DE102020200011A1 - Warning system for an electrical energy storage device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Warnsystem (1) für einen elektrischen Energiespeicher (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriemanagementsystem (3), das zumindest einen ersten Sensor (5,6) zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers (2) und zumindest eine erste Auswerteeinrichtung (4) zum Ausgeben einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen ersten Sensor (5,6) erfassten Daten aufweist, und mit einem von dem Batteriemanagementsystem (3) unabhängigen Überwachungssystem (7), das zumindest einen zweiten Sensor (8-13) zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers (2) sowie zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung (14-19) zur Ausgabe einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen zweiten Sensor (8-13) erfassten Daten aufweist. Es ist vorgesehen, dass der zumindest eine zweite Sensor (8-13) dazu ausgebildet ist, bei Auftreten einer thermischen Propagation in dem Energiespeicher durch den Energiespeicher (2) freigesetzte Energie in ein elektrisches Signal zum Ansteuern der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) zu wandeln.The invention relates to a warning system (1) for an electrical energy store (2) of a motor vehicle, with a battery management system (3) which has at least one first sensor (5, 6) for detecting a critical state of the energy store (2) and at least one first evaluation device (4) for outputting a warning message as a function of data recorded by the at least one first sensor (5, 6), and with a monitoring system (7) which is independent of the battery management system (3) and which has at least one second sensor (8-13) for detecting a critical state of the energy store (2) and at least one second evaluation device (14-19) for outputting a warning message as a function of data detected by the at least one second sensor (8-13). It is provided that the at least one second sensor (8-13) is designed to convert energy released by the energy store (2) into an electrical signal for controlling the at least one second evaluation device (14-19 ) to convert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Warnsystem für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Propagationswarnsystem, mit einem Batteriemanagementsystem, das zumindest einen ersten Sensor zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers und zumindest eine erste Auswerteeinrichtung zum Ausgeben einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen ersten Sensor erfassten Daten aufweist, und mit einem von dem Batteriemanagementsystem unabhängigen Überwachungssystem, das zumindest einen zweiten Sensor zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers sowie zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung zur Ausgabe einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen zweiten Sensor erfassten Daten aufweist.The invention relates to a warning system for an electrical energy store of a motor vehicle, in particular a propagation warning system, with a battery management system that has at least one first sensor for detecting a critical state of the energy store and at least one first evaluation device for outputting a warning message as a function of what is detected by the at least one first sensor Having data, and with a monitoring system independent of the battery management system, which has at least one second sensor for detecting a critical state of the energy store and at least one second evaluation device for outputting a warning message as a function of data recorded by the at least one second sensor.

Warnsysteme der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift US 2018/0040926 A1 ein gattungsgemäßes Warnsystem, das einen einem Energiespeicher zugeordneten Drucksensor aufweist, der mit einem Steuergerät verbunden ist, um bei Erfassen eines Überdrucks in dem Energiespeicher eine Gegenmaßnahme einzuleiten. Außerdem ist dem Energiespeicher ein Abstandssensor zugeordnet, der eine Verformung des Energiespeichers erfasst und insbesondere mit einem Sicherheitsmechanismus gekoppelt ist, um bei Erfassen einer kritischen Formveränderung des Energiespeichers beispielsweise den Energiespeicher von der Last elektrisch zu trennen. Damit ist aus der genannten Offenlegungsschrift ein Warnsystem mit zwei parallel zueinander wirkenden Systemen bekannt, die jeweils für sich genommen den Zustand des Energiespeichers überwachen und bei Bedarf eine Sicherheitsmaßnahme einleiten.Warning systems of the type mentioned are already known from the prior art. For example, the laid-open specification discloses US 2018/0040926 A1 a generic warning system which has a pressure sensor assigned to an energy store and connected to a control device in order to initiate a countermeasure when an overpressure is detected in the energy store. In addition, a distance sensor is assigned to the energy store, which detects a deformation of the energy store and is in particular coupled to a safety mechanism in order, for example, to electrically disconnect the energy store from the load when a critical change in shape of the energy store is detected. A warning system with two systems that operate in parallel to one another is known from the above-mentioned laid-open specification, each of which, taken individually, monitors the state of the energy store and, if necessary, initiates a safety measure.

Aus der Offenlegungsschrift US 2006/0076926 A1 ist des Weiteren ein Energiespeicher mit einer Alarmeinrichtung bekannt. Weiterhin ist aus der Offenlegungsschrift US 2019/0036178 A1 ein Verfahren und ein System zum Überwachen einer Batterietemperatur bekannt, bei welchem Sensordaten drahtlos an einen Cloud-Dienst gesendet werden.From the published patent application US 2006/0076926 A1 an energy store with an alarm device is also known. It is also from the laid-open specification US 2019/0036178 A1 a method and a system for monitoring a battery temperature are known, in which sensor data are sent wirelessly to a cloud service.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warnsystem zu schaffen, das eine verbesserte Überwachung des Energiespeichers gewährleistet und insbesondere auch eine Überwachung im Ruhezustand beziehungsweise im geparkten Zustand eines Kraftfahrzeugs ohne Energiemehrverbrauch ermöglicht.The invention is based on the object of creating a warning system which ensures improved monitoring of the energy store and, in particular, also enables monitoring in the idle state or in the parked state of a motor vehicle without additional energy consumption.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Warnsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Warnsystem hat den Vorteil, dass die Energie, die zur Erfassung eines kritischen Zustands des Energiespeichers benötigt wird, durch den kritischen Zustand des Energiespeichers selbst bereitgestellt wird. Hierdurch kann für die Detektierung des kritischen Zustands auf zusätzliche Energiequellen verzichtet und dadurch der Zustand jederzeit, insbesondere unabhängig vom Zündungszustand des den Energiespeicher aufweisenden Kraftfahrzeugs, festgestellt werden. Das erfindungsgemäße Warnsystem zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine zweite Sensor dazu ausgebildet ist, durch den Energiespeicher bei Auftreten einer thermischen Propagation des Energiespeichers freigesetzte Energie in ein elektrisches Signal zum Ansteuern der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung zu wandeln. Dadurch wird die durch die Propagation freigewordene oder freigesetzte Energie des Energiespeichers dazu genutzt, das Signal zum Ansteuern beziehungsweise Triggern der Auswerteeinrichtung selbst bereitzustellen. Dadurch kann auf externe Energiequellen verzichtet werden und der zweite Sensor arbeitet vollkommen unabhängig von dem Batteriemanagementsystem.The object on which the invention is based is achieved by a warning system having the features of claim 1. The warning system according to the invention has the advantage that the energy that is required to detect a critical state of the energy store is provided by the critical state of the energy store itself. As a result, additional energy sources can be dispensed with for the detection of the critical state and the state can thereby be determined at any time, in particular independently of the ignition state of the motor vehicle having the energy store. The warning system according to the invention is characterized in that the at least one second sensor is designed to convert energy released by the energy store when thermal propagation of the energy store occurs into an electrical signal for controlling the at least one second evaluation device. As a result, the energy of the energy store that has been released or released by the propagation is used to provide the signal for controlling or triggering the evaluation device itself. This means that external energy sources can be dispensed with and the second sensor works completely independently of the battery management system.

Bevorzugt ist der zweite Sensor ein thermoelektrischer Sensor, ein piezoelektrischer Sensor, ein pyroelektrischer Sensor, ein Bimetallschalter oder ein Fotoelement. In der Ausbildung als thermoelektrischer Sensor wird der Seebeck-Effekt genutzt, wodurch Temperaturunterschiede im thermoelektrischen Material des Sensors in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umgewandelt werden. Der thermische Sensor ist dazu nahe zu dem Energiespeicher oder an dem Energiespeicher selbst angeordnet, um die durch die Propagation des Energiespeichers freiwerdende Wärmeenergie in die entsprechende nutzbare Signalspannung umzuwandeln. Der piezoelektrische Sensor dient dazu, eine durch die thermische Propagation des Energiespeichers entstehende Verformung des Energiespeichers in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umzuwandeln. Dazu ist der piezoelektrische Sensor bevorzugt an dem Energiespeicher derart angeordnet, dass er bei Auftreten einer Propagation und einem Aufschwellen des Energiespeichers mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, durch welche die Signalspannung piezoelektrisch erzeugt wird. Die pyroelektrische Sensor nutzt den pyroelektrischen Effekt, durch welchen Temperaturänderungen in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umgewandelt werden. Dabei werden insbesondere Temperaturänderungen berücksichtigt, die in kurzer Zeit zu einem starken Temperaturanstieg führen. War bei der Propagation innerhalb kürzester Zeit eine hohe thermische Energie freigegeben wird, ist auch die Verwendung des piezoelektrischen Sensors von Vorteil. In der Ausbildung als Bimetallschalter ergibt sich der Vorteil, dass sich der Bimetallschalter, der aus zwei miteinander verbundenen Streifen aus unterschiedlichen Materialien gefertigt ist, die sich bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen, durch eine Temperaturerhöhung des Energiespeichers, beispielsweise aufgrund von Propagation verformt und durch seine Verformung beispielsweise einen elektrischen Schaltkreis schließt oder unterbricht, wodurch das elektrische Signal erzeugt wird. In der Ausbildung als fotoelektrischer Sensor wird elektromagnetische Strahlung in Form von Licht in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umgewandelt. Hierzu weist der Sensor beispielsweise ein fluoreszierendes Reagenz auf, das durch ein Separator so lange getrennt bleibt, bis der Separator durch die thermische Energie des Energiespeichers bei Propagation aufschmilzt und dadurch das Reagenz freisetzt. Die dadurch entstehende Lichtquelle wird von dem Fotosensor detektiert und das erfasste Licht in eine elektrische Spannung gewandelt.The second sensor is preferably a thermoelectric sensor, a piezoelectric sensor, a pyroelectric sensor, a bimetal switch or a photo element. When designed as a thermoelectric sensor, the Seebeck effect is used, whereby temperature differences in the thermoelectric material of the sensor are converted into an electrically usable signal voltage. For this purpose, the thermal sensor is arranged close to the energy store or on the energy store itself in order to convert the thermal energy released by the propagation of the energy store into the corresponding usable signal voltage. The piezoelectric sensor is used to convert a deformation of the energy store resulting from the thermal propagation of the energy store into an electrically usable signal voltage. For this purpose, the piezoelectric sensor is preferably arranged on the energy store in such a way that when propagation occurs and the energy store swells, it is subjected to a compressive force by which the signal voltage is generated piezoelectrically. The pyroelectric sensor uses the pyroelectric effect, through which temperature changes are converted into an electrically usable signal voltage. In particular, temperature changes are taken into account that lead to a sharp rise in temperature in a short time. If a high thermal energy was released during the propagation within a very short time, the use of the piezoelectric sensor is also advantageous. In the design as a bimetallic switch there is the advantage that the bimetallic switch, which is made of two interconnected strips of different materials, which is heated when heated expand to different degrees, deformed by an increase in temperature of the energy store, for example due to propagation and, for example, close or interrupt an electrical circuit through its deformation, whereby the electrical signal is generated. When designed as a photoelectric sensor, electromagnetic radiation in the form of light is converted into an electrically usable signal voltage. For this purpose, the sensor has, for example, a fluorescent reagent that remains separated by a separator until the separator melts due to the thermal energy of the energy storage device during propagation and thereby releases the reagent. The resulting light source is detected by the photosensor and the detected light is converted into an electrical voltage.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Warnsystem mehrere zweite Sensoren auf, die gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind. Die von den Sensoren gegebenenfalls erzeugten elektrischen Signal werden bevorzugt getrennt voneinander an gleiche oder unterschiedliche zweite Ausgabemittel weitergeleitet. Durch das Vorhandensein mehrerer zweiter Sensoren wird eine Plausibilisierung des durch einen Sensor erfassten kritischen Zustand des Energiespeichers ermöglicht. Darüber hinaus wird durch das Vorsehen unterschiedlicher zweiter Sensoren erreicht, dass die zweiten Sensoren auf unterschiedliche Reize reagieren, sodass beispielsweise eine Warnmeldung auch dann ausgegeben wird, wenn die Temperatur einen kritischen Wert überschreitet, eine Verformung des Energiespeichers jedoch (noch) nicht feststellbar ist.According to a preferred development of the invention, the warning system has a plurality of second sensors that are designed identically or differently. The electrical signals possibly generated by the sensors are preferably forwarded separately from one another to the same or different second output means. The presence of several second sensors enables a plausibility check of the critical state of the energy store detected by a sensor. In addition, the provision of different second sensors ensures that the second sensors react to different stimuli, so that, for example, a warning message is also output if the temperature exceeds a critical value, but a deformation of the energy store cannot (yet) be determined.

Besonders bevorzugt ist die zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung mit einer Energieversorgung zum Ausgeben der Warnmeldung verbunden, die unabhängig von einer Energieversorgung des ersten Ausgabemittels ist. Dadurch ist gewährleistet, dass das Überwachungssystem insgesamt unabhängig von dem Batteriemanagementsystem ist, auch in Bezug auf die Energieversorgung. Dadurch ist bei Ausfall des Batteriemanagementsystems ein sicheres Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers durch das Überwachungssystem gewährleistet.The at least one second evaluation device is particularly preferably connected to an energy supply for outputting the warning message, which is independent of an energy supply for the first output means. This ensures that the monitoring system as a whole is independent of the battery management system, also with regard to the energy supply. This ensures that a critical state of the energy store is reliably detected by the monitoring system if the battery management system fails.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Energieversorgung der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung einen Versorgungsenergiespeicher, einen thermoelektrischen Generator oder ein Niederspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs aufweist. Dadurch ist eine unabhängige Energieversorgung der zweiten Auswerteeinrichtung vorteilhaft gewährleistet.Furthermore, it is preferably provided that the energy supply of the at least one second evaluation device has a supply energy store, a thermoelectric generator or a low-voltage electrical system of the motor vehicle. This advantageously ensures an independent energy supply for the second evaluation device.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass zumindest einer zweiten Auswerteeinrichtung eine Einschaltschaltung zugeordnet ist, durch welche die zweite Auswerteeinrichtung nur dann aktiviert wird, wenn die Einschaltschaltung durch das von dem zweiten Sensor gewandelte elektrische Signal beaufschlagt wird. Dadurch wird erreicht, dass erst dann Energie der weiteren Energieversorgung genutzt wird, wenn ein kritischer Zustand durch den jeweiligen zweiten Sensor erfasst wurde. Damit wird der Energieverbrauch des Warnsystems durch das Überwachungssystem im Ruhezustand nicht erhöht.Furthermore, it is preferably provided that at least one second evaluation device is assigned a switch-on circuit, by means of which the second evaluation device is only activated when the switch-on circuit is acted upon by the electrical signal converted by the second sensor. This ensures that energy from the additional energy supply is only used when a critical state has been detected by the respective second sensor. In this way, the energy consumption of the warning system is not increased by the monitoring system in the idle state.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einschaltschaltung zumindest einen Bipolartransistor, MOSFET oder eine integrierte Schaltung aufweist. Hierdurch ist eine einfache Verbindung der zweiten Auswerteeinrichtung mit der zugeordneten Energieversorgung bei Auftreten eines kritischen Zustand des Energiespeichers gewährleistet.Furthermore, it is preferably provided that the switch-on circuit has at least one bipolar transistor, MOSFET or an integrated circuit. This ensures a simple connection of the second evaluation device to the associated energy supply when a critical state of the energy store occurs.

Besonders bevorzugt weist das Überwachungssystem eine Kommunikationseinrichtung zur Übermittlung des elektrischen Signals von dem jeweiligen zweiten Sensor zu der zumindest zweiten Auswerteeinrichtung auf, wobei die Kommunikationseinrichtung zur kabelgebundenen Signalübertragung zumindest eine elektrische Leitung oder einen CAN-BUS, zur drahtlosen Übertragung zumindest ein Funkmodul, ein Bluetooth-Modul, ein WLAN-Modul, oder zumindest ein optoelektronisches Kommunikationsmodul aufweist. Durch die Kommunikationseinrichtung ist somit eine kabelgebundene oder eine drahtlose Signalübertragung ermöglicht, wodurch beispielsweise auch eine Auswertung des Signals insbesondere insgesamt galvanisch getrennt von dem Überwachungssystem und/oder dem Batteriemanagementsystem vorteilhafterweise erfolgt.The monitoring system particularly preferably has a communication device for transmitting the electrical signal from the respective second sensor to the at least second evaluation device, the communication device for wired signal transmission at least one electrical line or a CAN-BUS, for wireless transmission at least one radio module, a Bluetooth Has module, a WLAN module, or at least one optoelectronic communication module. The communication device thus enables wired or wireless signal transmission, whereby, for example, the signal is also advantageously evaluated, in particular overall, electrically isolated from the monitoring system and / or the battery management system.

Besonders bevorzugt weist die Überwachungseinrichtung ein Steuergerät auf, beispielsweise eine Plausibilisierungseinrichtung, das dazu ausgebildet ist, die Signale von mehreren zweiten Sensoren zur Plausibilisierung miteinander oder mit einem vorgegebenen Erwartungssignalwert zu vergleichen. Durch die Plausibilisierung wird gewährleistet, dass die Warnmeldung durch die zweite Auswerteeinrichtung nur dann ausgegeben wird, wenn tatsächlich ein kritischer Zustand des Energiespeichers vorliegt. Dazu wird der vorgegebene Erwartungssignalwert beispielsweise derart eingestellt, dass er einem Wert entspricht, der bei Propagation des Energiespeichers zu erwarten ist. Durch den Vergleich der Signale der mehreren zweiten Sensoren miteinander ist ebenfalls feststellbar, wie hoch die Wahrscheinlichkeit für das tatsächliche Auftreten einer Propagation des Energiespeichers ist, sodass beispielsweise die zweite Auswerteeinrichtung nur dann angesteuert wird, wenn mehrere der zweiten Sensoren ein entsprechendes Signal erzeugt haben.The monitoring device particularly preferably has a control device, for example a plausibility check device, which is designed to compare the signals from a plurality of second sensors for plausibility check with one another or with a predetermined expected signal value. The plausibility check ensures that the warning message is only output by the second evaluation device when the energy store is actually in a critical state. For this purpose, the predefined expected signal value is set, for example, in such a way that it corresponds to a value that is to be expected when the energy store propagates. By comparing the signals from the multiple second sensors with one another, it is also possible to determine how high the probability of the actual occurrence of propagation of the energy store is, so that, for example, the second evaluation device is only activated when multiple of the second sensors have generated a corresponding signal.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die zumindest eine erste Auswerteeinrichtung und die zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung mit der gleichen oder mit unterschiedlichen Sicherheitseinrichtungen verbunden. Sind die Auswerteeinrichtung mit unterschiedlichen Sicherheitseinrichtungen verbunden, so erfolgt auch eine Sicherheitsmaßnahme unabhängig voneinander, sodass insgesamt redundante Propagationswarnsysteme ausgebildet sind. Sind die Auswerteeinrichtung mit dem gleichen oder den gleichen Sicherheitseinrichtungen verbunden, so können Kosten und Bauraum gespart werden. Bei der oder den Sicherheitseinrichtungen handelt es sich insbesondere um Warneinrichtungen, die bei ihrer Ansteuerung beispielsweise ein akustisches, visuelles oder haptisches Warnsignal erzeugen, oder um Interventionseinrichtungen, die bei ihrer Ansteuerung eine Maßnahme einleiten, welches eine weitere Belastung des Energiespeichers und/oder mit dem Energiespeicher verbundener Komponenten verhindern. So handelt es sich beispielsweise bei der Interventionseinrichtung um eine ansteuerbare Trenneinrichtung, welche die elektrische Verbindung des Energiespeichers mit Komponenten des Kraftfahrzeugs bei seiner Ansteuerung trennt.According to a preferred development of the invention, the at least one first evaluation device and the at least one second evaluation device are connected to the same or different safety devices. If the evaluation device is connected to different security devices, a security measure is also carried out independently of one another, so that overall redundant propagation warning systems are formed. If the evaluation device is connected to the same or the same safety devices, costs and installation space can be saved. The safety device (s) are, in particular, warning devices which, when activated, generate, for example, an acoustic, visual or haptic warning signal, or intervention devices which, when activated, initiate a measure that further loads the energy store and / or the energy store prevent connected components. For example, the intervention device is a controllable disconnection device which disconnects the electrical connection between the energy store and components of the motor vehicle when it is activated.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige

  • Figur eine schematische Darstellung eines vorteilhaften Warnsystems für einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs.
The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows the only one
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an advantageous warning system for an energy store of a motor vehicle.

Die Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein vorteilhaftes Warnsystem 1 für einen Energiespeicher 2 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Der Energiespeicher 2 weist mehrere Speicherzellen auf, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sind. Bei einem Fehlerfall oder Unfall kann es passieren, dass eine der Lithium-Ionen-Zellen Schaden nimmt und in kürzester Zeit eine hohe Menge elektrischer Energie, insbesondere in Form von thermischer Energie, freisetzt. Dies kann dazu führen, dass die beschädigte Lithium-Ionen-Zelle auch eine oder mehrere benachbarte Lithium-Ionen-Zellen des Energiespeichers 2 beschädigt, sodass eine Kettenreaktion in dem Energiespeicher 2 auftritt, durch welche alle oder nahezu alle Energiespeicherzellen beschädigt werden und Energie freisetzen. Diese sogenannte thermische Propagation setzt insgesamt in kurzer Zeit große Energiemengen, die zuvor in dem Energiespeicher 2 gespeichert waren, frei. The figure shows an advantageous warning system in a schematic representation 1 for an energy store 2 a motor vehicle not shown here. The energy storage 2 has a plurality of storage cells which, according to the present exemplary embodiment, are designed as lithium-ion cells. In the event of a fault or accident, one of the lithium-ion cells can be damaged and a large amount of electrical energy, in particular in the form of thermal energy, is released in a very short time. This can lead to the damaged lithium-ion cell also having one or more neighboring lithium-ion cells of the energy store 2 damaged, causing a chain reaction in the energy store 2 occurs, through which all or almost all energy storage cells are damaged and release energy. This so-called thermal propagation uses large amounts of energy in a short time that were previously in the energy store 2 were saved, free.

Diese schlagartige Energiefreisetzung äußert sich insbesondere durch einen starken Temperaturanstieg von bis zu mehreren 100 K, hohen internen Kurzschlussströmen von mehr als 60 A, einem starken Druckanstieg innerhalb der jeweiligen Energiespeicherzelle oder innerhalb des Energiespeichers aufgrund erhöhter Gasentwicklung, wobei der Druckanstieg insbesondere zu einer geometrischen Ausdehnung der jeweiligen Energiespeicherzelle oder des Energiespeichers insgesamt führt, sowie durch einen Verlust der Klemmenspannung und des Klemmenstroms.This sudden release of energy is expressed in particular by a sharp rise in temperature of up to several 100 K, high internal short-circuit currents of more than 60 A, a sharp rise in pressure within the respective energy storage cell or within the energy storage unit due to increased gas development, the pressure rise in particular leading to a geometric expansion of the respective energy storage cell or the energy store as a whole, as well as a loss of the terminal voltage and the terminal current.

Bekannte Batteriemanagementsysteme setzen einen oder mehrere Sensoren ein, um den Energiespeicher 2 darauf zu überwachen, ob er einen kritischen Zustand erreicht, der beispielsweise durch thermische Propagation begründet sein kann. Das Warnsystem 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist auch ein solches Batteriemanagementsystem 3 auf. Dieses weist eine Auswerteeinrichtung 4 sowie dem Energiespeicher 2 zugeordnete erste Sensoren 5, 6 auf, wobei der Sensor 5 dem Energiespeicher 2 zugeordnet, jedoch beabstandet von diesem angeordnet ist, und wobei der Sensor 6 direkt an dem Energiespeicher 2 angeordnet ist, beispielsweise in einer der Energiespeicherzellen. Es können auch mehrere Sensoren 5 und 6 vorhanden sein. Als typische Batteriemanagementsensoren 5, 6 sind beispielsweise Temperatursensoren, Spannungssensoren, Stromsensoren, Impedanzsensoren, Drucksensoren oder dergleichen bekannt. Die Auswerteeinrichtung 4 ist mit den Sensoren 5, 6 verbunden, um die Sensorsignale auszuwerten und beispielsweise mit vorgegebenen Grenzwerten zu vergleichen, sodass auf einen kritischen Zustand des Energiespeichers 2 beispielsweise dann geschlossen wird, wenn einer der Grenzwerte durch eines der erfassten Signale beziehungsweise durch eines von den Sensoren 5, 6 erzeugten Signale überschritten wird.Known battery management systems use one or more sensors to store the energy 2 to monitor whether it has reached a critical state, which may be due to thermal propagation, for example. The warning system 1 According to the present exemplary embodiment, such a battery management system also has 3 on. This has an evaluation device 4th as well as the energy storage 2 assigned first sensors 5 , 6th on, with the sensor 5 the energy storage 2 assigned, but spaced apart from this, and wherein the sensor 6th directly on the energy storage 2 is arranged, for example in one of the energy storage cells. There can also be several sensors 5 and 6th to be available. As typical battery management sensors 5 , 6th For example, temperature sensors, voltage sensors, current sensors, impedance sensors, pressure sensors or the like are known. The evaluation device 4th is with the sensors 5 , 6th connected in order to evaluate the sensor signals and, for example, to compare them with predetermined limit values, so that a critical state of the energy store is detected 2 for example, it is closed when one of the limit values is caused by one of the detected signals or by one of the sensors 5 , 6th generated signals is exceeded.

Zusätzlich zu dem Batteriemanagementsystem 3 weist das hier vorgestellte Warnsystem 1 ein von dem Batteriemanagementsystem 3 unabhängiges Überwachungssystem 7 auf. Das Überwachungssystem 7 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere dem Energiespeicher 2 zugeordnete zweite Sensoren 8 bis 13 auf, denen jeweils eine Auswerteeinrichtung 14 bis 19 zum Ausgeben einer Warnmeldung zugeordnet ist. Bei der Warnmeldung handelt es sich vorliegend insbesondere um ein elektrisches Warnsignal beziehungsweise Informationssignal. Alternativ können mehreren der zweiten Sensoren 8 bis 13 auch einer gemeinsame Auswerteeinrichtung zugeordnet sein. Die Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 sind mit einer Energieversorgung 20 verbunden, die unabhängig von einer Energieversorgung des Batteriemanagementsystems 3 ist. Liegt ein Fehlerfall in der Energieversorgung des Batteriemanagementsystems 3 vor, kann somit das Überwachungssystem 7 trotzdem weiterbetrieben werden.In addition to the battery management system 3 shows the warning system presented here 1 one from the battery management system 3 independent monitoring system 7th on. The surveillance system 7th according to the present exemplary embodiment, several of the energy storage devices 2 assigned second sensors 8th to 13th on, each of which has an evaluation device 14th to 19th is assigned to output a warning message. In the present case, the warning message is in particular an electrical warning signal or information signal. Alternatively, several of the second sensors 8th to 13th also be assigned to a common evaluation device. The evaluation devices 14th to 19th are with a power supply 20th connected, which is independent of a power supply of the battery management system 3 is. If there is a fault in the energy supply of the battery management system 3 before, can thus the surveillance system 7th can still be operated.

Die zweiten Sensoren 8 bis 13 zeichnen sich dadurch aus, dass ihre elektrische Energie zum Sensieren eines Zustands des Energiespeichers 2 nicht durch eine Energieversorgung von extern bereitgestellt wird, sondern dass sie dazu ausgebildet sind, die bei einer Propagation des Energiespeichers 2 freigesetzte Energie des elektrischen Energiespeichers 2 in elektrische Energie, insbesondere in ein elektrisches Signal zu wandeln, das der jeweils zugeordneten Auswerteeinrichtung 15 bis 19 zugeführt wird. Dabei sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweiten Sensoren 8 bis 13 unterschiedlich ausgebildet:

  • Vorliegend ist der Sensor 8, welchem die Auswerteeinheit 14 zugeordnet ist, als Magnetometer, beispielsweise in Form eines Hall-Sensors, ausgebildet und dem Energiespeicher 2 derart zugeordnet, dass er Änderungen eines Magnetfelds, die durch Änderungen von elektrischen Strömen des Energiespeichers begründet sind erfasst.
The second sensors 8th to 13th are characterized by the fact that their electrical energy is used to sense a state of the energy store 2 is not provided by an external energy supply, but rather that they are designed to respond to propagation of the energy store 2 released energy of the electrical energy storage 2 to convert into electrical energy, in particular into an electrical signal, that of the respective assigned evaluation device 15th to 19th is fed. According to the present exemplary embodiment, the second sensors are here 8th to 13th differently trained:
  • Here is the sensor 8th which the evaluation unit 14th is assigned, designed as a magnetometer, for example in the form of a Hall sensor, and the energy store 2 assigned in such a way that it detects changes in a magnetic field that are justified by changes in electrical currents of the energy store.

Der zweite Sensor 9 ist vorliegend als thermoelektrischer Sensor ausgebildet, der basierend auf dem Seebeck-Effekt Temperaturunterschiede in einem thermoelektrischen Material des Sensors 9 in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umwandelt. Mit zunehmender Temperatur nimmt auch die gewandelte elektrische Signalapannung zu, sodass ein Überschreiten eines vorgebbaren Grenzwertes durch die dem Sensor 9 zugeordnete Auswerteeinrichtung 15 einfach detektierbar ist.The second sensor 9 is in the present case designed as a thermoelectric sensor which, based on the Seebeck effect, detects temperature differences in a thermoelectric material of the sensor 9 into an electrically usable signal voltage. With increasing temperature, the converted electrical signal voltage also increases, so that a predefinable limit value is exceeded by the sensor 9 assigned evaluation device 15th is easily detectable.

Der zweite Sensor 10 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als pyroelektrischer Sensor ausgebildet, der basierend auf den pyroelektrische Effekt durch Temperaturänderungen, insbesondere durch einen starken Temperaturanstieg in kurzer Zeit, wie er bei einer thermischen Propagation auftreten kann, die Temperaturänderung in ein elektrisches Signal beziehungsweise in eine elektrische Signalspannung umwandelt, die der Auswerteeinrichtung 16 zugeführt wird. Auch hier ist beispielsweise ein Vergleichen des vorgegebenen Grenzwerts durch die Auswerteeinrichtung 16 vorgesehen, um das Eintreten eines kritischen Zustands des Speichers 2 bei Überschreiten des Grenzwertes durch die erzeugte Signalspannung als elektrisches Signal zu erfassen.The second sensor 10 is designed according to the present exemplary embodiment as a pyroelectric sensor which, based on the pyroelectric effect due to temperature changes, in particular due to a sharp rise in temperature in a short time, as can occur with thermal propagation, converts the temperature change into an electrical signal or into an electrical signal voltage, that of the evaluation device 16 is fed. Here too, for example, the evaluation device compares the predefined limit value 16 provided for the occurrence of a critical state of the memory 2 to be recorded as an electrical signal when the limit value is exceeded by the generated signal voltage.

Der zweite Sensor 11 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als piezoelektrischer Sensor ausgebildet, der den piezoelektrischen Effekt ausnutzt. Dazu ist der zweite Sensor 11 direkt an einer Wand des Energiespeichers 2 und/oder einer Energiespeicherzelle des Energiespeichers 2 angeordnet, um bei dem Auftreten einer thermischer Propagation durch die entstehenden Verformung des Energiespeichers 2 mit einer Druckkraft beaufschlagt zu werden, die durch den piezoelektrischen Effekt in eine elektrische Signalspannung umgewandelt wird. Auch hier ist in Abhängigkeit von der erzeugten Signalspannung und einem vorgegebenen Grenzwert durch die zugeordnete Auswerteeinrichtung 17 das Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers 2 gewährleistet.The second sensor 11 is designed according to the present embodiment as a piezoelectric sensor that uses the piezoelectric effect. This is the second sensor 11 directly on a wall of the energy storage 2 and / or an energy storage cell of the energy store 2 arranged to prevent thermal propagation from occurring due to the deformation of the energy store 2 to be applied with a compressive force, which is converted into an electrical signal voltage by the piezoelectric effect. Here, too, is a function of the signal voltage generated and a predetermined limit value by the assigned evaluation device 17th the detection of a critical state of the energy store 2 guaranteed.

Der zweite Sensor 12 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Bimetallschalter ausgebildet, der zwei Metallstreifen aus unterschiedlichen Materialien aufweist, die sich damit bei einer Erwärmung durch den Energiespeicher unterschiedlich stark ausdehnen, was zu einer Verformung des Bimetallschalters führt. Durch diese Verformung wird bei Auftreten entsprechend hoher Hitze durch den Energiespeicher 2, wie sie bei einer Propagation auftreten kann, ein elektrischer Schaltkreis geschlossen, oder alternativ geöffnet, und dadurch ein elektrisches Signal erzeugt, das anzeigt, dass der Energiespeicher 2 einen kritischen Zustand erreicht hat. Das Signal wird der Auswerteeinrichtung 18 zugeführt.The second sensor 12th is designed according to the present embodiment as a bimetal switch, which has two metal strips made of different materials, which thus expand to different degrees when heated by the energy store, which leads to a deformation of the bimetal switch. This deformation causes the energy storage device to generate correspondingly high heat when it occurs 2 As it can occur during propagation, an electrical circuit is closed or, alternatively, opened, and an electrical signal is thereby generated which indicates that the energy store 2 has reached a critical state. The signal is sent to the evaluation device 18th fed.

Der zweite Sensor 13 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Fotosensor ausgebildet, der einen fotoelektrischen Effekt ausnutzt. Elektromagnetische Strahlung in Form von Licht wird durch ein Fotoelement 13` in eine elektrisch nutzbare Signalspannung umgewandelt. Denkbar zur konkreten Realisierung ist es, ein fluoreszierendes Reagenz 13" vorzusehen, das durch einen Separator solange von dem Fotoelement 13` getrennt bleibt, bis der Separator durch die bei der thermischen Propagation freigesetzte thermische Energie aufschmilzt und das Reagenz 13" freisetzt. Dadurch entsteht eine Lichtquelle, die von dem Fotoelement 13' des Sensors 13 insbesondere in einer Fluoreszenskammer erfassbar ist. Die Lichtstärke des erfassten Lichts führt zu einer entsprechenden elektrischen Signalspannung, die durch die Auswerteeinrichtung 19 erfassbar ist. Auch hier erfolgt bevorzugt durch die Auswerteeinrichtung 19 ein Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert, um festzustellen, ob ein kritischer Zustand des Energiespeichers 2 vorliegt.The second sensor 13th is designed according to the present embodiment as a photosensor which uses a photoelectric effect. Electromagnetic radiation in the form of light is converted into an electrically usable signal voltage by a photo element 13 '. For the specific implementation it is conceivable to provide a fluorescent reagent 13 "which remains separated from the photo element 13 'by a separator until the separator melts due to the thermal energy released during thermal propagation and releases the reagent 13". This creates a light source from the photo element 13 'of the sensor 13th can be detected in particular in a fluorescence chamber. The light intensity of the detected light leads to a corresponding electrical signal voltage, which is generated by the evaluation device 19th is detectable. Here too, the evaluation device is preferably used 19th a comparison with a predetermined limit value in order to determine whether a critical state of the energy store 2 is present.

Die durch die zweiten Sensoren 8 bis 13 erzeugbaren elektrischen Signale werden getrennt voneinander durch die unterschiedlichen Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 ausgewertet. Diese Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 sind dabei durch die von dem Batteriemanagementsystem 3 getrennte Energieversorgung 20 versorgt, sodass das Überwachungssystem 7 unabhängig zu dem Batteriemanagementsystem 3 vorliegt. Als Energieversorgung 20 ist es denkbar, ein 12-Volt-Bordnetzssystem, also ein Niederspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs, zu nutzen, während das Batteriemanagementsystem 3 durch ein Hochspannungsnetz desselben Kraftfahrzeugs, das galvanisch von dem von dem Niederspannungsbordnetz getrennt ist, versorgt wird. Alternativ ist vorgesehen, dass die Energieversorgung 20 durch einen zusätzlichen Energiespeicher, insbesondere in Form einer kleinformatigen Batterie, realisiert ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiels wird die Energieversorgung 20 durch einen thermoelektrischen Generator realisiert, der insbesondere, beispielsweise bei Plug-in-Hybridfahrzeugen, im Bereich eines Verbrennungsmotors oder am Abgasstrang angeordnet ist, um durch die dort erzeugte Wärmeenergie elektrische Leistung bereitzustellen.The one through the second sensors 8th to 13th The electrical signals that can be generated are separated from one another by the different evaluation devices 14th to 19th evaluated. These evaluation devices 14th to 19th are thereby by the battery management system 3 separate energy supply 20th supplied so that the surveillance system 7th independent of the battery management system 3 is present. As an energy supply 20th it is conceivable to use a 12-volt electrical system, that is, a low-voltage electrical system of the motor vehicle, while the battery management system 3 is supplied by a high-voltage network of the same motor vehicle, which is galvanically separated from that of the low-voltage on-board network. Alternatively, it is provided that the energy supply 20th is realized by an additional energy store, in particular in the form of a small-format battery. According to a further exemplary embodiment, the energy supply 20th realized by a thermoelectric generator, which is arranged in particular, for example in plug-in hybrid vehicles, in the area of an internal combustion engine or on the exhaust system in order to provide electrical power through the thermal energy generated there.

Die signalverarbeitenden Schaltungen beziehungsweise Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 sind bevorzugt im Ruhezustand solange ausgeschaltet, bis der jeweilige Signalpfad des zugeordneten zweiten Sensors 8 bis 13 signalisiert, dass ein Messsignal vorliegt. Dies wird insbesondere durch Einschaltschaltungen 25, beispielsweise mit Bipolartransistoren, MOSFETs oder integrierten Schaltkreisen, realisiert. Die verarbeiteten Signale der verschiedenen Sensoren 8 bis 13 werden anschließend erst an die Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 durch eine Kommunikationseinrichtung 21, weitergegeben. Alle Signalübertragungspfade werden bevorzugt ebenfalls redundant ausgeführt. Die Sensoren 8 bis 13 sind dabei mit den jeweils zugeordneten Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 bevorzugt durch eine elektrische Leitung, beispielsweise durch einen CAN-BUS, miteinander verbunden. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist als Kommunikationseinrichtung 21 zwischen dem jeweiligen Sensor 9 bis 13 der zugehörigen Auswerteeinrichtung 14 bis 19 eine drahtlose Kommunikationseinrichtung vorgesehen, wie beispielsweise eine Bluetoothverbindung, Funkverbindung oder WLAN- Verbindung. Auch denkbar als Kommunikationseinrichtung 21 ist eine Übertragung des Signals durch optoelektronische Kommunikationsmittel, wie beispielsweise Optokoppler, Lichtwellenleiten oder dergleichen.The signal processing circuits or evaluation devices 14th to 19th are preferably switched off in the idle state until the respective signal path of the associated second sensor 8th to 13th indicates that a measurement signal is available. This is especially done by switch-on circuits 25th , for example with bipolar transistors, MOSFETs or integrated circuits. The processed signals from the various sensors 8th to 13th are only then sent to the evaluation devices 14th to 19th through a communication device 21 , passed on. All signal transmission paths are preferably also designed redundantly. The sensors 8th to 13th are with the respectively assigned evaluation devices 14th to 19th preferably connected to one another by an electrical line, for example by a CAN-BUS. According to an alternative embodiment, the communication device 21 between the respective sensor 9 to 13th the associated evaluation device 14th to 19th a wireless communication device is provided, such as a Bluetooth connection, radio connection or WLAN connection. Also conceivable as a communication device 21 is a transmission of the signal by optoelectronic communication means, such as optocouplers, optical waveguides or the like.

Die Signalauswertung durch die Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 erfolgt dabei bevorzugt redundant. Hierzu können die verschiedenen Signale der Sensoren 8 bis 13 durch die Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 auf eine Informationsredundanz geprüft beziehungsweise auf Plausibilität geprüft werden. Liegen beispielsweise von mindestens drei voneinander unabhängigen Signalfaden die Meldung über einen kritischen Zustand des Energiespeichers 2, insbesondere bezüglich einer thermischen Propagation vor, so wird durch ein beispielsweise übergeordnetes Steuergerät 22 entschieden, dass ein kritischer Zustand vorliegt und dass beispielsweise eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden muss. Dazu sind die Auswerteeinrichtungen 14 bis 19 insbesondere mit dem Steuergerät 22 drahtgebunden oder drahtlos verbunden. Das Steuergerät 22 ist insbesondere mit einer oder mit mehreren Sicherheitseinrichtungen 23, 24 verbunden, um diese bei Erfassung eines kritischen Zustandes des Energiespeichers 2, der durch die von der jeweiligen Auswerteeinrichtung 13 bis 19 gegebenenfalls erzeugte Warnmeldung angezeigt wird, anzusteuern.The signal evaluation by the evaluation devices 14th to 19th preferably takes place redundantly. The various signals from the sensors 8th to 13th by the evaluation devices 14th to 19th checked for information redundancy or checked for plausibility. If, for example, there are at least three signal threads that are independent of one another, the message about a critical state of the energy store 2 , in particular with regard to thermal propagation, a higher-level control unit, for example 22nd decided that a critical condition exists and that, for example, a countermeasure must be initiated. The evaluation devices are for this purpose 14th to 19th especially with the control unit 22nd wired or wirelessly connected. The control unit 22nd is in particular with one or more safety devices 23 , 24 connected to this upon detection of a critical state of the energy store 2 , which by the respective evaluation device 13th to 19th possibly generated warning message is displayed.

Bei den Sicherheitseinrichtungen 23, 24 handelt es sich insbesondere um unterschiedliche Sicherheitseinrichtungen. Es handelt sich beispielsweise bei der Sicherheitseinrichtung 23 um eine Warneinrichtung, die ihrer Ansteuerung ein optisches, akustisches oder haptisches Signal ausgibt, das den Fahrer des Kraftfahrzeugs darüber informiert, dass ein kritischer Zustand des Energiespeichers 2 vorliegt. Die Sicherheitseinrichtung 24 ist bevorzugt als Interventionseinrichtung ausgebildet, die bei Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers 2 eine Gegenmaßnahme einleitet, wie beispielsweise eine elektrische Trennung des Energiespeichers 2 von dem übrigen elektrischen Netz des Kraftfahrzeugs, um elektrische/elektronische Komponente des Kraftfahrzeugs vor den Auswirkungen der thermischen Propagation des Energiespeichers 2 zu schützen.With the safety devices 23 , 24 In particular, it is a matter of different safety devices. It is, for example, the safety device 23 a warning device which, when activated, emits an optical, acoustic or haptic signal that informs the driver of the motor vehicle that the energy storage device is in a critical state 2 is present. The security device 24 is preferably designed as an intervention device, which when a critical state of the energy store is detected 2 initiates a countermeasure, such as an electrical separation of the energy store 2 from the rest of the electrical network of the motor vehicle to electrical / electronic components of the motor vehicle from the effects of the thermal propagation of the energy store 2 to protect.

Vorzugsweise werden auf den Auswerteeinrichtungen 14 bis 19, im Batteriemanagementsystem 3 und/oder in einer an das redundante Überwachungssystem 7 drahtlos angebunden extern Cloud-Einrichtung neben der bereits üblichen Methode zur Erkennung von thermostatischer Propagation, wie das augenwirkliche Erkennen von starken Änderungen von Messgrößen, Algorithmen oder Methoden verwendet, die die Kenntnis von thermischer Propagation zusätzlich beurteilen können. Insbesondere werden dazu beispielsweise durch das Steuergerät 22 die im folgen genannten Methodemodelle eigesetzt, um aktuelle Messwerte mit zuvor ermittelten Vergleichswerten für thermische Propagation zu beurteilen: a) Electrical equivalent circuit Modelle, b) Modellenverfahren zur Ermittlung des sicheren Zustands einer Batterie basierend auf den Therorien von Semenov, Frank-Kamenetzkii oder Thomas, c) Computer-Fluid-Dyamik-Modelle, d) multi-scale-multi-domain-Modelle, e) reduced-order-modeling-Modelle oder weitere Modellierungsmöglichkeiten.Preferably on the evaluation devices 14th to 19th , in the battery management system 3 and / or in one to the redundant monitoring system 7th wirelessly connected external cloud facility in addition to the already common method for recognizing thermostatic propagation, such as the visual recognition of strong changes in measured variables, algorithms or methods are used that can additionally assess the knowledge of thermal propagation. In particular, this is done for example by the control unit 22nd The following method models are used to assess current measured values with previously determined comparative values for thermal propagation: a) Electrical equivalent circuit models, b) Modeling methods for determining the safe state of a battery based on the theories of Semenov, Frank-Kamenetzkii or Thomas, c) computer fluid dynamics models, d) multi-scale-multi-domain models, e) reduced-order modeling models or other modeling options.

Wird eine Anbindung durch die Sensoren 8 bis 13 erfassten Daten beziehungsweise erzeugten Signale an eine externe Cloud-Einrichtung vorgesehen, können außerdem weitere statistische Methoden aus dem Bereich des Maschinen-Learnings auf die erfassten Daten im Bezug auf thermische Propagation angewendet werden. Hierzu werden bevorzugt zunächst Datensätze aller verwendeten Sensoren 8 bis 13 in der Cloudeinrichtung von verschiedenen Kraftfahrzeugen gesammelt, sowohl im fehlerfreien Betrieb als auch bei Auftreten einer thermischen Propagation. Anschließend werden unter Anwendung der Methoden des Maschinen-Learnings diejenigen Situationen dem Algorithmus antrainiert, in denen das Auftreten von thermischer Propagation höchstwahrscheinlich ist. Die so geschaffene zusätzliche Beurteilungsinstanz kann dann als weitere redundante Entscheidungshilfe für die Detektion- und Intervention beziehungsweise für die Warnung vor thermischer Propagation verwendet werden.Will be a connection through the sensors 8th to 13th recorded data or generated signals are provided to an external cloud facility, further statistical methods from the area of machine learning can also be applied to the recorded data in relation to thermal propagation. For this purpose, data sets of all sensors used are preferably initially used 8th to 13th Collected in the cloud device from various motor vehicles, both in error-free operation and when thermal propagation occurs. Then, using the methods of machine learning, those situations are trained to the algorithm, where thermal propagation is most likely to occur. The additional assessment instance created in this way can then be used as a further redundant decision aid for the detection and intervention or for the warning of thermal propagation.

Die beschriebene Ausbildung des Warnsystems 1 hat den Vorteil, dass trotz der redundanten Ausbildung der Überwachung des Energiespeichers 2 kein erhöhter Ruhestromverbrauch und damit keine Reichweitenreduktion bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen entsteht. Darüber hinaus bietet das Warnsystem eine hohe Sicherheit bezüglich der Erkennung eines kritischen Zustands des Energiespeichers 2 sowie eine hohe Ausfallsicherheit des Systems zur Erfüllung gesetzlich geforderter Propagationswarnmeldungen. Darüber hinaus können Gegenmaßnahmen zur Schadenbegrenzung besonders zeitnah eingesetzt werden.The described training of the warning system 1 has the advantage that, despite the redundant design, the monitoring of the energy store 2 there is no increased quiescent current consumption and thus no range reduction in electrically powered motor vehicles. In addition, the warning system offers a high level of security with regard to the detection of a critical state of the energy store 2 as well as a high level of security against failure of the system to meet legally required propagation warning messages. In addition, countermeasures to limit damage can be implemented in a particularly timely manner.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
WarnsystemWarning system
22
EnergiespeicherEnergy storage
33
BatteriemanagementsystemBattery management system
44th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
55
Sensorsensor
66th
Sensorsensor
77th
ÜberwachungssystemSurveillance system
88th
Sensorsensor
99
Sensorsensor
1010
Sensorsensor
1111
Sensorsensor
1212th
Sensorsensor
1313th
Sensorsensor
1414th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
1515th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
1616
AuswerteeinrichtungEvaluation device
1717th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
1818th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
1919th
AuswerteeinrichtungEvaluation device
2020th
Energieversorgungpower supply
2121
KommunikationseinrichtungCommunication facility
2222nd
SteuergerätControl unit
2323
SicherheitseinrichtungSecurity device
2424
SicherheitseinrichtungSecurity device
2525th
EinschaltschaltungSwitch-on circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2018/0040926 A1 [0002]US 2018/0040926 A1 [0002]
  • US 2006/0076926 A1 [0003]US 2006/0076926 A1 [0003]
  • US 2019/0036178 A1 [0003]US 2019/0036178 A1 [0003]

Claims (10)

Warnsystem (1) für einen elektrischen Energiespeicher (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriemanagementsystem (3), das zumindest einen ersten Sensor (5,6) zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers (2) und zumindest eine erste Auswerteeinrichtung (4) zum Ausgeben einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen ersten Sensor (5,6) erfassten Daten aufweist, und mit einem von dem Batteriemanagementsystem (3) unabhängigen Überwachungssystem (7), das zumindest einen zweiten Sensor (8-13) zum Erfassen eines kritischen Zustands des Energiespeichers (2) sowie zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung (14-19) zur Ausgabe einer Warnmeldung in Abhängigkeit von durch den zumindest einen zweiten Sensor (8-13) erfassten Daten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Sensor (8-13) dazu ausgebildet ist, bei Auftreten einer thermischen Propagation in dem Energiespeicher durch den Energiespeicher (2) freigesetzte Energie in ein elektrisches Signal zum Ansteuern der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) zu wandeln.Warning system (1) for an electrical energy store (2) of a motor vehicle, with a battery management system (3) which has at least one first sensor (5, 6) for detecting a critical state of the energy store (2) and at least one first evaluation device (4) for Output of a warning message as a function of the at least one first sensor (5,6) detected data, and with a monitoring system (7) independent of the battery management system (3), which has at least one second sensor (8-13) for detecting a critical State of the energy store (2) and at least one second evaluation device (14-19) for outputting a warning message as a function of data recorded by the at least one second sensor (8-13), characterized in that the at least one second sensor (8- 13) is designed to convert into electrical energy released by the energy store (2) when thermal propagation occurs in the energy store To convert signal for controlling the at least one second evaluation device (14-19). Warnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (8-19) ein thermoelektrischer Sensor (9), ein piezoelektrischer Sensor (11), ein pyroelektrischer Sensor (10), ein Bimetallschalter (12) oder ein Fotosensor (13) ist.Warning system according to Claim 1 , characterized in that the second sensor (8-19) is a thermoelectric sensor (9), a piezoelectric sensor (11), a pyroelectric sensor (10), a bimetal switch (12) or a photo sensor (13). Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warnsystem (1) mehrere zweite Sensoren (8-13) aufweist, die gleich oder unterschiedlich ausgebildet sind.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the warning system (1) has a plurality of second sensors (8-13) which are identical or different. Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Auswerteeinrichtung (14-19) mit einer Energieversorgung so verbunden ist, die unabhängig von einer Energieversorgung der ersten zumindest einen Auswerteeinrichtung (4) ist.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second evaluation device (14-19) is connected to an energy supply in such a way that it is independent of an energy supply of the first at least one evaluation device (4). Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung (20) der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) ein Energiespeicher, ein thermoelektrischer Generator oder ein Niederspannungsbordnetz des Kraftfahrzeugs ist.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the energy supply (20) of the at least one second evaluation device (14-19) is an energy store, a thermoelectric generator or a low-voltage electrical system of the motor vehicle. Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest einen zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) eine Einschaltschaltung (25) zugeordnet ist, durch welche die zweite Auswerteeinrichtung (14-19) nur dann aktiviert wird, wenn die Einschaltschaltung (25) mit dem von dem zweiten Sensor (8-13) gewandelten elektrischen Signal beaufschlagt wird.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one second evaluation device (14-19) is assigned a switch-on circuit (25) through which the second evaluation device (14-19) is only activated when the switch-on circuit (25) is acted upon by the electrical signal converted by the second sensor (8-13). Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltschaltung (25) zumindest einen Bipolartransistor, MOSFET oder eine integrierte Schaltung aufweist.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the switch-on circuit (25) has at least one bipolar transistor, MOSFET or an integrated circuit. Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssystem (1) eine Kommunikationseinrichtung (21) zur Übermittlung des Signals zu der zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) aufweist, wobei die Kommunikationseinrichtung (21) zur kabelgebundenen Signalübertragung zumindest eine elektrische Leitung oder einen CAN-BUS, und/oder zur drahtlosen Übertragung zumindest eine Funkeinrichtung, ein Bluetooth-Modul, ein WLAN-Modul und/oder ein optoelektronisches Kommunikationsmodul aufweist.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring system (1) has a communication device (21) for transmitting the signal to the second evaluation device (14-19), the communication device (21) for wired signal transmission at least one electrical line or a CAN-BUS, and / or for wireless transmission at least one radio device, a Bluetooth module, a WLAN module and / or an optoelectronic communication module. Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (7) ein Steuergerät (22) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Signale der mehreren zweiten Sensoren (8-13) zur Plausibilisierung miteinander oder jeweils mit einem vorgegebenen Erwartungssignalwert zu vergleichen.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device (7) has a control device (22) which is designed to compare the signals of the multiple second sensors (8-13) with one another or with a predetermined expected signal value for plausibility checking . Warnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Auswerteeinrichtung (4) und die zweiten Auswerteeinrichtung (14-19) mit der gleichen oder mit unterschiedlichen Sicherheitseinrichtungen (23,24), insbesondere Warneinrichtungen und/oder Interventionseinrichtungen, verbunden sind.Warning system according to one of the preceding claims, characterized in that the first evaluation device (4) and the second evaluation device (14-19) are connected to the same or different safety devices (23, 24), in particular warning devices and / or intervention devices.
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