DE102010013017A1

DE102010013017A1 - Sicherungseinrichtung für Batterien bzw. Batterieanordnungen

Info

Publication number: DE102010013017A1
Application number: DE102010013017A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Ralf (FH) Nüßle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Sicherung von Batterien bzw. Batterieanordnungen bei denen in einem Gehäuse eine oder mehrere Einzelzellen angeordnet sind. Hierzu sind in und/oder an dem Gehäuse ein oder mehrere Sensorelemente angebracht, die bei einer Deformierung oder Durchdringung des Gehäuses, die auch die Einzelzellen und/oder die hieraus gebildete Batterien bzw. Batterieanordnungen mechanisch beschädigen könnte, ein Signal abgeben bzw. einen Signalkreis unterbrechen, welches dann mittels Überwachungsgerät zu einer Abschaltung der Medienzufuhr zum Inneren des Gehäuses und/oder den Einzelzellen und oder der Batterien bzw. Batterieanordnungen bzw. zu einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises des Batteriesystems und eventuell anderer Aggregate führt.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Sicherung von Batterien. Insbesondere betrifft die Erfindung Vorkehrungen zur Sicherung von Batterieanordnungen in Fahrzeugen.
Batterien bzw. Batterieanordnungen werden üblicherweise in Gehäusen bzw. Batteriekästen untergebracht. Diese Gehäuse schützen Einzelzellen einer Batterien bzw. Batterieanordnungen vor Staub, Wasser (Kurzschluss) usw. Diese Gehäuse sind normalerweise nur als Hülle ausgeführt, die starken mechanischen Einflüssen von außen nicht widerstehen kann. Wird das Gehäuse und direkt anschließend die Batterien bzw. die Batterieanordnungen von außen beschädigt und sie befinden sich währenddessen in Betrieb, können die Reaktionsmedien insbesondere aus den Einzelzellen austreten. Des Weiteren können die die Batterien bzw. Batterieanordnungen beschädigenden Gegenstände mit stromführenden Teilen in Berührung kommen und einen Kurzschluss bilden, bzw. den Strom unkontrolliert ableiten.
Um eine derartige Beschädigung zu erfassen, wird üblicherweise durch die kontinuierliche Messung von Einzelzellspannungen, der Gesamtspannung und anderen Kenngrößen eine Überwachung des Status realisiert. Eine Beschädigung der Batterien bzw. Batterieanordnungen bei der Verwendung dieser Kenngrößen kann jedoch prinzipiell erst erkannt werden, wenn die Beschädigung bereits eingetreten ist und bereits so weit fortgeschritten ist, dass Fehlfunktionen auftreten. Auf diese Weise kann erst in diesem Stadium reagiert werden und so i. a. erst nach dem Eintritt der Beschädigung eine Abschaltung der Medienzufuhr, wie bspw. einem Kühlmittel und eine Unterbrechung des Stromkreises herbeigeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherungsvorkehrung für Batterien bzw. Batterieanordnungen zu entwickeln, die auf eine Beschädigung frühzeitig mit Abschaltung reagiert.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Details und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren und den darin angegebenen Bezugszeichen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 Perspektiv-Ansicht eines Batteriegehäuses mit Sensor-Draht als Sicherungsvorrichtung
2 Schnitt durch das Gehäuse mit Sicherungsvorrichtung nach 1
3 Versiegelung des Sensor-Drahts
4 Sicherungsausführung mit Dehnmessstreifen
5 Verschaltung der Sensorelemente
6 mäanderförmige Anordnung des Sensor-Drahts
7 netzförmige Anordnung des Sensor-Drahts
8 Schnitt durch das Gehäuse mit Dehnmessstreifen
Die Erfindung schlägt vor, dass sich in/an dem Gehäuse Sensoren befinden, die bei einer Durchdringung des Gehäuses mit einem Gegenstand oder einer starken Deformierung, die auch den Stack mechanisch beschädigen könnte, ein Signal abgeben bzw. einen Signalkreis unterbrechen, welches dann mittels Überwachungsgerät zu einer Abschaltung der Medienzufuhr zur Batterien bzw. zur Batterieanordnungen bzw. zu einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises des Batteriesystems und eventuell anderer Aggregate führt.
Realisiert wird dies durch eine entsprechende Sensorik, die in oder am Gehäuse angebracht ist. Als Sensorelement kann es sich dabei als einfaches Ausführungsbeispiel um einen dünnen Draht handeln, der in oder am Gehäuse angebracht ist.
1 zeigt perspektivisch ein Gehäuse (1) mit einem solchen an einer Gehäusefläche angeordneten Sensor-Draht (2).
2 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Batterien bzw. eine Batterieanordnungen. Dargestellt sind zwei Reihen von Einzelzellen (3) und die umgebende Gehäusewandung (1), die in diesem Beispiel auf allen Flächen mit Draht-Sensoren (2) ausgestattet ist.
Während des Betriebs (bzw. ab Einschalten einer Überwachungsfunktion) wird jedes Sensorelement auf Unversehrtheit überwacht, d. h. beispielsweise der Innenwiderstand jedes Sensor-Drahts gemessen oder der Draht wird mit einem sehr geringen Strom durchflossen oder steht unter Spannung.
Zum Schutz gegen versehentliche Beschädigung eines Draht-Sensors, z. B. beim Einbau der Einzelzellen kann der Draht mittels Versiegelung (4), z. B. in Form einer Kunstharz- oder Lackschicht geschützt werden. Dies ist in 3 dargestellt.
4 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Alternative zu Draht-Sensoren sind hier Dehnmessstreifen (5) vorgesehen, die am Gehäuse (1) beispielsweise mittels Klebstoff angebracht sind und entsprechende Verformungen am Gehäuse detektieren und an das Überwachungsgerät (7) weiterleiten. Eine kritische Verformung führt dann wiederum zu einer Abschaltung der Medienzufuhr und einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises.
In 5 ist die äußere Beschaltung der Sensorelemente schematisch dargestellt. Wird durch eine äußere mechanische Beschädigung beispielsweise ein Sensor-Draht (2) durchtrennt, so wird der entsprechende Sensorstromkreis (6) unterbrochen und es kann über eine Steuerungslogik im Überwachungsgerät (7) die Abschaltung der Medienzufuhr (8), insbesondere eines Kühlmittels zur Batterien bzw. zur Batterieanordnungen und/oder eine Unterbrechung des Leistungsstromkreises (9) erfolgen.
Die Überwachungs-Sensoren sind am den Einzelzellen und/oder an der Batterien bzw. der Batterieanordnungen derart anzubringen, dass möglichst über das ganze Gehäuse kritische mechanische Einflüsse erkannt werden, die (u. U. erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt) zu einer potentiellen Schädigung der Einelzellen oder der Batterien bzw. der Batterieanordnungen führen könnten. Dies kann z. B. durch die mäanderförmige Verlegung eines entsprechenden Drahtes an einer Gehäusefläche erfolgen, wie in 6 (oder auch in 1) dargestellt.
Andere Anordnungen wie Netze, Gitterform usw. sind ebenso geeignet (vergl. 7).
Dehnmessstreifen sind vorzugsweise so anzubringen, dass sie sich an dem Ort befinden, an welchem sich konstruktionsbedingt die größten Dehnungen ergeben. In 8 ist als Beispiel eine Verteilung von Dehnmessstreifen (5) auf die Kantenbereiche und Flächenmitten des Gehäuses (1) dargestellt. Damit sind die besonders kritischen Zonen um die Einzelzellen (3) bzw. der Batterien/Batterieanordnungen durch Sensoren überwacht.
In einer erweiterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch eine Kombination aus mehreren Sensortypen (z. B. Unterbrechungsdraht und Dehnmessstreifen) oder eine Kombination aus unterschiedlichen Anordnungen (Mäanderform, Netzverlauf) eingesetzt werden. Die Dehnmessstreifen und Drahtsensoren sind so zu dimensionieren, dass nicht bei Erschütterungen oder Vibrationen bereits ein (falsches) Signal abgegeben wird.
Neben den bereits erwähnten Dehnmesstreifen und Unterbrechungsdraht sind auch weitere Arten von Sensoren denkbar, die ähnlich auf die entsprechenden Einwirkungen reagieren können, beispielsweise dünne Metall-Folien mit Zwischenisolation, die bei mechanischer Einwirkung zerstört wird. Ebenso können verschiedene Kombinationen/Anordnungen der genannten Sensoren eingesetzt werden.
Durch die Erfindung wird eine (”bevorstehende”) Beschädigung der Einzelzellen und/oder der Batterien bzw. Batterieanordnungen bereits bei einsetzender Beschädigung des Gehäuses erkannt und eine entsprechende Medienversorgungen, insbesondere der Kühlmittelfluß zur Batterien bzw. Batterieanordnungen kann abgeschaltet werden, bevor die Batterien bzw. Batterieanordnungen selbst durch äußere mechanische Einflüsse beschädigt wird und die darin befindlichen Reaktionsmedien nach außen gelangen. Dadurch dass die Abschaltung der Medienversorgung und die Unterbrechung des Leistungsstromkreises in der Batterien bzw. bzw. der Batterieanordnungen initiiert wird, bevor eine direkte mechanische Beschädigung eintritt, wird sichergestellt, dass die Abschaltung sehr frühzeitig erfolgt (erheblicher Zeitgewinn) und damit der Austritt von Reaktionsstoffen aus den Einzelzellen und insbesondere aus dem Gehäuse verhindert wird.
Neben der Abschaltung der Medienzufuhr und/oder der Trennung des Stromkreises können bei Auslösen der Sensorik auch weitere Aktionen erfolgen. So können andere Hochspannungskomponenten (z. B. Generatoren usw.) oder sich in der Nähe befindliche Aggregate und Komponenten mit abgeschaltet werden, wenn eine drohende Beschädigung durch eine Deformation oder Beschädigung detektiert wurde.
Durch die Ausstattung einer Batterien bzw. einer Batterieanordnungen mit der erfindungsgemäßen Sensorik kann auf zusätzliche mechanische Verstärkungen zum Schutz des Gehäuses verzichtet werden. Die damit verbundene Einsparung an Gewicht und Bauraum ist daher insbesondere bei Einsatz in mobilen Systemen von Vorteil.

Claims

Vorrichtung zur Sicherung von Batterien bzw. Batterieanordnungen bei denen in einem Gehäuse (1) eine oder mehrere Einzelzellen (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an dem Gehäuse (1) ein oder mehrere Sensorelemente (2, 5) angebracht sind, die bei einer Deformierung oder Durchdringung des Gehäuses (1), die auch eine Einzelzelle (3) und/oder die hieraus gebildete Batterien bzw. Batterieanordnungen mechanisch beschädigen könnte, ein Signal abgeben bzw. einen Signalkreis (6) unterbrechen, welches dann mittels Überwachungsgerät (7) zu einer Abschaltung der Medienzufuhr (8) zum Inneren des Gehäuses (1) und/oder den Einzelzellen (3) und/oder der Batterien bzw. der Batterieanordnungen und/oder zu einer Unterbrechung des Leistungsstromkreises (9) des Batteriesystems und eventuell anderer Aggregate führt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensorelement ein Draht (2) und/oder Dehnmessstreifen (5) eingesetzt wird, wobei Drahtsensoren (2) vorzugsweise mäander- oder netzförmig auf der Wand des Gehäuses (1) verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (2, 5) gegen versehentliche Beschädigung mittels Versiegelung (4), z. B. in Form einer Kunstharz- oder Lackschicht, geschützt werden.