口30触发。在服务模式中，预定义的负载连接到电池单元1所属的电池上。将第一晶体管4调节到预给定的电阻值。能量存储器3因此通过第一晶体管4放电，其中，对于控制电路6来说第一晶体管4的电阻值是已知的。同时对于控制电路6来说通过传感装置5已知能量存储器3的输出电压。由这些值求取：由能量存储器3越过预定义的时间输出何种电荷。由这些值求取能量存储器的当前充电状态、其老化状态和其功能状态。这些值优选存储在控制电路6中且考虑用于随后调节能量存储器4的充电电流或放电电流。替代或附加地，如此求取的关于能量存储器的充电状态、能量存储器3的老化状态和/或能量存储器3的功能状态的值通过外部接口30传送给电池管理系统。第二晶体管7在第四运行模式中位于高欧姆状态中，且通过第二晶体管7形成的开关因此是打开的。

因此，图8示出电池单元1为了求取SoC(荷电状态或充电状态)作为库伦计数器的运行，其中集成有间接通过第一晶体管4确定的放电电流。

图9示出电池单元1的第五运行模式。该运行模式也可以称为维护模式。在该维护模式中仅仅将第二晶体管4切换到低欧姆状态，并将第一晶体管4切换到高欧姆状态。由此跨接能量存储器3。该维护模式或者可以通过外部接口30触发，或者可以在如下情况下触发：电池单元1、亦即电池单元1的控制电路6确定，能量存储器3的充电状态、能量存储器的老化状态和/或能量存储器3的功能状态不再继续允许电池单元1的正常的运行。这还具有如下优点：在维护期间可以在连接接通部2a、2b上无危险地接触电池单元1，以及从多个电池单元的串联或并联电路中排除电池单元1，以便避免能量存储器3的进一步损坏或电池单元1的热失控(thermisches Durchgehen)。

在维护模式中，因此可以确保电池单元1并继而电池的电压自由性(Spannungsfreiheit)，其方式是取消接通所有电池。此外，可以更换特别弱的块直至各个电池单元，通常是具有最低的SoH的电池单元，从而可以相应地延长整个电池的使用寿命。

电池开关在充电放电运行下用于诊断和更换的另外的应用可能性是可考虑的且不限于上述功能。

图10描述电池单元1的有利的结构。电池单元1在此是棱柱形的电池单元。能量存储器3在此是如下的单元：其具有至少一个外表面9，该外表面包括形成第一极3a的第一区域和形成第二极3b的第二区域。在第一极3a上布置有另一晶体管10，其是第二晶体管7。在第二极3b上布置有第一晶体管4。在此，第一晶体管4和第二晶体管7面式地安置在相应的极3a、3b上。因此，第一晶体管4布置在能量存储器3的外表面9上。

第一晶体管4的第一接通表面安置在能量存储器的第二极3b上。在此，第一晶体管4的第一接通表面形成第一晶体管4的第一开关接通部。通过相应的方式，第二晶体管7安置在能量存储器3的第一极3a上。在此，第二晶体管7如此布置在能量存储器3的外表面9上，使得第二晶体管7的第一接通面安置在能量存储器3的第一极3a上。第二晶体管7的第一接通面相应于第一开关接通部。

在相应地接通第一晶体管4或第二晶体管7的情况下，由此可以在第一晶体管4和第二晶体管7的在图10中位于上部的表面上提供由能量存储器3提供的电压。控制电路6布置在能量存储器3的同样位于上部的表面9上。在此相应于在图1和2中示出的实施方式，控制电路6与第一晶体管4、第二晶体管7、第一极3a和第二极3b耦合。

图11示出由图10已知的在准备运行状态中的电池单元1。在此，在第一极3a上布置第一连接接通部2a，其中，第一极3a与第一连接接通部2a导电连接。该第一连接接通部2a能实现接通电池单元1。在第一晶体管4和第二晶体管7上布置有板状的导体8。板状的导体8安置在第一晶体管4的第二接通面上，该第二接通面背向能量存储器3的外表面9。第一晶体管4的第二接通面在此形成第一晶体管4的第二开关接通部。板状的导体8此外安置在第二晶体管7的第二接通面上，第二接通面背向能量存储器3的外表面9。第一晶体管4的第二接通面在此形成第二晶体管7的第二开关接通部。因此，如果第二晶体管7被切换到低欧姆状态，那么存在在板状的导体8与第一极3a之间通过该第二晶体管7的电连接。

板状的导体8通过位于中间的绝缘元件11与第二极3b绝缘。然而，如果第一晶体管4被切换到导通状态，那么可以在板状的导体8与第二极3b之间建立电连接。在板状的导体8上布置有第二连接接通部2b。由此实现由图1已知的电路。

如此，例如如果第二晶体管7被切换到低欧姆状态，那么在第一连接接通部2a与第二连接接通部2b之间建立直接连接。如果第二晶体管7被切换到高欧姆状态，那么实现经由第二连接接通部2b通过第一晶体管4穿过能量存储器3至第一连接接通部2a的电流流动。

在图10和11中示出棱柱形的电池单元的实施例。在此，将晶体管4、7作为裸片(Bare-Dies)直接施加(例如焊接、粘接、烧结)到电池单元的金属接通面上。ASIC同样直接放置在单元上且接通MOSFET(例如通过压焊连接)。温度传感器5c优选共同集成在ASIC上。铜夹(Kupfer-Clip)接通两个MOSFET且表示外部接通部、优选负极。该实施例示出集成的电池开关的小的需要的结构空间和简单的结构。在圆柱形和软包电池单元中相似的集成同样是有利的。

所述实施方式公开晶体管4、7，电池单元1和用于直接操控晶体管4、7的专用集成电路的电子电路连接。附加的传感器(例如温度传感器、电池单元电流和电压的监测)适用于探测电池单元1的单元状态。该电路连接自主地在没有上级调节(例如BMS)干预的情况下在电池单元层面上实现多种电功能。

根据本发明，由此实现提供关于每个单个的电池单元的状态(SoC、SoH、SoF)的准确和精细到电池单元(zell-fein)的信息。此外，可以根据在充电、放电运行下的SoC、SoH、SoF、温度、功率需求等实现在优化的工作点中每个单个电池单元的优化的、个体的运行。仅仅利用用于每个电池单元的各个开关可以实现上述功能(平衡、安全电路、脉冲式充电、…)中的一些。在其他情况下，集成开关降低外部调节和电子器件(例如电池管理系统BMS)的复杂性/开销。由此根据SoC、SoH、SoF、循环次数、温度、电池单元阻抗等能实现用于电荷的输出和接收的精细到电池单元的“调节”的解决方案。由此实现(通过在优化的工作点中的运行)显著改善的周期稳定性和(通过现有的容量的优化利用和优化充电)行程的可能性。由此，在电池保持不变的情况下通过电池单元1实现的集成电池开关的使用可以实现提高电动车行程和延长电动车的使用寿命。此外，实现每个单个的电池单元的电子安全性以及快速放电功能。

连同所提供的公开内容，明确参照图1至11的公开内容。