DE102010054463A1

DE102010054463A1 - Fahrzeugbatterie mit elektronischem Sensor

Info

Publication number: DE102010054463A1
Application number: DE102010054463A
Authority: DE
Inventors: Jörg Winkler; Carsten Stieghan
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: DE102010054463B4

Abstract

Eine Fahrzeugbatterie (20) wird beschrieben, welche einen an der Fahrzeugbatterie (20) angebrachten elektronischen Sensor (2; 3; 4) und eine Auswerteeinrichtung umfasst. Dabei ist die Auswerteeinrichtung (5) derart ausgestaltet, dass sie ein von dem elektronischen Sensor (2; 3; 4) geliefertes Signal (6) auswertet und bei Erkennen eines einen vordefinierten Gefahrenzustand der Fahrzeugbatterie (20) anzeigenden Zustands des Signals (6) Pole (7) der Fahrzeugbatterie (20) spannungsfrei schaltet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterie mit einem elektronisch arbeitenden Sensor, welche sich in einem Gefahrenzustand abschaltet.
Die DE 20 2005 006 869 U1 , die US 5,300,905 und die DE 10 2006 004 337 A1 beschreiben jeweils eine Trennvorrichtung, mit welcher die elektrische Verbindung zu einer Batterie in einem Fahrzeug unterbrochen werden kann.
Die DE 199 09 123 B4 offenbart eine Leistungsabschalteinrichtung, welche an einem Batteriegehäuse angebracht ist. Diese Leistungsabschalteinrichtung umfasst auch einen elektromechanisch arbeitenden Aufprallsensor.
Nach dem Stand der Technik wird in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen die Batterie bei einem Unfall in der Regel über ein Signal abgeschaltet, welches von einem Airbagsystem des Fahrzeugs ausgegeben wird. Darüber hinaus wird die Batterie auch in Fehlerfällen innerhalb des Hochvoltsystems, beispielsweise bei Kurzschlüssen, abgeschaltet.
Während es nach dem Stand der Technik bekannt ist, eine in einem Fahrzeug integrierte Batterie beispielsweise infolge eines Auffahrunfalls des Fahrzeugs abzuschalten, werden nach dem Stand der Technik dagegen die Batterie beschädigende Kräfte, welche auf die Batterie einwirken, wenn die Batterie nicht im Fahrzeug integriert ist, sondern beispielsweise transportiert oder in das Fahrzeug eingebaut wird, nicht erkannt.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Fahrzeugbatterie bereitzustellen, welche sich unabhängig davon, ob die Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug integriert ist oder nicht, abschaltet, wenn ein vordefinierter Gefahrenzustand (beispielsweise eine starke auf die Batterie einwirkende Beschleunigung) erfasst wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Fahrzeugbatterie nach Anspruch 1 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrzeugbatterie bereitgestellt, welche einen an der Fahrzeugbatterie angebrachten elektronischen Sensor und eine Auswerteeinrichtung umfasst. Dabei wertet die Auswerteeinrichtung ein von dem elektronischen Sensor erzeugtes Signal aus und schaltet einen oder alle Pole der Fahrzeugbatterie spannungsfrei, wenn die Auswerteeinrichtung bei der Auswertung des Signals einen vordefinierten Gefahrenzustand für die Fahrzeugbatterie erfasst.
Dabei wird ein Pol der Fahrzeugbatterie insbesondere spannungsfrei geschaltet, indem eine elektrische Verbindung zwischen dem Pol und dem eigentlichen Stromspeicher der Fahrzeugbatterie unterbrochen wird.
Da die Fahrzeugbatterie den elektronischen Sensor umfasst, ist die Fahrzeugbatterie vorteilhafterweise nicht auf ein Signal von einer externen Vorrichtung (beispielsweise einem Airbagsystem) angewiesen, um den vordefinierten Gefahrenzustand (beispielsweise eine zu große Beschleunigung oder eine falsche Lage) zu erkennen. Daher ist die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie auch für sich allein in der Lage, den vordefinierten Gefahrenzustand zu erkennen, so dass auch eine Beschädigung der Fahrzeugbatterie durch dynamische Einwirkungen bei einer Handhabung der Fahrzeugbatterie in der Logistik, der Produktion oder beim Kundendienst erfasst wird und dazu führt, dass die Fahrzeugbatterie spannungsfrei geschaltet wird. Anders ausgedrückt ist die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie eigensicher, da sie ohne externe Hilfe in der Lage ist, indirekt eine Beschädigung zu erfassen und sich gegebenenfalls zu deaktivieren.
Erfindungsgemäß kann der elektronische Sensor eine Lagesensorik, einen elektronischen Beschleunigungssensor und/oder eine Drehratensensorik umfassen, Idealerweise kann der Beschleunigungssensor und/oder die Drehratensensorik Beschleunigungswerte bzw. Drehraten bezüglich aller drei Raumrichtungen erfassen.
Wenn der elektronische Sensor eine Lagesensorik umfasst, schaltet die Auswerteeinrichtung die Pole spannungsfrei, wenn die Auswerteeinrichtung mittels der Lagesensorik einen Neigungswinkel der Fahrzeugbatterie erfasst, welcher oberhalb eines vorbestimmten Neigungswinkelschwellenwerts liegt. Der Neigungswinkel ist dabei als ein Winkel zwischen derjenigen Lage, in welcher die Fahrzeugbatterie innerhalb eines auf einer ebenen Fläche stehenden Fahrzeugs angeordnet ist, und der aktuellen Lage der Fahrzeugbatterie definiert.
Mit Hilfe der Lagesensorik kann eine Kopflage oder eine Seitenlage der Fahrzeugbatterie erkannt werden, welche bei bestimmten Batterietypen zu einer Schädigung der Fahrzeugbatterie führen.
Wenn der elektronische Sensor einen elektronischen Beschleunigungssensor umfasst, schaltet die Auswerteeinrichtung die Pole spannungsfrei, wenn die Auswerteeinrichtung mit Hilfe des Beschleunigungssensors eine Beschleunigungseinwirkung erfasst, welche oberhalb eines vorbestimmten Beschleunigungsschwellenwerts liegt.
Durch den Einsatz eines elektronischen Beschleunigungssensor können vorteilhafterweise auch komplizierte aufgrund von Beschleunigungen verursachte Gefahrenzustände bezüglich der Fahrzeugbatterie erfasst werden, was beispielsweise bei einem elektromechanisch arbeitenden Aufprallsensor nicht der Fall ist. Zum Beispiel kann die Auswerteeinrichtung Beschleunigungswerte aufintegrieren und die Pole dann spannungsfrei schalten, wenn das Integral dieser Beschleunigungswerte oberhalb eines vorbestimmten Integrationsbeschleunigungsschwellenwerts liegt. Indem die Beschleunigungswerte aufintegriert werden, wird die Energie einer Einwirkung (eines Stoßes) bei der Entscheidung, ob die Batterie beschädigt ist, also abzuschalten ist, berücksichtigt. Dadurch können vorteilhafterweise kurze, harte Einwirkungen (z. B. ein Klopfen auf die Batterie), was vermutlich nicht zu einer Beschädigung führt, von Beschleunigungsprofilen (wie z. B. einem Fahrzeugcrash oder einem Fall der Batterie), welche sicher zu einer mechanischen Beschädigung der Batterie führen, unterschieden werden. Die eingesetzte Beschleunigungssensorik kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie eine Beschleunigung in allen drei Raumachsen erfasst.
Wenn der elektronische Sensor eine Drehratensensorik umfasst, schaltet die Auswerteeinrichtung die Pole spannungsfrei, wenn mittels der Drehratensensorik eine Drehung der Fahrzeugbatterie um einen Drehwinkel herum erfasst wird, welcher oberhalb eines vorbestimmten Drehwinkelschwellenwerts liegt. Die eingesetzte Drehratensensorik kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie eine Drehrate in allen drei Raumrichtungen erfasst.
Durch den Einsatz einer Drehratensensorik kann beispielsweise der Fall erfasst werden, dass sich die Fahrzeugbatterie überschlägt. Dieser Fall kann zum einen bei einem Uberschlagunfall des Fahrzeugs, in welchem die Fahrzeugbatterie integriert ist, aber auch bei einer entsprechend unsachgemäßen Handhabung der Fahrzeugbatterie, z. B. beim Transport oder beim Einbau der Batterie in das Fahrzeug, auftreten.
Wenn in die erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie eine Drehratensensorik integriert ist, erkennt die in einem Fahrzeug verbaute Fahrzeugbatterie vorteilhafterweise einen Fahrzeugüberschlag, auch wenn das Fahrzeug (z. B. das Airbagsystem) diesen Überschlag nicht erkennt. Da die Drehratensensorik in der Fahrzeugbatterie im Vergleich zu einer Überrollsensorik im Airbagsystem wesentlich einfacher (und damit preiswerter) realisiert werden kann, kann demnach erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit einer einen Überschlag erfassenden Fahrzeugbatterie preiswerter hergestellt werden, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Lagesensorik, die Beschleunigungssensorik und die Drehratensensorik parametrierbar ausgeführt sein können, so dass insbesondere die entsprechenden Schwellenwerte entsprechend eingestellt bzw. geändert werden können.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entscheidet die Fahrzeugbatterie abhängig von dem erkannten Gefahrenzustand, also abhängig von der Schwere der Beschädigung der Fahrzeugbatterie, ob die Pole unveränderlich für immer spannungsfrei belassen werden oder ob die Pole beispielsweise manuell wieder unter Spannung gesetzt werden können.
Mit anderen Worten erkennt die Fahrzeugbatterie, ob sie aufgrund des erfassten Gefahrenzustands eine bleibende, potentiell gefährliche oder die Qualität mindernde Beschädigung aufweist, so dass sie irreversibel abgeschaltet bleibt. Dagegen ermöglicht die Fahrzeugbatterie bei einer nur temporären Beschädigung vorteilhafterweise, dass sie wieder eingeschaltet werden kann.
Diese Einschaltung der Fahrzeugbatterie kann beispielsweise mittels eines Folientasters der Fahrzeugbatterie erfolgen. Dazu erfasst die Auswerteeinrichtung eine Betätigung des Folientasters und setzt die Pole nach einer entsprechend lang anhaltenden Betätigung des Folientasters wieder unter Spannung.
Die Einschaltung der Fahrzeugbatterie kann allerdings auch mittels eines CAN-Busses des Fahrzeugs erfolgen, wobei die Auswerteeinrichtung die Pole wieder unter Spannung setzt, sobald eine vorbestimmte Datenbelegung bzw. CAN-Botschaft auf dem CAN-Bus erfasst wird.
Durch die Möglichkeit. die Fahrzeugbatterie über den CAN-Bus wieder einzuschalten, kann die Fahrzeugbatterie auch automatisch (d. h. ohne manuellen Eingriff) wieder aktiviert werden.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass die Pole der Fahrzeugbatterie spannungsfrei geschaltet werden können oder dass die Fahrzeugbatterie derart hergestellt wird, dass die Pole der Fahrzeugbatterie spannungsfrei geschaltet sind. Dadurch können die Fahrzeugbatterien im deaktivierten Zustand angeliefert und verbaut werden, wobei die Fahrzeugbatterien sobald sie verbaut sind, durch einen vorab beschriebenen Mechanismus aktiviert werden.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie umfasst.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeugbatterien zum Einsatz bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung zum einen auch für Fahrzeugbatterien von mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeugen einsetzbar ist und da die vorliegende Erfindung zum anderen auch für Batterien außerhalb des Fahrzeugbereichs eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Bezug zu einer Figur im Detail beschrieben.
Die einzige Figur stellt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterie dar.
In der einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie 20 umfasst. Die Fahrzeugbatterie 20 umfasst ihrerseits neben einem Stromspeicher 1 zwei Pole 7, eine Auswertelogik 5, einen Folientaster 8, eine Lagesensorik 2, eine Drehratensensorik 3 und eine Beschleunigungssensorik 4. Die Lagesensorik 2, die Drehratensensorik 3 und die Beschleunigungssensorik 4 stellen der Auswertelogik 5 ein Signal 6 bereit, welches von der Auswertelogik 5 ausgewertet wird. Abhängig von der Auswertung dieses Signals 6 unterbricht die Auswertelogik 5 die elektrische Verbindung zwischen dem Stromspeicher 1 und den Polen 7, wodurch die Pole 7 spannungsfrei geschaltet werden.
Wenn die Auswertelogik 5 die Pole 7 spannungsfrei geschaltet hat, so dass die Fahrzeugbatterie 20 deaktiviert ist und dem Fahrzeug 10 keine Spannring mehr bereitgestellt wird, kann die Fahrzeugbatterie 20 über eine Betätigung des Folientasters 8 oder über eine entsprechende Belegung eines CAN-Busses 9 des Fahrzeugs 10, mit welchem die Auswertelogik 5 verbunden ist, reaktiviert werden. Dazu erfasst die Auswertelogik 5 die Betätigung des Folientasters 8 oder die entsprechende Belegung auf denn CAN-Bus 9 und stellt die elektrische Verbindung zwischen dem Stromspeicher 1 und den Polen 7 wieder her, sofern keine dauerhafte Beschädigung der Fahrzeugbatterie 20 erfasst worden ist.
Wenn zumindest eine externe Schnittstelle (wie z. B. der CAN-Bus 9) bezüglich der Auswertelogik 5 vorhanden ist, kann auch die Auswertelogik 5 die Pole 7 abhängig von einer Kombination von Signalen des oder der Sensoren 2, 3, 4 der Fahrzeugbatterie 20 und von externen Signalen spannungsfrei schalten. Damit wäre es möglich, dass die Fahrzeugbatterie 20 abgeschaltet wird, obwohl weder die internen Signale der Sensoren 2, 3, 4 für sich allein noch die externen Signale für sich allein zu einer Abschaltung führen wurden, da erst die Kombination der internen und externen Signale zu einer Abschaltbedingung fuhrt.
Beispielsweise könnten externe Signale auf dem CAN-Bus 9, welche einen Fahrzeugunfall anzeigen, dazu fuhren, dass die Bedingungen, unter welchen die Auswertelogik 5 aufgrund der internen Signale die Batterie 20 abschaltet, herabgesetzt werden, indem z. B. ausgewählte oder alle Schwellenwerte verringert werden. Dadurch würden Messwerte der Sensoren 2, 3, 4 zu einem Abschalten der Fahrzeugbatterie 20 führen, welche unter normalen Bedingungen (normalen Schwellenwerten) zu keinem Abschalten der Fahrzeugbatterie 20 führen würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202005006869 U1 [0002]
US 5300905 [0002]
DE 102006004337 A1 [0002]
DE 19909123 B4 [0003]

Claims

Fahrzeugbatterie umfassend einen an der Fahrzeugbatterie (20) angebrachten elektronischen Sensor (2; 3; 4), und eine Auswerteeinrichtung (5), welche derart ausgestaltet ist, dass sie ein von dem elektronischen Sensor (2; 3; 4) geliefertes Signal (6) auswertet und bei Erkennen eines einen vordefinierten Gefahrenzustand der Fahrzeugbatterie (20) anzeigenden Zustands des Signals (6) Pole (7) der Fahrzeugbatterie (20) spannungsfrei schaltet.
Fahrzeugbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Lagesensorik (2) umfasst, und dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) spannungsfrei schaltet, wenn die Auswerteeinrichtung (5) mittels der Lagesensorik (2) einen Neigungswinkel der Fahrzeugbatterie (20) erfasst, welcher oberhalb eines vorbestimmten Neigungswinkelschwellenwerts liegt.
Fahrzeugbatterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen elektronischen Beschleunigungssensor (4) umfasst, und dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) spannungsfrei schaltet, wenn die Auswerteeinrichtung (5) mittels des Beschleunigungssensors (4) eine Beschleunigungseinwirkung auf die Fahrzeugbatterie (20) erfasst, welche oberhalb eines vorbestimmten Beschleunigungsschwellenwerts liegt.
Fahrzeugbatterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) mittels des Beschleunigungssensors (4) erfasste Beschleunigungswerte zu einem Integrationsergebnis aufintegriert, und dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) spannungsfrei schaltet, wenn das Integrationsergebnis oberhalb eines vorbestimmten Integrationsbeschleunigungsschwellenwerts liegt.
Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Drehratensensorik (3) umfasst, und dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) spannungsfrei schaltet, wenn die Auswerteeinrichtung (5) mittels der Drehratensensorik (3) eine Drehung der Fahrzeugbatterie (20) um einen Drehwinkel erfasst, welcher oberhalb eines vorbestimmten Drehwinkelschwellenwerts liegt.
Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) darüber hinaus zum unter Spannung Setzen der Pole (7) ausgestaltet ist,
Fahrzeugbatterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (20) einen Folientaster (8) umfasst, und dass die Fahrzeugbatterie (20) derart ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) nach einer Betätigung des Folientasters (8) unter Spannung setzt.
Fahrzeugbatterie nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (20) einen CAN-Bus (9) umfasst, und dass die Fahrzeugbatterie (20) derart ausgestaltet ist, dass die Auswerteeinrichtung (5) die Pole (7) nach einer vorbestimmten Datenbelegung des CAN-Busses (9) unter Spannung setzt.
Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (5) abhängig von dem erkannten Gefahrenzustand die Pole (7) unveränderlich für immer spannungsfrei belässt.
Fahrzeugbatterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (20) mit spannungsfrei geschalteten Polen (7) herstellbar ist, oder dass die Fahrzeugbatterie (20) derart ausgestaltet ist, dass die Pole (7) spannungsfrei schaltbar sind.
Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.