CN113396080A - 具有监控装置的蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蓄电池，所述蓄电池按照规定作为用于车辆的驱动能量的存储器而安装在用于人员运输的车辆中，所述蓄电池具有多个原电池(1)和用于监控单个电池单体(1)状态以生成关于单个电池单体(1)的失效的报警信号为目的的多个传感器。所述传感器之一是红外矩阵传感器(5)，所述红外矩阵传感器(5)的检测范围包括如下的面，多个单个电池单体(1)的表面侧并排位于该面上。

Description

具有监控装置的蓄电池
技术领域
本发明涉及一种蓄电池，该蓄电池按照规定作为用于车辆的驱动能量的存储器而安装在用于人员运输的车辆中。
背景技术
在这种类型的蓄电池中不能完全排除“热失控”的可能性。如果在蓄电池的体积区域中超过与此相关的温度极限，可能发生热失控——通常是由于单个原电池中的短路引起的。由于升高的温度导致进一步的反应，这进一步推动温度升高。由于热传播，更大的体积区域受到温度升高的影响，从而反应物质的量也因此增加。
为了能够防止这样的事件，并且为了能够在尽管发生所述事件的情况下仍将间接损失保持得尽可能小，利用多个传感器监控蓄电池的状态。根据该监控的一方面，如果检测到蓄电池热失控的指示，则自动向车辆乘员输出报警信号。在此，重要的是，报警信号在时间上应尽可能早地在过热跳跃到蓄电池的环境区域中的时间点之前发出。根据与此相关的所谓的传播测试，从报警信号开始的时间跨度是五分钟，在该时间跨度内，过热的体积必须保持限制在蓄电池体积内。
在出于安全原因借助于传感器对蓄电池进行自动的状态监控中，目前测量蓄电池的单个原电池的电池单体电压并且分别测量一小组电池单体的温度。在此，用于危险的相关指标是电池单体电压的下降、快速的温度上升和超过温度上限。为了避免误报并且为了可靠地产生合适的报警信号，将多个传感器的测量结果在逻辑上彼此关联。
在单个电池单体之外进行温度测量并且分别对多个电池单体一起进行温度测量。由于在相应的温度传感器和单个电池单体之间的距离不同，对于温度升高的检测时间因电池单体而异。在电池单体中检测到的温度升高越延迟，就越难以准确分配故障并且因此也就越难关于报警信号做出正确的决定。在发出报警信号后仍肯定没有火灾或爆炸向外部起作用的那个时间跨度的损失可能就越多。
在DE102014106794A1中提出，借助于多个红外传感器来监控电运行的地面运输工具的蓄电池，这些红外传感器与蓄电池的电池单体间隔开距离地位于电池单体上方，并且在必要情况下检测由电池单体发出的热辐射。传感器的结果由多个电池单体共同发出的热辐射的总和得出并且基本上代表蓄电池的平均温度。该结果仅用于，能够在蓄电池温度升高时有针对性地降低蓄电池的最大输出功率或充电功率。因此，该措施的目的是延长蓄电池的使用寿命。
发明内容
本发明所基于的任务在于，这样改进地实施对包括多个原电池的蓄电池(该蓄电池用作用于人员运输的车辆的驱动能量的携带式存储器)的温度监控，使得能够比目前更好地可靠快速地确定每个单个电池单体的温度升高，并且在此时，也可明确地将温度升高分配给相应的电池单体。
为了解决所述任务，提出借助于一个共同的红外矩阵传感器来监控蓄电池的多个电池单体的温度，该红外矩阵传感器与电池单体间隔开距离地设置并且这样定向，使得该红外矩阵传感器的检测范围包括电池单体的表面。
通过将红外矩阵传感器的检测范围朝向蓄电池的这样的表面侧(蓄电池的单个电池单体的表面侧彼此并排地位于该表面侧上)定向，能够从由红外矩阵传感器持续反复生成的热图像识别，哪个电池单体在相应的时间点在所观察的表面侧上具有何温度。
因此，相对于目前确定在蓄电池的单个电池单体中的温度的常见的方法，实现以下优点：
-故障检测时间显著缩短。由此增加了在信号线能被发生的故障破坏之前检测到故障的安全性。
-通过能更快地生成的报警信号，能够更容易地保证遵守在报警信号和最早可能发生的火灾或爆炸之间的最小时间跨度。因此，在其它方面节省用于设计蓄电池安全性的成本变得合理。
-改善了将温度测量结果分配给单个电池单体的可靠性，因为在电池单体之间的热流不影响测量结果并且因为相关的红外线在必要情况下也很好地穿透尘雾或烟雾。
-可以检测在蓄电池中的热事件的在时间上的传播。与此相关的信息对于确定这些事件的原因以及对于有针对性地进一步开发蓄电池富有价值。
附图说明
通过根据本发明的蓄电池的示例性的优选实施例的设计图来说明本发明。附图如下：
图1示出根据本发明构造的蓄电池的从上方观察的局部剖视图；
图2以从侧面观察的局部剖视图示出图1的蓄电池。
具体实施方式
在附图中简明示出的根据本发明的蓄电池中，多个单个原电池1以多个排彼此并排地位于壳体2中，所述原电池分别在上部具有接线端子。
在电池单体1和位于这些电池单体上方的壳体盖3之间设有空腔4。在空腔4的边缘区域处，优选在壳体2的侧面的突出部中，设有红外矩阵传感器5。
壳体盖3的内侧、即其朝向空腔4定向的表面设有对于红外辐射为反射性的反射层6。红外矩阵传感器5的检测范围朝向反射层6定向，并且因此也间接地朝向电池单体1定向。
基于电池单体的温度而在电池单体1的朝向空腔4的一侧上发出的红外线7经由反射层6到达红外矩阵传感器5并在该红外矩阵传感器中导致检测结果，该检测结果通常以电子方式传输至上级的逻辑处理单元(未示出)。
简要阐述红外矩阵传感器5的工作原理：
简单的红外传感器是一种光电元件，所述光电元件具有传感器面，到达该传感器面的红外辐射改变可量化的电参量、如电压或欧姆电阻，并且在该光电元件中由这样的变化生成电信号。
红外矩阵传感器5是一种本身已知的并且可以购买得到的红外传感器，在所述红外矩阵传感器中，传感器面被分为彼此并排的、基本上彼此独立起作用的局部面，各局部面可彼此独立地提供检测结果，其中，传感器面朝向光源被光学透镜覆盖，通过该光学透镜实现，入射的红外线根据入射方向被偏转到传感器面的精确限定的局部面区域。因此，红外矩阵传感器5的位于红外矩阵传感器5检测范围内的环境的各个局部面中的温度可以被分配给来自传感器面的各个局部面的电信号。也就是说，红外矩阵传感器5生成位于其检测范围内的环境区域的热图像，该热图像以电信号的形式存在。
可有利地用于本应用情况的、基于热电偶原理的红外矩阵传感器5具有例如在半立方厘米范围内的体积、100个像素数量级的图像分辨率和每秒大约十个热图像的测量频率。
在上级的逻辑处理单元中，将来自红外矩阵传感器5的许多单个测量结果的信息以及来自其它传感器、例如尤其是测量在单个电池单体1中的电压的电压传感器(未示出)的测量结果的信息在逻辑上彼此关联。如开头已经说明的那样，该逻辑关联的主要结果是分别针对当前时间点生成决定：是否可输出指示在蓄电池中有危险缺陷的报警信号。
现在简要提及对根据本发明的蓄电池的简明示出的结构方式的修改方案或进一步扩展方案，其也在本发明的思想之内，但不要求完整性：
红外矩阵传感器5的检测范围也可以直接朝向电池单体1定向，而不是间接地经由反射层6。相对于利用反射层6的实施方案，在其它方面设计得类似的情况下，空腔4的高度必须更大，在该空腔中，红外线从电池单体1传播到红外矩阵传感器5。
通过使用多个红外矩阵传感器5，可使用稍微较高的制造成本换取空间节省，这些红外矩阵传感器彼此间隔开距离地设置，并且各红外矩阵传感器的检测范围分别仅朝向电池单体1的一个子集定向。
通过不设置用于将红外线从电池单体1传输到红外矩阵传感器5的空闲的空腔4，而是设置多个光波导，其中，各个光波导分别从单个电池单体1通向共同使用的红外矩阵传感器5，也可用稍微较高的制造成本换取空间节省。

Claims (5)

1.一种蓄电池，所述蓄电池按照规定作为用于车辆的驱动能量的存储器而安装在用于人员运输的车辆中，其中，所述蓄电池具有多个原电池(1)和用于监控单个电池单体(1)状态以生成关于单个电池单体(1)失效的报警信号为目的的多个传感器，其特征在于，所述传感器之一是红外矩阵传感器(5)，其中，所述红外矩阵传感器(5)的检测范围包括如下的面，多个单个电池单体(1)的表面侧彼此并排位于该面上。
2.根据权利要求1所述的蓄电池，其特征在于，所述红外矩阵传感器(5)基于热电偶原理。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电器，其特征在于，与单个电池单体(1)的表面侧并排所在的面间隔开距离地设有对于红外辐射为反射性的反射层(6)，并且要由红外矩阵传感器(5)检测的红外辐射(7)的传播线从单个电池单体(1)通至反射层(6)并且从该反射层进一步通向红外矩阵传感器(5)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电池，其特征在于，存在多个彼此间隔开距离地设置的红外矩阵传感器(5)，其中，各单个红外矩阵传感器(5)的检测范围仅在电池单体(1)的一个子集上延伸。
5.根据权利要求1或2所述的蓄电池，其特征在于，多个光波导从红外矩阵传感器(5)分别通向一个单个电池单体(1)。
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