AT525311A1 - Messverfahren und Überwachungsvorrichtung zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen - Google Patents
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Abstract
Es werden ein Messverfahren und eine Überwachungsvorrichtung zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen in einer Batteriespeichervorrichtung vorgeschlagen. Das Messverfahren umfasst zunächst ein Positionieren von einem Strahlungs-Antennenmodul zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung. Im Betrieb wird fortlaufend ein Vergleich von einem Antennensignal des Strahlungs-Antennenmoduls, das in Reaktion auf eine erfasste elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung ausgegeben wird, mit einem vor-bestimmten Referenzsignal, das für eine elektromagnetische Strahlung eines Licht-bogens charakteristisch ist, durchgeführt. Dazu wird ein Erkennungsergebnis ausgegeben, ob eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung erfasst worden ist oder nicht.
Description
eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Überwachungsvorrichtung zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen in einer Batteriespeichervorrichtung. Genauer genommen, bezieht sich die Erfindung auf eine Mess- und Überwachungstechnik zur Erfassung von lokalen Überlastungsereignissen in einem Batteriespeicher, bei denen statische Entladungen auftreten.
Das erfindungsgemäße Messverfahren und die Überwachungsvorrichtung können insbesondere in der Forschung und Entwicklung von Batteriespeichern wie z.B. Traktionsbatterien von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) angewendet werden. So können aus Belastungstests bzw. Überlastungstests oder Crashtests neue Erkenntnisse zu Hotspots bzw. Schwachstellen in Bezug auf Batteriemodule, Batteriezellen oder Leiterstrukturen in einem Batteriespeicher aus einer Messdatenaufzeichnung gewonnen werden. Die Überwachungsvorrichtung kann jedoch auch zum Betrieb über eine gesamte Produktlebensdauer vorgesehen werden, um bei Erkennung von Störungen mit thermischer Auswirkung weitere Funktionen, wie eine steuerungstechnische Gegenmaßnahme, eine Warnung 0.ä.
bereitzustellen und die Sicherheit des Batteriespeichers zu erhöhen.
Es ist bekannt, dass verschiedene Typen von Sekundärbatterien, insbesondere Typen von Lithium-Ionen Batterien durch z.B. unsachgemäßes Laden oder äußere Einwirkungen interne Kurzschlüsse mit exothermen Folgereaktionen in der Batteriechemie erleiden können. In benachbarten Anordnungen von Batteriezellen kann eine übergreifende exotherme Kettenreaktion entstehen, die zu einem Brand des gesamten Batteriespeichers führen kann. Dieses Phänomen wird als thermisches Durchgehen oder Thermal Runaway bezeichnet.
Es sind verschiedene Messtechniken bekannt, die durch eine Vielzahl von Temperatursensoren, Stromsensoren oder Spannungssensoren kritische Temperaturen, kritische Stromspitzen oder kritische Zellspannungen detektieren, um einen Thermal Runaway zu erkennen. Allerdings erfassen diese Messtechniken je nach Ausführung einen Thermal Runaway erst zu einem relativ späten Zeitpunkt, da
2 sie auf der Erfassung von Folgeerscheinungen einer beschädigten Batteriezelle, wie einem Temperaturanstieg, einem Kurzschlussstrom oder einem Zellspannungsabfall
basieren.
Zudem ist eine optische Möglichkeit zur aktiven Batterieüberwachung von auslösenden Ereignissen wie einer Funkenbildung von spontanen Entladungen mittels Lichtwellenleitern bekannt geworden. Diese kann jedoch keine optische Strahlung aus zelleninterne Vorgängen wie einem internen Kurzschluss erfassen. Ferner wäre eine Lokalisierung eines Thermal Runaways nur unter einem unverhältnismäßig großen messtechnischen Aufwand realisierbar, der eine engmaschige Vernetzung einer Batteriezellenanordnung mit Lichtwellenleitern, eine Bereitstellung und Montage von zahlreichen optischen Schnittstellen sowie eine
komplexen Auswertung einschließen würde.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zu schaffen, die eine frühzeitige Erkennung eines drohenden thermischen Durchgehens an Batteriezellen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Technik mit einem begrenzten Aufwand bezüglich der Installation der Messtechnik und einer fortlaufenden Auswertung der Messung zugunsten einer Überwachungsanwendung
zu realisieren.
Die voranstehende Aufgabe wird durch ein Messverfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 sowie eine dementsprechende Überwachungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Prüfstandsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets
wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Erfindungsgemäß wird ein Messverfahren zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen in einer Batteriespeichervorrichtung vorgeschlagen. Das Messverfahren umfasst zunächst den folgenden Schritt:
Positionieren von einem Strahlungs-Antennenmodul zur Erfassung von
erfasst worden ist oder nicht.
Korrespondierend zu dem Messverfahren wird erfindungsgemäß eine Überwachungsvorrichtung zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen in einer Batteriespeichervorrichtung vorgeschlagen. Die Überwachungsvorrichtung umfasst ein Strahlungs-Antennenmodul, ein Signalvergleichsmodul und ein Erkennungsmodul. Das Strahlungs-Antennenmodul dient zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung und weist wenigstens ein Antennenelement auf, das in der Batteriespeichervorrichtung angeordneten ist. Das Signalvergleichsmodul dient zum Vergleich von einem Antennensignal, das von dem Strahlungs-Antennenmodul in Reaktion auf eine erfasste elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung ausgegeben wird, mit einem vorbestimmten Referenzsignal, das für eine elektromagnetische Strahlung eines Lichtbogens charakteristisch ist. Hierzu steht das Signalvergleichsmodul in einer Signalverbindung mit dem Strahlungs-Antennenmodul. Das Erkennungsmodul dient zur Ausgabe eines Erkennungsergebnisses, ob eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung durch das Strahlungs-Antennenmodul erfasst worden ist oder nicht, basierend auf dem Vergleich des Signalvergleichsmoduls. Hierzu steht das Erkennungsmodul in einer Datenverbindung mit dem Signalvergleichsmodul.
Somit sieht die Erfindung erstmals eine Messtechnik für spontane Entladungsereignisse, die zu einer Funkenbildung bzw. einem Lichtbogen führen,
mittels einer oder vorzugsweise mehreren Antennen vor, die eine durch den
Batteriespeichervorrichtung aufnehmen. Dieses Messprinzip hat mehrere Vorteile.
Zum einen wird nicht ein Thermal Runaway bzw. ein thermisches Durchgehen selbst erkannt, sondern es werden Entladungsereignisse in Echtzeit erfasst, die einen Thermal Runaway potenziell auslösen können. Somit ermöglicht das erfindungsgemäße Messprinzip zu einem möglichst frühen Zeitpunkt eine Erkennung eines drohenden Thermal Runaways und eine möglichst frühe Reaktion durch eine
Einleitung von präventiven Gegenmaßnahmen 0.äÄ.
Zum anderen sind der Aufbau und die Installation der berührungsfreien Messtechnik vergleichsweise einfach und kostengünstig sowie robust, da keine physischen Messschnittstellen mit thermischen oder elektrischen Kontakten für Sensoren an einer Batterieanordnung erforderlich sind. Es ist für eine zuverlässige Erfassung der elektromagnetischen Strahlung ausreichend, wenn das wenigstens eine Antennenelement innerhalb eines Gehäuses des Batteriespeichers bzw. innerhalb einer eventuellen Strahlungsabschirmung bzw. EMV-Abschirmung desselben angeordnet ist. Da das Antennenelement eine geringe Baugröße aufweist, bestehen keine Herausforderungen bei der Integration der Messtechnik in einem Batteriespeicher mit kompakter Bauform. Dementsprechend ist auch eine Ausführungsform denkbar, bei welcher sich das wenigstens eine Antennenelement außerhalb des Gehäuses befindet, jedoch innerhalb der Strahlungsabschirmung bzw. EMV-Abschirmung desselben angeordnet ist.
Darüber hinaus können sowohl sichtbare als auch nicht sichtbare, zellinterne Entladungsvorgänge von kritischer Größenordnung auf einfache und zuverlässige
Weise erfasst werden, die durch ein optisches Messprinzip nicht erfassbar sind.
Die erforderliche Hardware zum Empfang der Antennensignale kann vergleichbar mit Grundbauteilen eines Rundfunkempfängers für einen spezifischen Frequenzbereich relativ einfach ausfallen. Die Rechenleistung, die für den Vergleich der Antennensignale und die Erkennung von charakteristische Frequenzverläufen erforderlich ist, ist im Verhältnis zu den Rechenkapazitäten von aktuellen Mikrocomputern ausreichend klein, um eine Überwachung und Auswertung in
Echtzeit kostengünstig sicherzustellen.
standardmäßig EMV abgeschirmten Gehäuses.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Strahlungs-Antennenmodul mehrere definiert positionierte Antennenelemente in der Batteriespeichervorrichtung auf; und der Schritt des Vergleichens von einem Antennensignal für mehrere separaten Antennensignale, die jeweils einem der mehreren definiert positionierten Antennenelemente des Strahlungs-Antennenmoduls zugeordnet sind, wird parallel ausgeführt. Dabei können die den Antennenelementen jeweils separat zugeordneten Antennensignale, vorzugsweise mittels separater Signalverbindungen, parallel an
das Signalvergleichsmodul ausgegeben werden.
Beispielsweise können die Antennenelemente in räumlicher Zuordnung zu verschiedenen Bereichen, Batteriemodulen oder Batteriezellen in einem Gehäuse der Batteriespeichervorrichtung positioniert werden.
Dementsprechend kann ein Örtliches Bestimmen, in welchem Bereich oder an welcher Batteriezelle der Batteriespeichervorrichtung eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung durch das StrahlungsAntennenmodul erfasst worden ist, bei dieser bevorzugten Ausführungsform basierend auf den parallelen Vergleichen der mehreren separaten Antennensignale
der mehreren definiert positionierten Antennenelemente durchgeführt werden.
Somit kann auf einfache Weise neben der Erkennung des Auftretens eines Entladungsereignisses auch eine Lokalisierung derselben erfolgen. Die Genauigkeit der Lokalisierung hängt von der Anzahl und Zuordnung der Antennenelemente in Bezug auf die Anzahl der Batteriezellen oder Batteriemodule und Leiterstrukturen sowie Größe der Batteriespeichervorrichtung ab. Dadurch können in der Produktentwicklung thermische Hotspots in Bezug auf Positionen einzelner
vermehrt oder zumindest im Überlastungsfall zuerst eine Funkenbildung auftritt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Aufzeichnen von Daten des einen oder der mehreren Antennensignale vorgesehen. Somit lassen sich Reihenfolgen von Funkenbildungen bzw. Lichtbögen während eines Testlaufes oder Betriebs aufzeichnen und auswerten, Betriebsstörungen nachvollziehen und entsprechende
Rückschlüsse treffen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Ausgeben eines Steuerungsbefehls oder eines Alarmstatus in Abhängigkeit des Ausgebens des Erkennungsergebnisses, dass eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung erfasst worden ist, vorgesehen. Dementsprechend wir eine steuerungstechnische Gegenmaßnahme eines umgebenden Systems eingeleitet oder eine Reaktion eines Nutzers ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Initialisierung und/oder wiederholbare Kalibrierung des vorbestimmten Referenzsignals für den Schritt des Vergleichens von einem Antennensignal vorgesehen. Diese umfasst die Schritte: Erzeugen von wenigstens einem Lichtbogen durch elektrostatische Entladung in der Batteriespeichervorrichtung, vorzugsweise an definierten Positionen; Messen einer Signalantwort des einen oder der mehrerer Antennensignale, die von dem Strahlungs-Antennenmodul in Reaktion auf eine Erfassung der elektromagnetischen Strahlung des wenigstens einen erzeugten Lichtbogens ausgegeben wird; und Kalibrieren des vorbestimmten Referenzsignals in Bezug auf die gemessene Signalantwort. Dadurch kann eine Initialisierung bzw. Vorbestimmung des hinterlegten Referenzsignals einer charakteristischen elektromagnetischen Strahlung eines Lichtbogens im Gehäuse der Batteriespeichervorrichtung werkseitig umgesetzt werden, wobei der Schritt des Erzeugens des Lichtbogens z.B. einmalig unter gezielten Bedingungen auf einem Prüfstand erfolgt und aufgezeichnet wird. Alternativ kann eine nutzer- bzw. systemseitige automatisierte Kalibrierung des hinterlegten Referenzsignals realisiert werden. Dabei ist der Schritt des Erzeugens des Lichtbogens als ein im Betrieb zu beliebiger Zeit auftretender Lichtbogen zu verstehen, dessen gemessene Signalantwort für fortlaufende Kalibrierungen des
Referenzsignals verwendet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das wenigstens eine Antennenelement des Strahlungs-Antennenmoduls auf einfache Weise durch ein freies Ende eines Koaxialkabels gebildet werden. Dabei kann der übrige Abschnitt des Koaxialkabels wenigstens einen Teil der Signalverbindung des Antennenelementes zu dem Signalvergleichsmodul bilden. In einer praktischen Ausgestaltung kann somit das Strahlungs-Antennenmodul einfach einen Eingang für eine Mehrzahl von parallelen Koaxialkabeln aufweisen, deren positionierte freie Enden die Antennenelemente in der Batteriespeichervorrichtung bilden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung, Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination
erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Batteriespeichervorrichtung und einer Überwachungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 einen Schaltungsausschnitt auf elektrische Bauelemente in dem Sicherheitsmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
gebildet wird; und
Fig. 4 ein Flussdiagramm von essenziellen und optionalen Verfahrensschritten des Messverfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm einen Überblick über eine Überwachungsvorrichtung 100, die an einem Batteriespeichervorrichtung angeschlossen ist.
Die Überwachungsvorrichtung 100 ist über ein Strahlungs-Antennenmodul 20 mit einer Batteriespeichervorrichtung 10 verbunden. Die Batteriespeichervorrichtung 10 weist mehrere Batteriezellen 11 auf, die in einer Parallelschaltung oder einer Serienschaltung, insbesondere abschnittsweise beiden genannten Verschaltungen miteinander verbunden sind. Die Batteriezellen 11 können z.B. zylindrische Zellen, prismatische Zellen oder Pouch-Zellen sein. Ferner können die einzelnen Batteriezellen 11 zunächst in Batteriemodulen zusammengefasst sein, welche wiederum gemeinsam verschaltet und mit Ausgangspolen der
Batteriespeichervorrichtung 10 verbunden sind.
Die Batteriespeichervorrichtung 10 weist ein Gehäuse auf, das eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung umfasst, wie es gemäß Richtlinien zur elektromagnetischen Verträglichkeit EMV standardmäßig üblich ist. Die Batteriespeichervorrichtung 10 kann ein Hochvoltspeicher sein, der sich als Traktionsbatterie für elektrische Fahrzeuge oder als ein stationärer Energiespeicher für eine Pufferung eines Versorgungsnetzes oder dergleichen eignet.
Die Batteriespeichervorrichtung 10 ist funktional und gegenständlich nicht Bestandteil der Überwachungsvorrichtung 100, sie können jedoch auch als eine gemeinsame
Baugruppe integriert ausgelegt sein.
Das Strahlungs-Antennenmodul 20 weist eine Mehrzahl von Eingängen zum Anschluss von Koaxial-Antennenkabeln auf, die eine Signalverbindung zu Antennenelementen 21 herstellen. Die Antennenelemente 21 sind in dem Gehäuse der Batteriespeichervorrichtung 10 angeordnet. Vorzugsweise sind die
Sicherheitsmodul 80 verbunden.
Das Signalvergleichsmodul 30 umfasst einen analog/digital-Wandler, der die parallelen Signalverbindungen nach einer analog/digital-Wandlung der separaten Antennensignale in eine serielle Datenverbindung mit separaten Datenpaketen, die den umgewandelten parallelen Antennensignalen entsprechen, zusammenführt. Das Signalvergleichsmodul 30 weist ferner einen Speicher auf, in dem ein digitales Referenzsignal hinterlegt ist. Das Signalvergleichsmodul 30 führt im Betrieb fortlaufend Vergleichsvorgänge S30 an den eingehenden digital gewandelten
Antennensignalen zu dem Referenzsignal durch.
Das Referenzsignal ist eine vorbestimmte bzw. vorab aufgezeichnete Signalantwort einer durch die Antennenelemente 21 erfassten, elektromagnetischen Störstrahlung bzw. einem elektromagnetischen Rauschen, das von einem Lichtbogen in charakteristischer Weise in das Gehäuse der Batteriespeichervorrichtung 10 lokal abgestrahlt wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt eine charakteristische elektromagnetischen Störstrahlung bzw. ein entsprechendes Frequenzrauschen in einem Frequenzbereich von einem oder mehreren 100kHz. Eine Spannungsabtastung der Datenaufzeichnung und Vergleichsbetrachtung des Referenzsignals sowie des Antennensignals wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Auflösung von ca. 500kHz ausreichend abgebildet und ausgeführt.
Das digitale Referenzsignal kann in absoluter Form einer Datenaufzeichnung oder in
Form eines Kennfeldes mit Schwellwerten zu verschiedenen Signalparametern, wie
Das Erkennungsmodul 40 ist eine Logikschaltung bzw. ein Mikrocomputer oder alternativ ein Programmabschnitt einer Steuerungssoftware, die auf einer zentralen Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Das Erkennungsmodul 40 steht in einer Datenverbindung mit dem Signalvergleichsmodul 30 und führt bedingte Ausgabevorgänge S40 eines Erkennungsergebnisses aus. Ein positives Erkennungsergebnis wird ausgegeben, wenn auf Grundlage eines einstellbaren, vorbestimmten Maßes an Übereinstimmungen, z.B. Überschneidungen von Wertebereichen oder Erfüllung von Schwellwerten zu den genannten Signalparametern, erkennbar ist, dass eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung erfasst worden ist.
Das Ortsbestimmungsmodul 50 ist ebenfalls eine Logikschaltung bzw. ein Mikrocomputer oder alternativ ein Programmabschnitt einer Steuerungssoftware, die auf einer zentralen Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Das Ortsbestimmungsmodul 50 steht in einer Datenverbindung mit dem Erkennungsmodul 40. Alternativ kann das Ortsbestimmungsmodul 50 mit dem Signalvergleichsmodul 30 der dem Erkennungsmodul 40 und dem Signalvergleichsmodul 30 in einer Datenverbindung stehen.
Das Ortsbestimmungsmodul 50 bestimmt einen Bereich oder eine Batteriezelle 11 in der Batteriespeichervorrichtung 10, an dem ein potenzieller Lichtbogen bzw. eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung erfasst worden ist. Die örtliche Bestimmung $50 erfolgt einerseits in Reaktion auf ausgegebene positive Erkennungsergebnisse S40 für einzelne Antennensignale, und andererseits unter Berücksichtigung einer bei den Signalvergleichen S30 erfassten Intensität von Signalantworten in den Antennensignalen. Dabei ist jedem Antennenelement 21 ein Umgebungsbereich oder eine Batteriezelle 11 zugewiesen, sodass eine
Lokalisierung der erfassten Strahlungsquelle basierend auf demjenigen aus
Antennensignale und/oder einer Triangulation denkbar.
Darüber hinaus verfügt die Überwachungsvorrichtung 100 über ein Datenaufzeichnungsmodul 60. Das Datenaufzeichnungsmodul 60 ist ein Datenspeicher, auf dem eine Aufzeichnung S60 von Daten der eingehenden, digital gewandelten Antennensignale erfolgt. Optional können hierauf auch Ausgaben S40 Erkennungsergebnissen und zugehörige örtliche Bestimmungen S50 für eine spätere Datenauswertung bzw. Fehleranalyse abgespeichert werden.
Die Ausgabe S40 von Erkennungsergebnissen oder zugehörige örtliche Bestimmungen S50 werden intern in der Überwachungsvorrichtung 100 verwertet. Darüber hinaus werden diese auch über eine externe Schnittstelle 70 anderen Systemkomponenten eines umgebenden Systems oder einer Vorrichtung mit einer
Warnfunktion für einen Nutzer zugeführt.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Schaltungsaufbau des Sicherheitsmoduls 80, das zum Schutz des Signalvergleichsmoduls 30 vor Überspannungen dient. Im Falle einer Funkenbildung, die auf ein Antennenelement überschlägt, oder eines Crashs, bei dem ein Hochspannungsleiter mit einem Antennenelement 21 in Kontakt kommt, würde die über das Antennenkabel eingeleitete Spannung das Signalvergleichsmodul 30 zerstören. Das Sicherheitsmodul 80 weist eingangsseitig zu dem Strahlungs-Antennenmodul 20 einen vorgeschalteten Widerstand R sowie einen nachgeschalteten Kondensator C auf. Zudem ist ausgangsseitig vor das Signalvergleichsmodul 30 noch eine Sicherung F gegen hohe Ströme geschaltet. Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, einen zusätzlichen Überspannungsableiter zwischen der Sicherung und dem Signalvergleichsmodul 30 zu positionieren, um
einen Schutz vor etwaigen Überspannungen zu gewährleisten.
Fig. 3 zeigt einen Fokus auf ein Antennenelement 21. Wie in der Vergrößerung schematisch dargestellt ist, wird das Antennenelement 21 auf einfache Weise durch ein freies Ende eines Koaxialkabels gebildet, das an einer definierten Position in der Batteriespeichervorrichtung verlegt wird. Der restliche Teil des Koaxialkabels dient zugleich als Antennenkabel.
Die essenziellen Schritte, die zur Messung und Überwachung im Betrieb fortlaufend wiederholt werden, sind das Vergleichen S30 von Antennensignalen und das Ausgeben S40 von Erkennungsergebnissen.
Darauf aufbauend erfolgt die optionale örtliche Bestimmung S50 eines Bereiches oder einer Batteriezelle 11, die einem betreffenden Antennenelement 21 zugeordnet wird. Eine optionale Ausgabe S70 von Steuerungsbefehlen über die externe Schnittstelle 70 erfolgt in Abhängigkeit eines erlangten Erkennungsergebnisses und /oder einer örtlichen Bestimmung. Eine optionale Aufzeichnung S60 der Daten der Antennensignale wird aus der analog/digital-Wandlung des Signalvergleichsmoduls
30 im Rahmen des Vergleichens S30 der Antennensignale gewonnen.
Eine werkseitige Initialisierung des Referenzsignals für das Vergleichen S30 der Antennensignale erfolgt durch das Erzeugen S91 von wenigstens einem Lichtbogen, z.B. unter gezielten Laborbedingungen, das Messen S92 einer Signalantwort, und das darauf bezogenen Kalibrieren S93 des Referenzsignals.
Ferner kann systemseitig eine fortlaufende Kalibrierung des Referenzsignals erfolgen. Die essenziellen Schritte, die zur Kalibrierung im Betrieb gelegentlich wiederholt werden, sind das Messen S92 einer Signalantwort, und das darauf bezogenen Kalibrieren S93 des Referenzsignals. Dabei können sich die Messungen
auf Lichtbögen beziehen, die im Betrieb aufgetreten sind, d.h. erzeugt wurden S91.
Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich
können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei
miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu
verlassen.
Bezugszeichenliste
10 Batteriespeichervorrichtung 11 Batteriezellen
20 Strahlungs-Antennenmodul 21 Antennenelement
30 Signalvergleichsmodul
40 Erkennungsmodul
50 Ortsbestimmungsmodul
60 Datenaufzeichnungsmodul 70 externe Schnittstelle
80 Sicherheitsmodul
100 Überwachungsvorrichtung
C Kondensator
F Sicherung R Widerstand
Claims (15)
1. Messverfahren zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von
Batteriezellen (11) in einer Batteriespeichervorrichtung (10) mit den Schritten:
Positionieren (S20) von einem Strahlungs-Antennenmodul (20) zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung mit wenigstens einem Antennenelement
(21) in der Batteriespeichervorrichtung (10);
Vergleichen (S30) von einem Antennensignal, das von dem StrahlungsAntennenmodul (20) in Reaktion auf eine erfasste elektromagnetische Strahlung innerhalb der Batteriespeichervorrichtung (10) ausgegeben wird, mit einem vorbestimmten Referenzsignal, das für eine elektromagnetische
Strahlung eines Lichtbogens charakteristisch ist; und
Ausgeben (S40) eines Erkennungsergebnisses, ob eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung innerhalb der Batteriespeichervorrichtung (10) durch das Strahlungs-Antennenmodul (20) erfasst worden ist oder nicht, auf Basis des durchgeführten Vergleichens (S30).
2. Messverfahren nach Anspruch 1, wobei das Strahlungs-Antennenmodul (20) mehrere definiert positionierte Antennenelemente (21) in der
Batteriespeichervorrichtung (10) aufweist; und
der Schritt des Vergleichens (S30) von einem Antennensignal für mehrere separaten Antennensignale, die jeweils einem der mehreren definiert positionierten Antennenelemente (21) des Strahlungs-Antennenmoduls (20) zugeordnet sind, parallel ausgeführt wird.
3. Messverfahren nach Anspruch 2, ferner mit dem Schritt:
örtliches Bestimmen (S$50), in welchem Bereich oder an welcher Batteriezelle (11) der Batteriespeichervorrichtung (10) eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung durch das Strahlungs-
Antennenmodul (20) erfasst worden ist, basierend auf den parallelen
definiert positionierten Antennenelemente (21).
4. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt:
Aufzeichnen (S60) von Daten des einen oder der mehreren Antennensignale.
5. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit dem Schritt:
Ausgeben (S$S70) eines Steuerungsbefehls oder eines Alarmstatus in Abhängigkeit des Ausgebens (S40) des Erkennungsergebnisses, dass eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung in der
Batteriespeichervorrichtung (10) erfasst worden ist.
6. Messverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Initialisierung und/oder wiederholbare Kalibrierung des vorbestimmten Referenzsignals für den Schritt des Vergleichens (S30) von einem
Antennensignal, mit den Schritten:
Erzeugen (S91) von wenigstens einem Lichtbogen durch elektrostatische Entladung in der Batteriespeichervorrichtung (10), vorzugsweise an definierten Positionen;
Messen (S92) einer Signalantwort des einen oder der mehrerer Antennensignale, die von dem Strahlungs-Antennenmodul (20) in Reaktion auf eine Erfassung der elektromagnetischen Strahlung des wenigstens einen erzeugten Lichtbogens ausgegeben wird; und
Kalibrieren (S93) des vorbestimmten Referenzsignals in Bezug auf die
gemessene Signalantwort.
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7. Überwachungsvorrichtung (100) zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen (11) in einer Batteriespeichervorrichtung (10),
aufweisend:
ein Strahlungs-Antennenmodul (20) zur Erfassung von elektromagnetischer Strahlung mit wenigstens einem Antennenelement (21), das in der
Batteriespeichervorrichtung (10) angeordneten ist;
ein Signalvergleichsmodul (30) zum Vergleich von einem Antennensignal, das von dem Strahlungs-Antennenmodul (20) in Reaktion auf eine erfasste elektromagnetische Strahlung innerhalb der Batteriespeichervorrichtung (10) ausgegeben wird, mit einem vorbestimmten Referenzsignal, das für eine elektromagnetische Strahlung eines Lichtbogens charakteristisch ist, wobei das Signalvergleichsmodul (30) in einer Signalverbindung mit dem StrahlungsAntennenmodul (20) steht;
ein Erkennungsmodul (40) zur Ausgabe eines Erkennungsergebnisses, ob eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung (10) durch das Strahlungs-Antennenmodul (20) erfasst worden ist oder nicht, basierend auf dem Vergleich des Signalvergleichsmoduls (30), wobei das Erkennungsmodul (40) in einer
Datenverbindung mit dem Signalvergleichsmodul (30) steht.
8. Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei das StrahlungsAntennenmodul (20) mehrere definiert positionierte Antennenelemente (21) in der Batteriespeichervorrichtung (10) aufweist, zu denen das StrahlungsAntennenmodul (20) jeweils separat zugeordnete Antennensignale, vorzugsweise mittels separater Signalverbindungen, parallel an das Signalvergleichsmodul (30) ausgibt.
9. Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, ferner aufweisend:
ein Ortsbestimmungsmodul (50) zur örtlichen Bestimmung, in welchem Bereich oder an welcher Batteriezelle der Batteriespeichervorrichtung (10) eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung erfasst worden ist, basierend auf den Vergleichen des Signalvergleichsmoduls (30) von
Signalvergleichsmodul (30) steht.
10. Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner
aufweisend:
ein Datenaufzeichnungsmodul (60) zur Aufzeichnung von Daten des einen oder der mehreren Antennensignale, das in einer Datenverbindung mit dem
Signalvergleichsmodul (30) steht.
11. Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, ferner
aufweisend:
eine externe Schnittstelle (70) zur Ausgabe eines Steuerungsbefehls oder eines Alarmstatus in Reaktion auf ein Erkennungsergebnis, dass eine für einen Lichtbogen charakteristische elektromagnetische Strahlung in der Batteriespeichervorrichtung (10) erfasst worden ist, wobei die externe Schnittstelle (70) in einer Datenverbindung mit dem Erkennungsmoduls (40) steht.
12. Überwachungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, ferner
aufweisend:
ein Sicherheitsmodul (80) zur galvanischen Trennung oder zur galvanischen Trennbarkeit in Reaktion auf eine Einleitung eines hohen Spannungspotentials oder eines hohen Gleichstroms an einem von dem wenigstens einen Antennenelement (21), wobei das Sicherheitsmodul (80) zum Schutz des Signalvergleichsmoduls (30) in der Signalverbindung zwischen dem wenigstens einen Antennenelement (21) und dem Signalvergleichsmodul (30) angeordnet ist.
13. Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 12, wobei das Sicherheitsmodul (80) eine Schaltung mit einem Widerstand, einem Kondensator und/oder einer Sicherung aufweist.
durch ein freies Ende eines Koaxialkabels gebildet wird.
15. Überwachungsvorrichtung (100) nach Anspruch 14, wobei das Koaxialkabel ferner wenigstens einen Teil der Signalverbindung des Antennenelementes (21) zu dem Signalvergleichsmodul (30) bildet.
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ATA51002/2021A AT525311A1 (de) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | Messverfahren und Überwachungsvorrichtung zur frühzeitigen Erkennung eines thermischen Durchgehens von Batteriezellen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| AT (1) | AT525311A1 (de) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140272500A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | California Institute Of Technology | Systems and methods for detecting abnormalities in electrical and electrochemical energy units |
| DE102013011128A1 (de) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Daimler Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen eines Gleichspannungskreises eines Kraftwagens |
| DE202017006946U1 (de) * | 2017-07-31 | 2018-12-12 | Ellenberger & Poensgen Gmbh | Abschaltvorrichtung |
| US20210288356A1 (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Abnormality detection device and abnormality detection method for battery pack |
-
2021
- 2021-12-15 AT ATA51002/2021A patent/AT525311A1/de not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140272500A1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-09-18 | California Institute Of Technology | Systems and methods for detecting abnormalities in electrical and electrochemical energy units |
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