-
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem elektrochemischen Energiespeicher.
-
Moderne Hybrid- oder Elektrofahrzeuge sind mit kostenintensiven elektrochemischen Energiespeichern mit einer Ruhespannungslage im vollgeladenen Zustand im Hochvoltbereich ausgestattet. Meist sind diese Batteriesysteme aus elektrochemischen Zellen in Lithium-Ionen-Technologie mit hoher Energie- und Leistungsdichte aufgebaut. In Lithium-Ionen-Zellen können nach dem Stand der heutigen Entwicklung verschiedene Elektroden- und Separatormaterialien sowie Elektrolytderivate zum Einsatz kommen.
-
Im Falle eines Fahrzeugcrashs bzw. eines Unfalls können hohe Beschleunigungskräfte und unmittelbar mechanische Kräfte auf den im Fahrzeug verbauten Energiespeicher und dessen Komponenten einwirken. Bei einer mechanischen Beeinträchtigung einer dieser Komponenten können von der Batterie mehrere Gefahrenpotentiale ausgehen. Dies betrifft in erster Linie elektrische Spannung und elektrischen Strom, falls leitende Strukturen betroffen sind. Auch austretende Inhaltsstoffe können gesundheitsgefährdend sein. Besonders der Gefahr eines Brandes und/oder einer Explosion ist zu begegnen, wenn es zu einer Kurzschlussbildung der Elektroden kommt und stark exotherme Reaktionen einzusetzen drohen. Deshalb sind an die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien in der modernen Fahrzeugentwicklung hohe Anforderungen gestellt.
-
Insbesondere eine nach außen hin nicht sichtbare, mechanische Vorschädigung der Batterie oder von Komponenten der Batterie wie etwa eines Verbinders darf nicht unvermittelt in einer an sich harmlos anmutenden Situation Sicherheitsgefahren nach sich ziehen. Aus diesem Grund sollen Hochvoltspeicher insbesondere nach einem kleineren Unfall, der zu keinen offensichtlichen Schäden am Speicher geführt hat, einer intensiven, fachmännischen Untersuchung unterzogen werden. Dabei können Röntgentechniken benutzt werden, um Vorschädigungen oder auch Materialermüdungen an Komponenten des Speichers zerstörungsfrei und möglichst zuverlässig erkennen zu können. Im Zweifelsfall wird der Speicher nicht mehr eingesetzt. Dadurch können jedoch unnötig hohe Kosten entstehen, wenn Energiespeichersysteme der Entsorgung zugeführt werden, deren Lebensdauerende aus mechanischer Sicht noch nicht erreicht ist und diese weiter verwendet werden könnten.
-
Aus dem Stand der Technik sind Trennschalter bekannt, die den Hochvoltspeicher im Falle eines Crashes vom Bordnetz elektrisch trennen. Hierfür kommen Beschleunigungssensoren zum Einsatz. Nach der Schrift
US 2009/0096286 A1 kann eine Sicherheitsschaltung die Spannung des Speichers im Falle einer Kollision reduzieren.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem elektrochemischen Energiespeicher zu beschreiben.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit einem elektrochemischen Energiespeicher gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Erfindungsgemäß weist der Energiespeicher zumindest einen Beschleunigungssensor auf, dem eine vorgegebene Auslöserichtung zugeordnet ist, dem ein vorgegebener Beschleunigungsgrenzwert zugeordnet ist und mit dem bei einem Beschleunigungswert in Auslöserichtung, der den Beschleunigungsgrenzwert überschreitet, ein Beschleunigungsintegralwert messbar ist.
-
Unter einem Beschleunigungsintegralwert ist in dem vorliegenden Dokument das Integral aus dem zeitabhängigen Beschleunigungswert gegen die Zeit zu verstehen, wobei zwischen den Integralgrenzen der Beschleunigungswert den Beschleunigungsgrenzwert überschreitet. Mit anderen Worten bildet das Zeitfenster die Integralgrenzen, in dem die auftretende Beschleunigung in Auslöserichtung größer ist als der Beschleunigungsgrenzwert.
-
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung addiert der Beschleunigungssensor den Beschleunigungsintegralwert zu einem Auslöseintegralwert, der dem Sensor zugeordnet ist. Nach dieser Variante tritt ein Auslöseereignis ein, sobald der Auslöseintegralwert den Auslösegrenzwert überschreitet, wobei der Beschleunigungssensor das Auslöseereignis erfasst.
-
Dies bedeutet, dass der Beschleunigungssensor den Auslöseintegralwert kumulativ misst, da dieser additiv aus gemessenen Beschleunigungsintegralwerten gebildet wird. Mit anderen Worten werden in dem Auslöseintegralwert alle bis zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessene Beschleunigungsintegralwerte in Summe dargestellt.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Energiespeicher und die Auslöserichtung in einem fahrzeugbezogenen Koordinatensystem angeordnet und der der Auslöserichtung zugeordnete Beschleunigungsgrenzwert ist anhand der mechanischen Belastbarkeit einer Energiespeicherklasse festlegbar, wobei der Energiespeicher der Energiespeicherklasse zugehörig ist. Der Beschleunigungsgrenzwert ist derart festlegbar, dass bei einer Überschreitung des Beschleunigungsgrenzwertes der Energiespeicher zumindest teilweise einer kritischen mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Bei Unterschreiten des Beschleunigungsgrenzwertes ist eine unkritische mechanische Belastung vorliegend.
-
Unter einer Energiespeicherklasse ist eine Vielzahl baugleicher Energiespeicher zu verstehen, wobei der in dem Fahrzeug eingesetzte einzelne Energiespeicher ebenfalls der Energiespeicherklasse angehört. Dieser Energiespeicher ist in dem Fahrzeug in einer bestimmten Einbaulage montiert. Die Auslöserichtung ist dadurch charakterisiert, dass der Energiespeicher bei einer einwirkenden Beschleunigung, etwa bei einem Heckcrash, einer kritischen mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Dies bedeutet, dass diese mechanische Belastung beispielsweise zu einer Ermüdung von Komponenten des Energiespeichers beitragen kann, die beispielsweise durch elektrische Tests nicht erkennbar ist. Dies gilt unabhängig von der Wirkzeit dieser Beschleunigung. Der Beschleunigungsgrenzwert ist spezifisch für einen Energiespeicher in der Entwicklung des Fahrzeugs anhand von Versuchen an Mustern, Prototypen und Exemplaren von Energiespeichern der Energiespeicherklasse, sowie anhand von Simulationen und Berechnungen festlegbar.
-
Weiterhin ist es möglich, dass der Auslösegrenzwert durch den Energiespeicher vorgegeben ist und bei dem Auslöseereignis eine überkritische mechanische Belastung zumindest eines Teils des Energiespeichers erreicht ist. Mit dem Eintritt einer überkritischen mechanischen Belastung des Energiespeichers ist das Ende der Lebensdauer des Energiespeichers erreicht.
-
Zusätzlich ist das Auslöseereignis unauslöschbar durch den Beschleunigungsensor erfassbar.
-
Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei einem mechanisch verbrauchten Energiespeicher, dessen Lebensdauerende erreicht ist, die Information über das Erreichen des Auslösegrenzwertes möglichst manipulationssicher speicherbar ist. Das Auslesen dieser Information erfolgt auf zerstörungsfreie Art und Weise, beispielsweise durch ein Sichtfenster.
-
Ein Reset des Sensors oder ein Tausch des Sensors ist nur durch eine zerstörende Öffnung des Energiespeichers möglich, so dass in einem solchen Falle eine äußerliche Beeinträchtigung des Speichers sichtbar ist. Dies kann durch die Integration eines Sensors in ein Gussteil ermöglicht werden. Es besteht die Möglichkeit, dass Komponenten aus ausgeschlachteten Unfallfahrzeugen einem kaum überblickbaren Markt für gebrauchte Ersatzteile über Ländergrenzen hinweg zugeführt werden. Dann ist es vorteilhaft, zielsicher und mit geringem Aufwand eine Information über die mechanische Versehrtheit oder Unversehrtheit von Komponenten des Energiespeichers zu erhalten.
-
Außerdem besteht eine weitere Variante der Erfindung darin, dass der Energiespeicher mehrere Beschleunigungssensoren umfasst, die einen Sensorblock bilden, wobei der Sensorblock insbesondere Auslöserichtungen in dem fahrzeuggebundenen Koordinatensystem abdeckt, die durch einen besonders niedrigen Beschleunigungsgrenzwert charakterisiert sind.
-
Auf diese Weise werden beschleunigende Kräfte auf den im Fahrzeug verbauten Speicher überwacht, die in eine Auslöserichtung wirken, unter der der Speicher mechanisch besonders sensibel ist. Dies kann zum Beispiel eine Wirkrichtung senkrecht zur Fläche des Separators sein. Wird der Separator z.B. durch ein Metallpartikel durchstoßen, treten an dem Durchstoß schädlich hohe Leistungsdichten auf. Diese sind dem Fachmann auch als Hotspots bekannt.
-
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Elektrische Energiespeicher sind aus einer Vielzahl von Einzelzellen und weiteren elektronischen und mechanischen Komponenten zusammengesetzt. Die Einzelzellen wiederum beinhalten ein elektrochemisches System, das hermetisch von der umgebenden Atmosphäre abgeschlossen sein muss. In der Regel ist dies ein gecrimptes oder laserverschweißtes Metallgehäuse oder eine dünne, beidseitig mit Kunststoff beschichtete Aluminiumfolie, die die Komponenten der Speicherzelle umhüllt und die an den Rändern verklebt ist. In keinem Fall ist es weder möglich, durch normale optische Verfahren den Inhalt der Zellen auf Beschädigung zu untersuchen noch eine solche Beschädigung zuverlässig zu erkennen, die während eines Unfalls durch unzulässige mechanische Belastung aufgetreten ist. Auch durch elektrische Tests ist es nicht möglich, das Innere der Zellen zweifelsfrei auf Beschädigung zu untersuchen.
-
Nach dem heutigen Stand der Technik muss ein Energiespeicher nach einem Unfall individuell beurteilt, im Zweifelsfall außer Betrieb genommen und entsorgt werden. Ansonsten ist das Risiko einer verdeckten Schädigung einer oder mehrerer Zellen in Kauf zu nehmen. Ein daraus möglicherweise resultierendes Sicherheitsrisiko für den Nutzer ist nicht tolerabel. Deshalb kommt es in vielen Fällen jedoch zu hohen Kosten durch den Ersatz des Speichersystems, obwohl dieses möglicherweise unbeschädigt ist und weiterbenutzt werden könnte. Im Zweifelsfall kann zusätzlich ein aufwändiges Röntgenverfahren zum Einsatz kommen, um den Energiespeicher möglichst zweifelsfrei auf Beschädigungen zu untersuchen. Auch dies zieht hohe Kosten nach sich.
-
Als Verbesserung wird vorgeschlagen, einen oder mehrere Beschleunigungssensoren in das Speichersystem zu integrieren. Die Beschleunigungssensoren überwachen mindestens eine oder mehrere Raumachsen auf einen oder mehrere Grenzwerte und speichern die maximal aufgetretene Belastung manipulationssicher. Diese Sensoren könnten aus elektronischen und/oder mechanischen Komponenten aufgebaut sein.
-
Während der Entwicklung und Erprobung des Speichersystems werden die Speicherzellen und möglicherweise andere empfindliche Komponenten des Speichersystems systematisch verschiedenen mechanischen Belastungen in Form von Beschleunigung in allen drei Raumachsen und -Richtungen unterzogen. Auf diese Weise wird für jede Raumrichtung die maximal zulässige Belastung festgestellt (Maximalwert), bei der es gerade noch zu keiner unzulässigen Veränderung kommt. Die entsprechenden Bauteile werden nach jeder einzelnen Testbelastung mit geeigneten, aufwändigen Verfahren (z.B. Röntgen, Computertomographie, Ultraschall, elektrische Belastung zur Innenwiderstandsbestimmung, Öffnung und physikalisch-chemische Analyse) auf Beschädigung untersucht, um möglichst genaue Maximalwerte zu ermitteln.
-
Die Maximalwerte werden für den Betrieb des Energiespeichers im Fahrzeug als Grenzwerte verwendet.
-
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigt schematisch
-
1 Mechanischer Beschleunigungssensor für elektrochemischen Energiespeicher
-
Ein Fahrzeug mit elektrifiziertem Antriebsstrang ist mit einer Lithium-Ionen-Batterie als elektrochemischem Energiespeicher ausgestattet. Dieser Speicher ist mit einem Beschleunigungssensor ausgestattet, der auf einem mechanischen Funktionsprinzip beruht. Der Beschleunigungssensor löst bei einer auftretenden Beschleunigung, die über einem vorbestimmten Auslösegrenzwert liegt, aus.
-
Dies kann beispielsweise mit dem in 1 abgebildeten Sensor erreicht werden. Der Sensor umfasst einen Metallbolzen in einem Kunststoffrohr. Der Sensor ist derart gestaltet, dass er bei einem Beschleunigungswert auslöst, der über dem Auslösegrenzwert in eine vorgegebene Raumrichtung liegt. Diese vorgegebene Raumrichtung wird als Auslöserichtung bezeichnet. Der Metallbolzen ist nur entgegen der Auslöserichtung beweglich, jedoch nicht in Richtung der Auslöserichtung. Die Bewegungsrichtung des Bolzens ist also der Auslöserichtung des Sensors entgegengerichtet. Dies kann beispielhaft dadurch durch die Gestaltung des Metallbolzens bewirkt werden, dass der Metallbolzen ein konisches oder abgerundetes vorderes Ende und/oder eine Verdickung mit einer scharfen Kante am hinteren Ende hat. Als vorderes Ende wird hierbei das Ende des Bolzens bezeichnet, das in Richtung der Bewegungsrichtung des Bolzens weist.
-
Tritt also eine Beschleunigung des Speichers in Richtung der Auslöserichtung auf, die über einem vorbestimmten Beschleunigungsgrenzwert liegt, wird der Metallbolzen in die Bewegungsrichtung bewegt. Bei einer Beschleunigung unterhalb des Beschleunigungsgrenzwerts sitzt der Bolzen fest. Je höher der Betrag der Beschleunigung in die Auslöserichtung ist oder der je zeitlich länger ein bestimmter Beschleunigungswert auf den Sensor einwirkt, umso weiter bewegt sich der Bolzen in dem Kunststoffrohr in Richtung der Bewegungsrichtung.
-
Nach dem Aussetzen der Beschleunigung, d.h. sobald der Beschleunigungswert unterhalb des Beschleunigungsgrenzwertes sinkt, sitzt der Bolzen in dem Kunststoffrohr wieder fest.
-
Bei Erreichen des Auslösegrenzwerts ist der Metallbolzen infolge von mehreren oder einer einzigen Bewegung in dem Kunststoffrohr in Richtung der Bewegungsrichtung so weit vorgedrungen, dass der Sensor auslöst.
-
Das Auslösen des Sensors kann derart ausgeführt sein, dass der Bolzen einen elektrischen Kontrollstromkreis schließt, einen elektrischen Kontrollstromkreis unterbricht oder eine Lichtleiterstrecke optisch schließt oder unterbricht.
-
Beispielsweise sind in dem Kunststoffrohr mindestens zwei radial angeordnete elektrische Kontakte befindlich. Beim Erreichen des Auslösegrenzwertes ist der Bolzen so weit in Richtung der Bewegungsrichtung in dem Kunststoffrohr vorgerückt, dass über den metallischen Bolzen und über die elektrischen Kontakte der Kontrollstromkreis geschlossen wird. Resultierender und detektierbarer Stromfluss im Kontrollstromkreis (z.B. mittels eines Hallsensors) durch eine im Kontrollstromkreis befindliche Spannungsquelle dient als Auswertesignal. Bei auftretendem Stromfluss ist der Speicher beispielsweise mechanisch verbraucht und der Speicher hat das Lebensdauerende erreicht. Möglicherweise betrifft dies auch nur bestimmte Komponenten wie Zellen oder Module, die dem betreffenden Sensor zugeordnet sind.
-
Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel und ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird weiterhin beim Auslösen des Sensors von einem unterbrechenden elektrischen Kontrollstromkreis ausgegangen. Senkrecht zur Bewegungsrichtung des Bolzens verläuft in dem Kunststoffrohr ein elektrischer Leiter, z.B. ein dünner metallischer Kontrolldraht mit einem bestimmten elektrischen Widerstand, der bei Erreichen des Auslösegrenzwertes von dem Metallbolzen infolge der mechanischen Einwirkung durch die Massenträgheit des sich bewegenden Bolzens durchtrennt wird. Infolgedessen wird der elektrische Widerstand in dem Kontrollstromkreis geändert, da im ausgelösten Zustand und bei einer am Kontrollstromkreis anliegenden definierten Kontrollspannung Stromfluss über den Metallbolzen anstatt durch das Drahtstück erfolgt.
-
Der Widerstand des Kontrollstromkreises, der beispielsweise durch Strommessung in dem Stromkreis mit einem Hallsensor detektierbar ist, dient als Auswertesignal. Ein nicht mit dem Widerstand des Kontrollstromkreises bei intaktem Kontrolldraht übereinstimmender Widerstand zeigt beispielsweise an, dass der Speicher mechanisch verbraucht ist und der Speicher das Lebensdauerende erreicht hat.
-
Die Durchtrennung des Drahtes ermöglicht ein hohes Maß an Manipulationssicherheit an dem Energiespeicher. Falls ein Energiespeicher aus einem Unfallfahrzeug und bei zerstörtem Kontrolldraht ausgebaut wird und aufgrund von äußerlicher Unversehrtheit auf dem Ersatzteilmarkt angeboten wird, ist der Speicher infolge des geänderten Widerstandes als mechanisch verbrauchter Speicher erkennbar. Dieser Zustand ist überdies in einem hohe Maße irreversibel, da andernfalls der Sensor aus dem Speicher ausgebaut werden müsste, der Sensor zerstörungsfrei geöffnet und der Metallbolzen entgegen der Bewegungsrichtung zurückversetzt werden müsste und ein Drahtstück mit dem bestimmten elektrischen Widerstand des Kontrolldrahtes in das Kunststoffrohr gesetzt werden müsste.
-
Durch das irreversible Auslösen des Sensors ist die Information darüber, dass der Speicher mechanisch verbraucht ist, im oder am Speicher selbst speicherbar. Dies dient der Sicherheit der künftigen Nutzer eines solchen Energiespeichers.
-
Alternativ ist der Sensor so gestaltet, dass der Fortschritt des Bolzens in der Kunststoffröhre in Bewegungsrichtung mit einer geeigneten Messeinheit messbar ist. Vorteilhafterweise ist der Sensor so gestaltet, dass durch die Messeinheit der Bolzen nicht in Richtung der Ausgangslage zurückgedrückt werden kann.
-
Der Beschleunigungsgrenzwert des Sensors bemisst sich dadurch, dass bei einer auftretenden Beschleunigung auf den Metallbolzen in Auslöserichtung, die den Beschleunigungsgrenzwert überschreitet, die auf den Bolzen einwirkende beschleunigende Kraft die gegen diese Kraft wirkende Haftreibung des Bolzens im Kunststoffrohr überschreitet, und der Bolzen in Bewegung gesetzt wird. Die Einstellung des Sensors auf den Beschleunigungsgrenzwerts erfolgt in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser des Metallbolzens, dem Gewicht des Metallbolzens, dem Innendurchmesser des Kunststoffrohrs und dem gegebenenfalls temperaturabhängigen Haft- und Gleitreibungswert des Materials des Metallbolzens mit dem Material des Kunststoffrohrs. Diese genannten Parameter sind beim Sensor derart ausgewählt bzw. ausgeführt, dass derjenige Beschleunigungswert in Auslöserichtung, bei dessen Überschreiten der Metallbolzen bewegt wird, dem Beschleunigungsgrenzwert entspricht.
-
Der Beschleunigungsgrenzwert des Sensors wird im Rahmen der Entwicklung des Energiespeichers durch Simulation oder experimentell ermittelt. Dabei ist unter den sicherheitsrelevanten Komponenten von der mechanisch sensibelsten, d.h. bezüglich einer von außen einwirkenden beschleunigenden Kraft sensibelsten, Komponente des Energiespeichers auszugehen. Diejenige beschleunigende Kraft, bei deren Überschreitung von einer mechanischen Beeinträchtigung dieser Komponente auszugehen ist, wird als Beschleunigungsgrenzwert festgesetzt. Die Ermittlung des Beschleunigungsgrenzwertes kann beispielsweise durch Crashversuche und anschließender aufwändiger Analyse dieser Komponente erfolgen.
-
Dieser Beschleunigungsgrenzwert wird unabhängig von dessen Wirkdauer festgesetzt. Je länger eine Beschleunigung auf den Bolzen wirkt, die den Beschleunigungsgrenzwert überschreitet, umso weiter dringt der Bolzen im Rohr in Bewegungsrichtung vor. Je höher dieser Beschleunigungswert bei einer bestimmten Wirkdauer ist, umso weiter dringt der Bolzen im Rohr in Bewegungsrichtung vor. Dies bedeutet, dass die Distanz des bei einem Beschleunigungsereignis vorgerückten Bolzens dem Integral aus dem Beschleunigungswert über der Wirkzeit entspricht, bei welcher die Beschleunigung den Beschleunigungsgrenzwert überschritten wird. Ein solches Integral wird als Beschleunigungsintegral bezeichnet.
-
Der Auslösegrenzwert des Sensors wird auf die während der Lebensdauer des Energiespeichers kumulierten Beschleunigungsintegrale ausgelegt. Dies bedeutet, dass in der Entwicklung des Energiespeichers durch Simulation oder experimentell ermittelt, bei welchem Beschleunigungsintegralwert der Sensor auslöst. Hierzu wird z.B. bei Crashversuchen die Wirkung von verschiedenen Beschleunigungswerten bei verschieden langen Wirkzeiten auf die oben genannten sensiblen Komponenten untersucht. Anschließend erfolgt eine aufwändige Analyse dieser Komponente durch geeignete physikalisch-chemische Untersuchungen. Auf Basis dieser Untersuchung wird der Beschleunigungsintegralwert, bei dessen Überschreitung eine reparaturbedürftige, sicherheitskritische oder lebensdauerbeendende Beschädigung der Komponente feststellbar ist, als Auslösegrenzwert festgelegt. Dabei ist unabhängig, ob der Auslösegrenzwert während des Betriebs des Energiespeichers durch eine Vielzahl kleiner Beschleunigungsereignisse, z.B. kleinere Auffahrunfälle, oder durch ein großes Beschleunigungsereignis, z.B. Frontalzusammenstoß bei hoher Geschwindigkeit, erreicht wird.
-
Die Einstellung des Auslösegrenzwertes des Sensors erfolgt analog zur Einstellung des Beschleunigungsgrenzwertes, d.h. in Abhängigkeit von den oben genannten Sensorparametern. Zusätzliche Einflussgrößen sind die Distanz zwischen der Position des Bolzens im Rohr bezüglich der Bewegungsrichtung bei Inbetriebnahme des Sensors und der Position des Kontrolldrahtes im Sensor. Außerdem dient die Reißfestigkeit des Drahtes als weiterer Parameter. Die Einstellung des Beschleunigungsgrenzwertes des Sensors und des Auslösegrenzwertes des Sensors, die beide spezifisch für einen bestimmten Energiespeicher und eine bestimmte Auslöserichtung bezüglich der geometrischen Gestalt der Komponente ermittelt sind, kann auch als Eichung des Sensors bezeichnet werden.
-
In einem Energiespeichersystem können mehrere solche Beschleunigungssensoren zum Einsatz kommen. Bevorzugt werden sechs Sensoren, zwei Sensoren je Raumachse eingesetzt, so dass jede der sechs Raumrichtungen als Auslöserichtung für einen der Sensoren festgelegt ist. Dies wird als ein Sensorblock bezeichnet. Für eine besonders sensible Wirkrichtung einer beschleunigenden Kraft kann ein weiterer Sensor verbaut sein, so dass diese Kraft nicht nur als Linearkombination auf mehrere Sensoren wirkt, sondern insbesondere auf diesen Sensor wirkt.
-
Da ein für Elektro- oder Hybridfahrzeuge verwendeter Energiespeicher üblicherweise erhebliche Abmessungen hat, kann es sinnvoll sein, zusätzliche Sensoren einzusetzen, da bei realen Crashsituationen nicht nur lineare, sondern auch drehende Beschleunigungen auftreten. Somit kann eine Beschleunigungsbelastung nicht über den Gesamtspeicher als konstant angenommen werden.
-
Ist ein Energiespeicher unabhängig von seiner Einbaulage im Fahrzeug länglich ausgebildet, so können z.B. zwei Sensorblöcke an den jeweils gegenüberliegenden kleineren Stirnflächen des Speichers ausreichend sein. Bei Speichern in einer besonders flachen Bauart kann die Verwendung jeweils eines Sensorblocks in der Nähe eines Ecks sinnvoll sein. Dabei ist ein möglichst großer Abstand vom Masseschwerpunkt des Speichers bzw. Fahrzeugs anzustreben, da bei Drehbeschleunigungen die Belastung der Komponenten mit dem Abstand zum Drehpunkt zunimmt. Zugleich nimmt mit zunehmendem Abstand der Sensoren vom Drehpunkt die Genauigkeit der zu erfassenden Rotationsbeschleunigung zu.
-
Als weitere Ausbildung wird ein Sensorblock mit 14 Sensoren vorgeschlagen, bei dem im Vergleich mit dem Sensorblock aus sechs Sensoren auch die Raumdiagonalen zu den Raumachsen mit je zwei Sensoren ausgestattet werden. Dadurch wirkt sich eine beschleunigende Kraft stärker auf einen bestimmten Sensor aus,
-
Ein mechanischer Sensor bietet den Vorteil, dass der Sensor nicht mit elektrischer Energie versorgt werden muss.
-
Alternativ zu einem mechanischen Sensor gemäß 1 kann auch ein elektrischer oder elektromechanischer Sensor eingesetzt werden. Beispielsweise kann ein Piezosensor in Verbindung mit einem elektronischen Analog-Digitalwandler zur digitalen Erfassung und Übermittlung der auftretenden Beschleunigungswerte an ein Steuergerät des Speichers als Datenverarbeitungs- und Speichereinheit zum Einsatz kommen. Der Beschleunigungsgrenzwert und den Auslösegrenzwert können entweder im Sensor oder in dem Steuergerät hinterlegt sein. Insbesondere das kumulative Beschleunigungsintegral ist in der Speichereinheit überschreibend als Wert speicherbar.
-
Falls das kumulierte Beschleunigungsintegral den Auslösegrenzwert überschreitet, wird eine entsprechende Datennachricht in einem nichtflüchtigen, auslesbaren und einmal beschreibbaren, nicht löschbaren Speicher hinterlegt. Dabei kann es sich um einen OTP-Speicher (one time programmable) handeln oder um einen Flash-Speicher, der nach dem Schreiben der Nachricht blockweise oder komplett gegen weitere Schreibzugriffe sperrbar ist.
-
Dieser Speicher ist derart in dem Energiespeicher verbaut, dass der Tausch des Speichers nur unter zerstörender Bearbeitung z.B. einer Versiegelung möglich ist. Dadurch wird eine möglichst manipulationssichere Detektion der mechanischen Abnutzung des Speichers gewährleistet. Diese Detektion ist fahrzeugautark an dem Energiespeichersystem selbst z.B. durch eine geeignete Ausleseschnittstelle. Zur weiteren Erhöhung der Manipulationssicherheit kann auch eine an dem Speichersystem angebrachte Seriennummer im Original bzw. auch verschlüsselter Form in dem Speicher abgelegt werden. Die Seriennummer kann zudem in einem Speicherbereich abgelegt werden, der nur vom Hersteller einmalig beschreibbar ist. Weiterhin kann dieser Speicher entweder monolithisch auf einem Halbleiterchip oder in einem sogenannten Multichipgehäuse integriert und so vor externem physischen Zugriff geschützt werden.
-
Bevorzugt deckt ein elektrischer Sensor eine Auslöserichtung ab. Analog zu dem oben beschriebenen Sensorblock aus mechanischen Sensoren, kann ein Sensorblock aus sechs elektrischen Sensoren gebildet werden. Falls elektrischen Sensoren zum Einsatz kommen, die mehrere Auslöserichtungen aufweisen, z. B. triaxiale Sensoren, verringert sich die Zahl der Sensoren eines Sensorblocks entsprechend.
-
Zur Detektion von Rotationsbeschleunigungen können mehrere elektrische Sensorblöcke zum Einsatz kommen. Das die Daten verarbeitende Steuergerät ermöglicht auch eine rechnerische Abschätzung der mechanischen Belastung durch Beschleunigung von Teilen des Energiespeichers, die zwischen Sensoren befindlich sind.
-
Durch mechanische und/oder elektrische Sensoren der beschriebenen Art kann ermöglicht werden, das mechanische Lebensdauerende eines Energiespeichers auf Basis von in der Entwicklung festgelegten Kriterien während des Betriebs zu detektieren. Dadurch kann verhindert werden, dass einerseits Kosten zum Ersatz eines mit hoher Wahrscheinlichkeit unbeschädigten Speichers entstehen und andererseits ein Energiespeicher, der nur innerlich beschädigt sind, bei weiterem Betrieb ein Sicherheitsrisiko darstellt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2009/0096286 A1 [0005]
