DE102009058783A1 - Energiespeicheranordnung - Google Patents

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Peter Dr. 16548 Birke
Michael 12277 Schiemann
Olaf Dr. 13086 Böse
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Abstract

Energiespeicher mit mindestens einem galvanischen Element und/oder elektrostatischen Element und einem im Umfeld des mindestens einen galvanischen Elementes und/oder elektrostatischen Elementes derart angeordneten Sensor, dass dieser das Austreten von mindestens einem festen, flüssigen und/oder gasförmigen Stoff aus dem mindestens einen galvanischen Element detektiert und ein entsprechendes Warnsignal erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher und insbesondere eine Anordnung zum Detektieren von Undichtigkeiten eines solchen Energiespeichers.
  • Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeuge werden Fahrzeuge bezeichnet, die ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden. Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschine, eine elektrische Maschine und einen oder mehrere elektrochemische Energiespeicher auf. Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzellen weisen allgemein eine Brennstoffzelle zur Energiewandlung, einen Tank für flüssige oder gasförmige Energieträger, einen elektrochemischen Energiespeicher und eine elektrischen Maschine für den Antrieb auf.
  • Die elektrische Maschine des Hybridfahrzeuges ist üblicherweise als Starter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Als Generator ermöglicht die elektrische Maschine die Rekuperation von Bremsenergie und die Bordnetzversorgung. Bei einem reinen Elektrofahrzeug wird die Antriebsleistung allein durch eine elektrische Maschine bereitgestellt.
  • Beiden Fahrzeugtypen, Hybrid- und Elektrofahrzeug ist gemein, dass große Mengen elektrischer Energie bereitgestellt und transferiert werden müssen. Die Steuerung des Energieflusses erfolgt üblicherweise durch eine Elektronik. Diese steuert unter anderem, ob und in welcher Menge dem Energiespeicher Energie entnommen oder zugeführt werden soll. Die Energieentnahme aus der Brennstoffzelle oder dem Energiespeicher dient allgemein zur Bereitstellung von Antriebsleistung und zur Versorgung des Fahrzeugbordnetzes. Die Energiezuführung dient der Aufladung des Energiespeichers bzw. zur Wandlung von Bremsenergie in elektrische Energie.
  • Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann während des Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie stellt der Verbrennungsmotor bereit. Als Energielieferanten und Speicher für Elektrofahrzeuganwendungen lassen sich beispielsweise Bleibatterien, Doppelschichtkondensatoren, Nickel-Metallhydrid-, Nickel/Zink-, Zink/Luft-, Lithium/Luft-, Lithium-Polymer oder Lithium-Ionen-Zellen nutzen, wobei Doppelschichtkondensatoren (Superkondensatoren) elektrostatische Energiespeicher sind. Die Zellen der Energiespeicher (im Weiteren auch als galvanische Elemente bezeichnet) werden dabei im Wesentlichen in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen ausgeführt. Zum Einen als Zellen in einem so genannten Hardcase, also einer mechanisch starren Hülle, zum Anderen als Zellen in einem so genannten Softcase, also einer in bestimmten Grenzen mechanisch verformbaren bzw. dehnbaren Hülle, die beispielsweise aus einer Aluminiumverbundfolie besteht.
  • Zellen in einem Hardcase (von z. B. zylindrischer oder prismatischer Form) können je nach Ladezustand einen mehr oder weniger guten mechanischen Kontakt zur Wandung der starren äußeren Gehäusehülle aufweisen. Dies hängt damit zusammen, dass die Elektroden der Zellen beim Ein- und Auslagern des elektrochemisch aktiven Ions (z. B. Li-Ion) Volumenveränderungen erfahren. Im Falle extremer mechanischer Belastungen (z. B. starker Vibration) kann der Elektroden/Separatorwickel im Inneren der Zelle bei fixierten äußeren Ableitungen derart gegen das Zellgehäuse beschleunigt werden, dass es zum Abriss an der Elektrodendurchführung von innen nach außen kommt und der Wickel durch die Berstmembran der Zelle durchschlagen kann. Dies kann ein unerwünschtes Austreten von Elektrolyt zur Folge haben.
  • Auch bei Zellen in einem Softcase (z. B. einem Gehäuse aus tiefgezogener Aluminiumverbundfolie) kann es durch übermäßige mechanische Beanspruchung oder durch Materialfehler zu einer Beschädigung des Zellengehäuses und damit zu einem Austreten des Elektrolyten kommen. Weiterhin kann durch Zersetzen des Elektrolyten bei ungünstigen Betriebsbedingungen (z. B. hohe Umgebungstemperatur oder starke Überladung) auch eine übermäßige Gasbildung bewirkt werden, die zum Anstieg des Drucks in der Softcase-Zelle, zum Aufblasen der Softcase-Zelle und zu eventuellem Austreten des Elektrolyts durch unerwünschtes Öffnen der Versiegelungsnähte der Softcase-Zelle führen kann. Auf ähnliche Weise kann auch durch Überladung von wasserfreien Energiespeicherzellen, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien oder Superkondensatoren, oder aufgrund von Produktionsfehlern eine unerwünschte Zellenöffnung durch stark ansteigenden Innendruck innerhalb der Zelle auftreten.
  • Nachteilig wirkt sich dabei aus, dass beispielsweise die in Superkondensatoren verwendeten organischen Elektrolyte leicht entflammbar sein können und/oder giftige Substanzen, wie zum Beispiel Acetonitril, beinhalten können. Acetonitril kann reizend wirken und kann ähnliche Vergiftungserscheinungen hervorrufen wie Blausäure. Es ist gesundheitsschädlich beim Einatmen, Verschlucken und bei Hautkontakt. Im Falle von Li-Ionen Zellen handelt es sich bei dem Elektrolyten in der Regel um eine Lösung von LiPF6 in organischen Carbonaten. Durch Hydrolyse des LiPF6 mit Wasser kann es zur Freisetzung von Spuren von Flusssäure kommen. Im Falle von Doppelschichtkondensatoren ist der Elektrolyt eine nichtwässrige organische Lösung mit beispielsweise einem fluorhaltigen Leitsalz. Letztgenannte galvanische Elemente (Li-Ionen Zellen) bzw. elektrostatische Energiespeicher (Superkondensatoren) sind die derzeit am meisten geeigneten für Energiespeicher in Hybridfahrzeugen, bevorzugt jedoch mit organischen Elektrolyten, da bei wässrigen Elektrolyten die Bildung von Gasen teilweise zum normalen Betriebsverhalten gehört, diese Gase aber im Gegensatz zu organischen Elektrolyten in der Regel wieder rekombiniert werden können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung anzugeben, durch die die genannten Gefährdungssituationen zuverlässig erkannt werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch einen Energiespeicher mit mindestens einem hermetisch verschlossenen, galvanischen und/oder elektrostatischen Element und einem im Umfeld des mindestens einen galvanischen Elementes bzw. elektrostatischen Energiespeicher derart angeordneten Sensor, dass dieser ein Austreten von mindestens einem festen, flüssigen oder gasförmigen Stoff (wie zum Beispiel Elektrolyt, flüssige und gasförmige Komponenten und Zersetzungsprodukte eines Elektrolyten oder anderer Bestandteile des Elements) oder von Kombination einzelner solcher Stoffe aus mindestens einem galvanischen Element und/oder elektrostatischen Element infolge von Undichtigkeit detektiert und ein entsprechendes Sensorsignal erzeugt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigt:
  • 1 in einem Blockdiagramm einen erfindungsgemäßen Energiespeicher mit einer Anordnung zum Detektieren des Austretens von Elektrolyt mittels eines zur Messung der Leitfähigkeit geeigneten Sensors;
  • 2 in einem Blockdiagramm eine alternative Ausführungsform einer Anordnung zum Detektieren von Undichtigkeiten einer Zelle mittels eines Gassensors (z. B. für organische Stoffe);
  • 3 in einem Blockdiagramm eine dazu alternative Ausführungsform mit einem Gassensorarray;
  • 4 in einem Blockdiagramm eine weitere alternative Ausführungsform mit einem Absorptionssensor; und
  • 5 in einem Blockdiagramm eine weitere alternative Ausführungsform mit einem Dehnungsmessstreifen.
  • 1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Anordnung mit einem Energiespeicher 1 samt, jeweils Elektrolyt 3 aufweisenden hermetisch beispielsweise in einem Gehäuse oder einer Ummantelung etc. (zusammengefasst als ”Case” bezeichnet) verschlossenen, d. h. im Normalfall nach außen abgedichteten, galvanischen Elementen (Zellen) und/oder elektrostatischen Elementen (Superkondensatoren) 2, einem Elektroden 6 und 7 und eine Auswerteelektronik 9 aufweist und einer Energiesteuerschaltung 10. Die Elektroden 6 und 7 sind konzentrisch um die Elemente 2 herum angeordnet und dienen dazu, die Leitfähigkeit zu messen, die durch aus einer oder mehreren galvanischen Elementen/elektrostatischen Elementen 2 des Energiespeichers 1 austretenden Elektrolyten 3 (und/oder sonstigen festen Stoffen, Gasen, Flüssigkeiten, Dampf etc.) zwischen diesen Elektroden 6 und 7 bewirkt wird. Die Elektroden 6 und 7 sind also derart im Umfeld des mindestens einen galvanischen Elementes/elektrostatischen Elementen 2 angeordnet, dass ein Austreten von Elektrolyt 3 aus dem mindestens einen galvanischen Element/elektrostatischen Elementen 2 eine Veränderung der Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 6, 7 zur Folge hat.
  • Ein Signal 5, das ein Maß für die Leitfähigkeit zwischen den Elektroden 6 und 7 darstellt, wird an die Auswerteelektronik 9 zur Weiterverarbeitung weitergegeben. Wenn durch die Auswerteelektronik 9 eine Leitfähigkeit ermittelt wird, die auf ein Austreten von beim vorliegenden Beispiel Elektrolyt 3 (alternativ oder zusätzlich auch von Gasen, Flüssigkeit etc.) schließen lässt, erzeugt die Auswerteelektronik 9 ein Warnsignal 11, das zum Beispiel an eine Energiesteuerschaltung 10 weitergegeben wird. Diese kann zum Beispiel den Fahrzeugführer mittel eins akustischen und/oder optischen Warnsignals warnen und/oder es können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die zum Beispiel das vollständige Abschalten oder das Reduzieren der Last des Energiespeichers 1 sein können.
  • Dabei können die Elektroden 6 und 7, insbesondere aber die innere Elektrode 6, beispielsweise um die Zellen beziehungsweise um den Block aus galvanischen Elementen/elektrostatischen Elementen 2 herum als engmaschige Drahtnetze oder Drahtgeflechte ausgeführt werden, welche diese Elemente 2 bevorzugt vollständig umfassen. Diese Netze oder Geflechte sind in der Ausführungsform gemäß 1 durch ein saugfähiges, im trockenen Zustand nicht leitendes Material 8 elektrisch voneinander isoliert. Tritt nun Elektrolyt 3 aus, so wird dieses Material 8 durch den Elektrolyten durchsetzt und es kommt zu einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den beiden Drahtnetzen oder Drahtgeflechten (Elektroden 6 und 7), die durch eine einfache Auswerteschaltung 9 werden kann.
  • Anstelle der Drahtnetze/Drahtgeflechte kann jede beliebige Form von zwei elektrisch voneinander isolierten Leitern (Elektroden 6 und 7) verwendet werden, wenn die nachfolgenden Voraussetzungen eingehalten werden: Optionaler flüssigkeitsdurchlässiger bzw. saugfähiger Isolator (Material 8), räumliche Nähe der beiden Leiter (engmaschiges Netz, Verdrillung, Verzahnung) zueinander und räumliche Nähe zu den galvanischen Elementen/elektrostatischen Elementen 2. Beispiele hierfür sind verdrillte Leiterpaare, die mit einem perforierten Isolator versehen sind, Isolatorfolien, in denen die Leiterpaare paarweise verwebt sind, Leitergitter, die durch einen perforierten Isolator getrennt sind, mäanderförmig verlegte, in einen Isolator eingebettete Leiter oder auch feinporig gelochte Leiterfolien, die optional durch einen saugfähigen Isolator getrennt sind.
  • Das Erkennen von ausgetretenem Elektrolyten durch Leitfähigkeitsmessung ist sowohl bei Zellen mit wässrigen Elektrolyten, wie z. B. Bleibatterien (H2SO4) und NiMH(KOH)Batterien, wie auch bei nichtwässrigen Elektrolyten von Lithium-Ionen-Batterien (LiPF6 in organischen Karbonaten) und Superkondensatoren (TEABF4 in Acetonitril) möglich.
  • Bei nichtwässrigen Elektrolyten eingesetzte Lösungsmittel, wie zum Beispiel Acetonitril, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylacetat oder andere organische Carbonate und Ester, weisen einen hohen Dampfdruck bei niedrigen Temperaturen auf. Durch diese Eigenschaft ist es möglich, diese Bestandteile der Elektrolyten mit Hilfe von Gassensoren in der Gasphase zu detektieren. Elektrische Gassensoren, die meist auf dotiertem Zinndioxid basieren, weisen eine breite Empfindlichkeit für organische Substanzen auf, da Metalloxide, wie beispielsweise Zinndioxid (SnO2) unter Gaseinfluss ihre Leitfähigkeit verändern. Andere bekannte Materialien sind Zinn(IV)-Oxid, Zinkoxid, Titandioxid oder organische Halbleitermaterialien wie MePTCDI. Bei Zinndioxid-Sensoren wirken Sauerstofffehlstellen im Kristallgitter wie eine n-Dotierung des Materials. Dieser Effekt liegt Metalloxid-(MOX)-Halbleitergassensoren zu Grunde.
  • Bei ebenfalls anwendbaren Wärmetönungssensoren entsteht der Sensoreffekt durch die Verbrennung von adsorbierten Gasen an der Oberfläche eines Katalysators. Damit eine chemische Reaktion abläuft, ist Aktivierungsenergie notwendig. Der Katalysator bewirkt ein Herabsetzen dieser Aktivierungsenergie. An seiner Oberfläche bilden sich Zwischenzustände der Reaktion, die ohne ihn nicht möglich wären. Es werden Gasmoleküle gebildet, die den Reaktionspartnern an der Katalysatoroberfläche zur Verfügung stehen. Beispiele hierfür sind die Reaktion von Kohlenmonoxid und Sauerstoff zu Kohlendioxid oder Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser (wobei Wärme entsteht, die detektiert werden kann). Der Katalysator selbst ist an der Reaktion nicht beteiligt und bleibt unverändert. Katalysatormaterialien sind beispielsweise Edelmetalle wie Platin (Pt) oder Palladium (Pd) aber auch Metalloxide, wie beispielsweise Manganoxid oder Kupfer(II)oxid.
  • Es stehen darüber hinaus weitere Gassensoren zur Verfügung die sowohl kompakt, robust wie auch preisgünstig sind. Ein Gassensor innerhalb eines Energiespeichers eignet sich insbesondere dafür, Undichtigkeiten von Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und anderen Energiespeichern mit nichtwässriger Elektrochemie zu erkennen.
  • 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zum Detektieren des Austretens von Elektrolyt aus einem Energiespeicher 1 mittels eines Gassensors 4. Die Auswertung der Sensorsignale 5 erfolgt hier über eine Auswerteelektronik 9 unter Weiterleitung eines dabei erzeugten Warnsignals 11 an eine Energiesteuerschaltung 10. Der Gassensor 4 detektiert ein wie oben beschrieben im Inneren des Energiespeichers 1 durch austretenden Elektrolyten 3 gebildetes Gas. Mittels der Energiesteuerschaltung 10 und entsprechender Mensch-Maschine-Interfaces wird dann ein Fahrzeuglenker über den Zustand im Energiespeicher 1 unterrichtet bzw. gewarnt und/oder es werden geeignete Maßnahmen ergriffen, die zum Beispiel das vollständige Abschalten oder das Reduzieren der Last des Energiespeichers 1 beinhalten können. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Anordnung gemäß 2 mit einem Gassensorarray 13 sowie eine Auswerteelektronik 9, einer Energiesteuerschaltung 10 und einer programmierbaren Anordnung 12. Die Auswertung von Sensorsignalen 5 erfolgt über die Auswerteelektronik 9 und die programmierbare Anordnung 12, bei der die Weiterleitung eines gegebenenfalls erzeugten Warnsignals 11 an eine Energiesteuerschaltung 10 vorgesetzt ist. Ein einzelner Gassensor (siehe 2) weist üblicherweise eine breite Empfindlichkeit auf, das heißt er spricht auf viele unterschiedliche Gase an. Um die Selektivität zu erhöhen ist es möglich, mehrere unterschiedliche Gassensoren (unterschiedlicher Empfindlichkeit und Bandbreite) in einem Gassensorarray zusammenzufassen und gemeinsam einzusetzen. Da jedes Gas hinsichtlich seiner Bestandteile beziehungsweise Zusammensetzung einen spezifischen „Fingerabdruck” aufweist, der detektiert werden kann, können auf diese Weise unterschiedliche Gase als solche erkannt und unterschieden werden. Auf diese Weise können Querempfindlichkeiten eines einzelnen Gassensors, die zu einem Fehlalarm führen können, ausgeschlossen werden.
  • Zur Unterscheidung der unterschiedlichen „Fingerabdrücke” kann zum Beispiel eine Mustererkennung, ein Expertensystem, ein neuronales Netz oder eine andere geeignete Software oder Elektronik eingesetzt werden, die in der programmierbaren Anordnung 12 ausgeführt werden. Somit wird zum Beispiel vermieden, dass die Detektierung im Energiespeicher fälschlicherweise zum Beispiel auf Benzin- oder Güllegeruch reagiert, also auf Gase die ihre Ursache nicht in austretendem Elektrolyten 3 haben. Das Gassensorarray 13 wird wie der Gassensor 4 aus 2 an einer geeigneten Stelle innerhalb des Energiespeichers 1 positioniert. Das Gassensorarray 13 ist über die Auswerteelektronik 9 und die programmierbare Anordnung 12 mit der Energiesteuerschaltung 10 verbunden. Die Auswertelektronik 9 bereitet dann wiederum das Sensorsignal 5 auf und gibt es an die programmierbare Anordnung 12 weiter. Die programmierbare Anordnung 12 stellt fest, ob ein Gas bzw. Gasgemisch vorliegt, das auf ein unerwünschtes Austreten des Elektrolyten 3 hindeutet und gibt wie oben im Detail beschrieben gegebenenfalls ein Warnsignal 11 an die Energiesteuerschaltung 10 weiter.
  • Eine andere Detektionsweise für Elektrolyte ist in 4 dargestellt. Jede organische Substanz weist ein charakteristisches Absorptionsspektrum auf. Insbesondere C=O Bindungen weisen bei 1700–1800 cm–1 eine charakteristische Absorptionsbande auf. Die Bande kann dazu verwendet werden, um mittels eines Absorptionssensors das Austreten von Elektrolyt zu detektieren. Um die notwendige Selektivität zu gewährleisten, kann eine entsprechende schmalbandige Lichtquelle, wie zum Beispiel eine Infrarot-Leuchtdiode oder ein Infrarot Diodenlaser verwendet werden in Verbindung mit schmalbandigen Detektoren, wie zum Beispiel einem Phototransistor, einer Photodiode oder einem Photowiderstand. Auch die Möglichkeit des Einsatzes eines Filters ist gegeben. Der Frequenzbereich des eingesetzten Lichts kann dabei einen weiten Bereich umfassen, ist also nicht auf den Infrarotbereich beschränkt, sondern kann auch im sichtbaren oder ultravioletten Bereich liegen. Der Absorptionssensor wird innerhalb des Speichers an einer geeigneten Stelle positioniert.
  • Die Anordnung nach 4 weist einen Absorptionssensor 17, eine Lichtquelle 14, einen Lichtsensor 15, ein Filter 16, eine Energieversorgung 18 für die Lichtquelle 14, sowie wiederum eine Auswerteelektronik 9 und eine Energiesteuerschaltung 10 auf.
  • Die Lichtquelle 14, zum Beispiel ein Diodenlaser, eine Leuchtdiode oder eine Glühlampe, erzeugt eine Strahlung in einem gewünschten Spektralbereich, der dem eines gasförmigen Anteils eines zu detektierenden Elektrolyten entspricht. Durch ein potentiell im Gasraum vorhandenes Elektrolytgas wird das ausgesandte Licht abgeschwächt und diese Veränderung dann vom Lichtsensor 15 detektiert. Um die Empfindlichkeit der Anlage zu erhöhen, kann auch ein zweiter Pfad aufgebaut werden, in dem durch die Lichtquelle 14 eine Referenzprobe durchstrahlt wird. Zur Auswertung gelangt dann in einem solchen Fall das Differenzsignal. Auch durch ein zwischen der Lichtquelle 14 und dem Lichtsensor 15 angeordnetes Filter 16 kann die Selektivität des Absorptionssensors 17 erhöht werden.
  • Ein solcher Absorptionssensor 17 eignet sich dabei nicht nur zum Detektieren gasförmiger Anteile eines Elektrolyten 3. Auch wenn ein Elektrolyt 3 in Form eines Fluids oder einer viskosen Substanz aus einem galvanischen/elektrostatischen Element 2 austritt, kann dadurch das von der Lichtquelle 14 ausgesandte Licht abgeschwächt und diese Veränderung vom Lichtsensor 15 detektiert werden.
  • Die Auswertelektronik 9 bereitet wiederum das Sensorsignal 5 auf und gibt es an die Energiesteuerschaltung 10 weiter. Über die Energiesteuerschaltung 10 kann dann ein Fahrzeuglenker hinsichtlich des Zustands im Energiespeicher unterrichtet bzw. gewarnt werden und/oder es können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die zum Beispiel das Abschalten oder Reduzieren der Last des Energiespeichers 1 sein können. Es kann auch direkt an der Energiesteuerschaltung 10 eine schaltbare Warnausgabeanordnung vorgesehen sein.
  • Wie bereits erläutert kann durch eine Überladung von wasserfreien Energiespeicherelementen, wie z. B. Lithium-Ionen-Zellen oder Superkondensatoren, ein stark ansteigender Innendruck innerhalb der Elemente bewirkt werden. Weiterhin kann durch Zersetzung des Elektrolyten auch eine übermäßige Gasbildung bewirkt werden, die zum Anstieg des Drucks in Zellen (Kondensatoren) eines Energiespeichers führt. Im Falle von Softcase-Zellen (unter Umständen auch bei Hardcase-Zellen führt dies zum „Aufblasen” der Softcase-Zellen und zu eventuellem Austreten des Elektrolyts durch unerwünschtes öffnen der Versiegelungsnähte der Softcase-Zelle. Bei stark ansteigendem Innendruck und Entstehung von Gas verformt sich die Hülle der Zellen bei einer Softcase-Zelle. Auch bei einer in der Folge eventuell auftretenden Undichtigkeit bleibt die Zelle dauerhaft verformt. Diese Verformung der Zelle kann mit Hilfe eines Dehnungssensors (Dehnungsmessstreifens) detektiert werden.
  • 5 zeigt in einem Blockdiagramm eine Ausführungsform des Sensors als Dehnungsmessstreifen mit einem hermetisch verschlossenen galvanischen oder elektrostatischen Element 2 das als Softcase-Zelle ausgeführt ist, einem daran angebrachten Dehnungsmessstreifen 19, einer diesem nachgeschaltete Auswerteelektronik 9 und einer nachfolgenden Energiesteuerschaltung 10. Eine Verformung der Softcase-Zelle 2 bewirkt eine entsprechende Veränderung des Sensorsignals 5. Die Auswertelektronik 9 bereitet dann wiederum das Sensorsignal 5 auf und gibt es an die Energiesteuerschaltung 10 weiter. Über die Energiesteuerschaltung 10 kann dann ein Fahrzeuglenker über den Zustand im Energiespeicher unterrichtet bzw. gewarnt werden und/oder es können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, die zum Beispiel das teilweise oder vollständige Abschalten oder das Reduzieren der Belastung des Energiespeichers 1 sein können. Dabei kann die Auswertung der Sensorsignale 5 beispielsweise durch eine nach dem Stand der Technik bekannte Wheatstone Brücke erfolgen, wobei entweder einer oder mehrere an verschiedenen galvanischen Elementen 2 angeordnete Dehnungsmessstreifen mit der Wheatstone Brücke verschaltet werden können.

Claims (23)

  1. Energiespeicheranordnung (1) mit mindestens einem hermetisch verschlossenen, galvanischen Element und/oder elektrostatischen Element (2) und einem im Umfeld des mindestens einen galvanischen Elementes und/oder elektrostatischen Elementes (2) derart angeordneten Sensor (4, 13, 17, 19), dass dieser ein Austreten von mindestens einem festen, flüssigen und/oder gasförmigen Stoff (3) aus mindestens einem galvanischen Element und/oder elektrostatischen Element (2) infolge von Undichtigkeit detektiert und ein entsprechendes Sensorsignal (11) erzeugt.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (4) einen Leitfähigkeitssensor aufweist, der bei Berührung mit dem austretenden Stoff (3) das Sensorsignal (11) erzeugt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der austretende Stoff (3) derart ausgebildet ist, dass er beim Austreten Gas oder Dampf bildet, und der Sensor (4) einen Gassensor aufweist, der zum Detektieren eines oder mehrerer Anteile des beim Austreten erzeugten Gases oder Dampfes ausgebildet ist und beim Detektieren eines oder mehrerer dieser Anteile das Sensorsignal (11) erzeugt.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das galvanische Element und/oder elektrostatische Element (2) eine dehnbare Hülle aufweist und der Sensor einen Dehnungsmessstreifen (19) aufweist, der mit der dehnbaren Hülle in mechanischer Verbindung steht und bei deren Dehnung das Sensorsignal (11) erzeugt.
  5. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Sensor (17) derart ausgebildet ist, dass er zur Detektieren des Austretens des mindestens einen Stoffes (3) die Absorption elektromagnetischer Strahlung auswertet und beim Detektieren einer für diesen Stoff (3) charakteristischen Absorption das Sensorsignal (11) erzeugt.
  6. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Sensor zwei voneinander beabstandete Elektroden (6, 7) aufweist, zwischen denen eine elektrische Leitfähigkeit gemessen wird.
  7. Anordnung nach Anspruch 2 oder 6, bei der zwischen den Elektroden (6, 7) und/oder um die Elektroden (6, 7) des Sensors ein Trennmaterial (8) angeordnet ist, das im trockenen Zustand die Elektroden (6, 7) elektrisch voneinander isoliert.
  8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der das Material (8) ein flüssigkeitsdurchlässiges und/oder saugfähiges und/oder perforiertes Trennmaterial (8) ist, das den austretenden Stoff (3) aufnimmt und mit den Elektroden (6, 7) in Berührung bringt.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 6, 7 oder 8, bei der die Elektroden (6, 7) das mindestens ein galvanische Element und/oder elektrostatisches Element (2) zumindest zum Teil umgeben.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 6, 7, 8 oder 9, bei der die Elektroden (6, 7) als feinmaschige Drahtgeflechte oder Drahtnetze oder feinporig gelochte Leiterfolien ausgeformt sind.
  11. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 6, 7, 8 oder 9, bei der die Elektroden (6, 7) als verdrillte Leiterpaare ausgeformt sind.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, bei der das Trennmaterial (8) als Folie ausgeformt ist, in der die Elektroden (6, 7) paarweise angeordnet sind.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der die Elektroden (6, 7) mäanderförmig angeordnet sind.
  14. Anordnung nach Anspruch 3, bei der der austretende Stoff (3) ein wässriger Elektrolyt (3) ist.
  15. Anordnung nach Anspruch 3 oder 14, bei der mehrere Gassensoren unterschiedlicher Selektivität ein Gassensorarray (13) bildend vorgesehen sind.
  16. Anordnung nach Anspruch 15, bei der Sensorsignale (5) des Gassensorarrays (13) durch eine programmierbare Anordnung (12) dergestalt ausgewertet werden, dass unterschiedliche Gase und/oder Gase und/oder Dämpfe unterschiedlicher Zusammensetzung beziehungsweise deren Komponenten unterschieden werden.
  17. Anordnung nach Anspruch 16, bei der die programmierbare Anordnung (12) eine Einrichtung zur Mustererkennung, ein Expertensystem, ein neuronales Netz oder eine andere Auswertungssoftware ausführt.
  18. Anordnung nach Anspruch 4, bei der der austretende Stoff (3) derart ausgebildet ist, dass er bei Überladung des galvanischen Elements und/oder elektrostatischen Elements (2) einen stark ansteigenden Innendruck des galvanischen Elements (2) bewirkt.
  19. Anordnung nach Anspruch 4 oder 18, bei der der austretende Stoff (3) derart ausgebildet ist, dass er bei seiner Zersetzung oder Freisetzung Gas oder Dampf bildet.
  20. Anordnung nach Anspruch 5, bei der der austretende Stoff (3) derart ausgebildet ist, dass er beim Austreten Gas oder Dampf erzeugt.
  21. Anordnung nach Anspruch 5 oder 20, bei der der Sensor (17) einen Infrarotsensor, einen Phototransistor, eine Photodiode oder einen Photowiderstand oder ein anderes lichtempfindliches Element aufweist.
  22. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei der der Sensor eine Auswerteelektronik (9) aufweist.
  23. Anordnung nach Anspruch 22, bei der der Auswerteelektronik (9) eine Energiesteuerschaltung 10 nachgeschaltet ist, die in Abhängigkeit vom Sensorsignal (11) ein Warnsignal und/oder Maßnahmen zum Schutz des Energiespeichers (1) auslöst.
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