CN111204205A - 用于电池的安全装置 - Google Patents

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A·施特克
M·察赫尔
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R·凯勒
M·穆勒
M·帕特
M·格拉夫
P·斯特劳布
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Abstract

一种用于电池(80)的安全装置(20)，该安全装置具有用于车辆(10)的底板部分(22)、多个传感器(31，32，33，34)、以及评估装置(40)。这些传感器(31，32，33，34)分别设计为，产生取决于该底板部分(22)的形变的传感器信号(35)并且将其传输到该评估装置(40)，并且该评估装置(40)设计为，从这些传感器信号(35)测定关于该底板部分(22)的形变的位置的第一信息以及关于该形变的强度的第二信息，并且取决于该第一信息和该第二信息来确定，是否存在第一状态(Z1)，该第一状态发出能够维持行驶运行的信号；或者是否存在第二状态(Z2)，该第二状态发出不再能够维持行驶运行的信号。

Description

用于电池的安全装置
技术领域
本发明涉及一种用于电池的安全装置。
背景技术
电池在车辆中的常见位置是地板下区域。然而如果这一区域中发生车身损坏，这也可能导致电池的损坏。
EP 3 104 447 A1示出了一种用于识别电池损伤和警示的系统。在电池的区域中设置有用于检测损伤的光导。
DE 10 2013 006 809 A1示出了一种用于车辆的电池，该电池具有用于检测电池壳体的至少一个子区域的形变的检测装置。
DE 10 2016 117 441 A1示出了一种具有单元模块的电池，其中在这些单元模块之间分别设置有用于测量机械荷载的箔传感器。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新的用于电池的安全装置。
本发明通过权利要求1的主题来实现。
一种用于电池的安全装置具有用于车辆的底板部分、多个传感器、以及评估装置。这些传感器分别设计为，产生取决于该底板部分的形变的传感器信号并且将其传输到该评估装置。该评估装置设计为，从这些传感器信号测定关于该底板部分的形变的位置的第一信息以及关于该形变的强度的第二信息，并且取决于该第一信息和该第二信息来确定，是否存在第一状态Z1，该第一状态发出能够维持行驶运行的信号；或者是否存在第二状态Z2，该第二状态发出不再能够维持行驶运行的信号。
因此，为了确定第一状态Z1和第二状态Z2，评估位置信息以及关于形变强度的信息。这在估计损伤的严重性时实现了高的准确性。
根据优选的实施方式，传感器至少部分地从包括以下各项的组中选出：
-压电箔，
-用于测定固体声的加速度传感器，
-具有压力传感器的压力软管，
-气压传感器，
-用于测量该安全装置的加速度的加速度传感器。
根据优选的实施方式，这些传感器至少部分地设计为分辨位置的传感器，其传感器信号具有关于该底板部分的形变的、分辨位置的第三信息；并且该评估装置设计为，使用该第三信息来测定该第一信息和该第二信息。使用分辨位置的传感器可以实现非常准确地估计形变对于车辆的影响。
根据优选的实施方式，该评估装置具有数据接口，带有速度信息的信号经由该数据接口能够被传输给该评估装置，并且其中该评估装置设计为，取决于该速度信息来决定，是否存在该第一状态或该第二状态。试验表明，速度是用于估计地板下损伤的重要标准，并且使用表征车辆速度的信号(发动机转速、车轮转速等)可以实现更准确的损伤预测。
根据优选的实施方式，该安全装置具有信号装置，并且该评估装置设计为，在识别出该底板部分的形变后，当尽管发生该形变仍存在该第一状态Z1时，经由该信号装置来输出声学信号或光学信号。驾驶员可以由此识别，存在损坏，并且如有必要可以安排检查。
根据优选的实施方式，该安全装置具有电池，该电池由底板部分保护。在与电池的组合中得到更可靠的总系统。
根据优选的实施方式，该评估装置设计为，在识别出该第二状态Z2时停用该电池。停用电池降低了受伤的危险，并且因此提高了驾驶员或救援人员的安全性。
根据优选的实施方式，停用该电池通过包括以下各项的组中的至少一个措施来进行：
-断开设置在电池内的接触器，
-断开设置在该电池内的中包保险丝。
这两个措施实现了电压的降低，并且尤其在高电压电池中断开中包保险丝是有利的，因为这至少使车辆中出现的最大电压减半。
根据优选的实施方式，该电池具有冷却装置，并且该评估装置设计为，在识别出该第二状态Z2时停用该冷却装置。通过停用冷却装置，防止或减少了冷却剂不受控地流出并且由此提高了安全性。
附图说明
本发明的其他细节和有利的改进方案来自于以下描述的和在附图中示出的、不应以任何方式理解为对本发明的限制的实施例以及来自于从属权利要求。不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。在附图中：
图1以立体图示示出具有评估装置的电池，
图2以纵截面图示出图1中的电池，
图3以立体图示示出图2中的纵截面图，
图4以示意性图示示出图1中的电池的实施例，
图5、图6和图7以纵截面图示出图1中的电池的另一个实施例，
图8示出在损坏时压力随时间变化的记录的曲线图，
图9、图10和图11以纵截面图示出图1中的电池的另一个实施例，
图12、图13和图14以纵截面图示出图1中的电池的另一个实施例，以及
图15、图16和图17以纵截面图示出图1中的电池的另一个实施例。
具体实施方式
图1以立体图示示出用于车辆的电池80，该电池也可以被称为电池组或蓄电池组。电池80具有壳体84，该壳体在图示中作为框架是可见的。电池80在实施例中具有16个电池模块82，这些电池模块经由互连元件83相互连接。在电池80的中部区域中设置有电池控制器86，该电池控制器也可以被称为电池管理系统(Batteriemanagementsystem，BMS)或电池管理控制器(BMC＝battery management controller)。此外，评估装置40被设置为安全装置20的一部分(参见图4)。
图2以沿图1中的线II-II的纵截面图示出电池80，并且图3示出图2的立体图示。
在电池80的底部区域中设置有用于车辆的底板部分22。这样的底板部分22可以设计为电池壳体84的一部分，该电池壳体在这种情况下优选设计为机械稳定的。然而，底板部分22也可以设置为分离的构件，并且该底板部分可以设置有额外的(未示出的)电池壳体84的底板。
图4以示意性的俯视图示出电池80，该电池布置在车辆10中。设置有安全装置20，该安全装置具有：底板部分22，多个传感器31、32、33和34，以及评估装置40。传感器31、32、33、34分别设计为，产生取决于底板部分22的形变的传感器信号35并且将其传输到评估装置40。设置有信号装置42，并且评估装置40可以经由信号装置42输出例如声学信号或光学信号。
传感器31、32、33、34优选至少部分地设计为分辨位置的传感器，其传感器信号35具有关于底板部分22的形变的分辨位置的信息。评估装置40优选地设计为，使用这种信息来测定底板形变的位置和形变的强度。
为此，评估装置可以例如确定，在某些预定的区域中的损伤比在其他区域中的损伤更严重。对应的区域可以提前确定，例如通过计算机模拟或通过故障试验。
图5以对应图2的细节图示出安全装置20的实施方式。在底板部分22的区域中设置有用于强化底板部分22或电池壳体84的连接柱24。在底板部分22与电池模块82之一之间的区域中设置有三个呈压力软管的形式的传感器31。这些压力软管填充有液态的或气态的流体，并且传感器31具有压力测定装置，藉由该压力测定装置可以测量压力软管31内的压力并且可以取决于压力产生传感器信号。在底板部分22的底部区域中示例性地展示了短柱(Poller)90，该短柱以力F压向底板部分22。为此，例如可能发生：可降低的短柱90向上移动，而车辆10位于该短柱上。在图示中，短柱90与底板部分22贴靠，然而还未发生形变。车辆10处于第一状态Z1，此时可以维持行驶运行。
图6示出对应于图5的图示，其中短柱90使得底板部分22更大程度地变形。这也使得连接柱24发生形变，并且底板部分22与电池模块82形成接触。传感器31、32、33或其压力软管变形，并且由于体积更小而发生在压力软管中所提供的流体的压力升高。车辆10继续处于状态Z1，并且可以维持行驶运行。
图7示出对应于图5和图6的图示，其中由于短柱90使得底板部分22进一步发生形变。底板部分22如此强烈地变形，以至于底板部分到达电池模块82的区域中，并且必须考虑到对电池模块82的毁坏。车辆10处于第二状态Z2，其中不再可以维持行驶运行。一方面可能由于电池模块82的毁坏而发生短路，该短路可能由于高的电能密度而导致电池80的强烈变热。另一方面，可能存在对其他系统(例如冷却系统)的毁坏，并且因此不再保证电池80的可靠运行。
图4的评估装置40设计为，取决于传感器信号来确定：是否存在第一状态Z1，其中可以维持行驶运行；或者是否存在第二状态Z2，其中不再可以维持行驶运行。在此，一方面有利的是，尽管电池80仍然是起作用的，评估装置40不提前预设第二状态Z2。另一方面，当电池80被毁坏并且存在安全风险时，必须尽可能可靠地检测第二状态Z2。
评估装置40具有关于底板部分22的形变位置的第一信息，例如关于分辨位置的传感器31、32、33或关于由传感器31、32、33中的哪个传感器发送信号的信息，并且评估装置还具有关于形变强度的第二信息。由此，可以得到预测状态Z1或状态Z2的比较高的准确性。关于形变的位置的信息具有以下优点：例如可以考虑，在某些区域内的损坏没有在其他区域(例如在冷却区域或控制电子元件区域)内的损坏严重。此外例如可以考虑，短柱或一般的异物的侵入取决于底板的局部稳定性。因此，当在稳固的区域中检测到侵入时，可以假定大的损伤。
当评估装置预测存在第二状态Z2时，该评估装置可以对不同类型作出反应。
当在电池内或电池外设置有接触器时，断开该接触器，以中断电流。可以促使驾驶员停止车辆。车辆的最大速度可以限制在较低的值。优选地，在过渡到第二状态Z2时停用电池80。
优选地，电池80的停用通过包括以下各项的组中的至少一个措施来进行：
-断开设置在电池内的接触器，
-断开设置在该电池80内的中包保险丝。
通过停用提高安全性(既为驾驶员，如有必要也为救援人员)。
当电池80具有冷却装置时，评估装置40优选地设计为，在识别出第二状态Z2时停用冷却装置。通过停用冷却装置可以防止或减少冷却剂的流出。
图8示出曲线图101，其中记录了压力P作为随时间t变化的线102。线104指代正常压力，线105指代上阈值，并且线106指代下阈值。即使在底板部分22不发生形变的情况下，传感器信号102也发生改变。图5中的短柱90在时间点t1与底板部分22接触，并且这使得底板部分22发生形变。由此，对应的传感器31中的压力上升，并且压力在t2时超过上阈值105。由此可以假设，在对应的传感器31的区域中的形变如此强烈，以至于电池80存在损坏。因此，状态更改为第二状态Z2。当短柱90再次向下移动时，或者当压力软管传感器31由于形变被毁坏时，这使得压力P下降，并且该压力下降到低于下阈值106。优选地，上阈值105取决于，形变的信号来自哪个传感器或哪个位置。由此，形变的位置被测定并且加以考虑。
图9以对应图5的细节图示出安全装置20的另一实施方式。评估装置40设置在左部区域中，并且传感器31示例性地布置在评估装置40上。传感器31设计为气压传感器，并且该传感器产生取决于电池80的区域中的气压的传感器信号。短柱90以压力F压向底板部分22，并且这还未导致形变。车辆10处于第一状态Z1。
图10示出对应图9的图示，并且底板部分22已经发生形变。电池模块82未损坏，并且车辆10继续处于第一状态Z1。
图11示出短柱90进一步侵入，并且与该短柱相连的底板部分22的形变进入电池模块82。因此，车辆10处于第二状态Z2。
图12以对应图9的细节图示示出安全装置20的另一实施例。安全装置20具有传感器31，该传感器设计为固体声传感器。固体声是在固体中传播的声音。短柱90未使底板部分22变形，并且车辆10处于第一状态Z1。
图13示出从图12开始短柱90进一步侵入电池80。底板部分22变形，然而形变还未导致电池模块82的损坏。在短柱90与底板部分22接触时已经生成固体声，这可以由传感器31检测。车辆10继续处于第一状态Z1。
图14示出短柱90强烈侵入电池80的区域中。底板部分22如此强烈地形变，以至于底板部分延伸至电池模块82的区域中。必须考虑电池模块82的损坏。电池模块82的形变导致特征性地生成固体声，并且这种固体声可以由传感器31检测并且被输出到评估装置40。
图15以对应图12的图示示出安全装置20另一实施方式，其中传感器31设计为加速度传感器。短柱90与底板部分22贴靠，然而还未发生形变。存在第一状态Z1。
图16示出短柱90进一步移动后的电池80。底板部分22进一步变形，然而还未损坏电池模块82。存在第一状态Z1。
图17示出短柱90进一步侵入后的电池80。底板部分22可以侵入电池模块82中，并且这导致电池模块82的损坏的加速度。这个加速度可以由加速度传感器31检测，并且取决于这个检测可以推导出第二状态Z2。
当然，在本发明范围内可以有各种各样的变化和修改。
优选地，评估装置40具有数据接口，具有车辆的加速度信息的信号可以经由该数据接口被传输给评估装置40。优选地，评估装置40设计为，取决于速度信息40来决定，是否存在第一状态Z1或第二状态Z2。因此，例如可以假定：与速度小于3km/h时(例如在短柱可偏移的情况下)相比，当车辆具有30km/h的速度时(驶过短柱)，同样的形变更严重。反之，可以预先确定特征曲线，该特征曲线表明，在哪个速度下哪种侵入深度是可接受的。

Claims (9)

1.一种用于电池(80)的安全装置(20)，该安全装置(20)具有用于车辆(10)的底板部分(22)、多个传感器(31，32，33，34)、以及评估装置(40)，
这些传感器(31，32，33，34)分别设计为，产生取决于该底板部分(22)的形变的传感器信号(35)并且将其传输到该评估装置(40)，
并且该评估装置(40)设计为，从这些传感器信号(35)测定关于该底板部分(22)的形变的位置的第一信息以及关于该形变的强度的第二信息，
并且该评估装置(40)设计为，取决于该第一信息和该第二信息来确定，是否存在第一状态(Z1)，该第一状态发出能够维持行驶运行的信号；或者是否存在第二状态(Z2)，该第二状态发出不再能够维持行驶运行的信号。
2.根据权利要求1所述的安全装置(20)，其中这些传感器(31，32，33，34)至少部分地从包括以下各项的组中选出：
-压电箔，
-用于测定固体声的加速度传感器，
-具有压力传感器的压力软管，
-气压传感器，
-用于测量该安全装置的加速度的加速度传感器。
3.根据权利要求1或2所述的安全装置(20)，其中这些传感器(31，32，33，34)至少部分地设计为分辨位置的传感器，其传感器信号(35)具有关于该底板部分(22)的形变的、分辨位置的第三信息；并且在该安全装置(20)中，该评估装置(40)设计为，使用该第三信息来测定该第一信息和该第二信息。
4.根据前述权利要求之一所述的安全装置(20)，其中该评估装置(40)具有数据接口，带有速度信息的信号经由该数据接口能够被传输给该评估装置(40)，并且其中该评估装置(40)设计为，取决于该速度信息(40)来决定，是否存在该第一状态(Z1)或该第二状态(Z2)。
5.根据前述权利要求之一所述的安全装置(20)，该安全装置具有信号装置(42)，并且其中该评估装置(40)设计为，在识别出该底板部分(22)的形变后，当尽管发生该形变仍存在该第一状态(Z1)时，经由该信号装置(42)来输出声学信号或光学信号。
6.根据前述权利要求之一所述的安全装置(20)，该安全装置具有电池(80)，该电池(80)由该底板部分(22)保护。
7.根据权利要求6所述的安全装置(20)，其中该评估装置(40)设计为，在识别出该第二状态(Z2)时停用该电池(80)。
8.根据权利要求7所述的安全装置(20)，其中停用该电池(80)通过包括以下各项的组中的至少一个措施来进行：
-断开设置在电池内的接触器，
-断开设置在该电池(80)内的中包保险丝。
9.根据权利要求6至8之一所述的安全装置(20)，其中该电池(80)具有冷却装置，并且其中该评估装置(40)设计为，在识别出该第二状态(Z2)时停用该冷却装置。
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