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Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche dazu ausgelegt, elektrische Energie für ein Fahrzeug bereitzustellen. Die Batterie umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen zum Speichern der elektrischen Energie. Des Weiteren umfasst die Batterie wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Beschleunigung und eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten von Signalen des wenigstens einen Sensors. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung einer solchen Batterie sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Batterien wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien als Traktionsbatterien einzusetzen, also zum Bereitstellen von elektrischer Energie für einen elektrischen Antriebsmotor eines Fahrzeugs. Die elektrische Energie, welche in Form von chemischer Energie in den Batteriezellen der Batterie gespeichert ist, ist erheblich. Es ist daher von Interesse festzustellen, ob aufgrund von hohen Beschleunigungen, denen die Batterie ausgesetzt war, eine Beschädigung der Batterie aufgetreten ist, welche hinsichtlich deren Sicherheit relevant ist.
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Um eine Abschätzung einer zu hohen Beschleunigung oder einer Deformation der Batterie vorzunehmen, können Informationen von Beschleunigungssensoren genutzt werden, welche im Fahrzeug vorhanden sind. Wenn aufgrund dieser Informationen von einer unzulässig hohen Beschleunigung oder Deformation der Batterie ausgegangen wird, so kann die Batterie abgeschaltet oder auch irreversibel deaktiviert werden. Dies kann insbesondere durch Öffnen von Hauptschützen der Batterie und dem Verhindern eines zukünftigen Schließens dieser Schütze erfolgen.
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Die
DE 10 2009 035 479 A1 beschreibt eine Batterie, bei welcher ein dort als Schocksensor bezeichneter Sensor zum Erfassen von Beschleunigungen und Stößen in die Batterie selber integriert ist. In einem Speicherbaustein einer Batterieelektronik der Batterie werden Werte aus dem Schocksensor gespeichert. Der Speicherbaustein lässt sich dann auslesen, um festzustellen ob die Batterie einem besonders großen Stoß oder Schock ausgesetzt war. Ist dies der Fall, kann die Batterie demontiert, analysiert und aus dem Verkehr gezogen oder repariert werden, bevor eine Gefahr von der Batterie ausgeht. Es kann auch die Batterieelektronik einen Betrieb der Batterie lediglich dann zulassen, wenn der Speicherbaustein keinen unzulässig hohen Wert enthält.
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Eine Batterie mit einem Beschleunigungssensor ist des Weiteren aus der
JP 11 040 205 A bekannt. Zudem beschreibt die
JP 2010 038 839 A ein elektronisches Bauteil mit einem Beschleunigungssensor, mittels welchem eine Fallhöhe beim Fallenlassen des elektronischen Bauteils festgestellt werden kann.
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Als nachteilig bei Batterien mit integriertem Beschleunigungssensor ist der Umstand anzusehen, dass diese dennoch lediglich eine begrenzte Aussage über die Beschleunigung zulassen, welcher die Batterie ausgesetzt war.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterie der eingangs genannten Art zu schaffen, sowie eine Verwendung einer solchen Batterie und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs anzugeben, welche bzw. welches erweiterte Aussagen über Beschleunigungen der Batterie zulässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die Verwendung einer Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist die Auswerteeinrichtung derart mit zumindest einender Batteriezellen gekoppelt, dass die Auswerteeinrichtung mit in der zumindest einen Batteriezelle der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgbar ist. Zum Auswerten der Signale des wenigstens einen Sensors ist die Auswerteeinrichtung daher nicht auf die Zufuhr von externer elektrischer Energie angewiesen, sondern sie greift auf die in den Batteriezellen der Batterie ohnehin gespeicherte elektrische Energie zurück. So kann auch im Falle einer vorübergehenden Unterbrechung eines zum Versorgen der Auswerteeinrichtung geeigneten Bordnetzes eines die Batterie aufweisenden Fahrzeugs eine unerwünscht hohe Beschleunigung der Batterie erfasst werden. Somit lassen sich erweiterte Aussagen über Beschleunigungen machen, welchen die Batterie ausgesetzt war.
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Gefährdungen aufgrund des Einschaltens einer Batterie, welche aufgrund einer zu hohen Beschleunigung beschädigt wurde, können so vermieden werden. Des Weiteren lassen sich anhand der mit dem wenigstens einen Sensor der Batterie erfassten Beschleunigungen Abschätzungen betreffend den Zustand von Peripheriekomponenten der Batterie vornehmen. Es kann beispielsweise ein Ladekabel der Batterie aufgrund eines heftigen Stoßes, welchem die Batterie ausgesetzt war, gerissen oder beschädigt sein. Auch in einem solchen Fall können Gefährdungen vermieden werden, wenn die Batterie nicht wieder in Betrieb genommen wird.
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Aufgrund des geringen Stromverbrauchs der Auswerteeinrichtung und der großen Menge an in den Batteriezellen der Batterie gespeicherter elektrischer Energie kann zudem eine besonders lange Autonomie der Erfassung von Beschleunigungen gewährleistet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Batterie dazu ausgelegt, bei ausgeschalteter Zündung eines die Batterie aufweisenden Fahrzeugs die Auswerteeinrichtung mit in der zumindest einen Batteriezelle gespeicherter elektrischer Energie zu versorgen. Mit anderen Worten kann eine Erkennung stattfinden, ob im Stand des Fahrzeugs ein Unfall stattgefunden hat, bei. welchem die Batterie aufgrund einer zu hohen Beschleunigung in Mitleidenschaft gezogen wurde. Bei stehendem oder geparktem Fahrzeug sind bei ausgeschalteter Zündung die meisten elektrischen Verbraucher desselben außer Betrieb genommen, während der Unfall stattfindet. Die Erkennung eines solchen Standcrashs lässt sich aufgrund der großen Menge an in den Batteriezellen der Batterie gespeicherter elektrischer Energie über eine besonders lange Zeitspanne hinweg sicherstellen.
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Es kann vorkommen, dass das stehende Fahrzeugs, welches die Batterie aufweist, durch eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung in Mitleidenschaft gezogen wurde, ohne dass an dem Fahrzeug erkennbare Schäden vorhanden sind. Diese können mit der auch bei ausgeschalteter Zündung funktionstüchtigen Auswerteeinrichtung detektiert werden, da dieser von dem wenigstens einen Sensor der Batterie die Beschleunigungen angebenden Signale übermittelt werden. Zudem kann es vorkommen, dass sichtbare Schäden an dem Fahrzeug, welches einen Standcrash erlitten hat, von einem Fahrzeugnutzer ignoriert werden. Wenn jedoch über die Auswerteeinrichtung festgestellt wird, dass ein Standcrash in einer Größenordnung aufgetreten ist, welcher zu einer Beschädigung der Batterie geführt haben könnte, so kann dafür gesorgt werden, dass die Batterie nicht wieder in Betrieb genommen werden kann. So wird verhindert, dass ein unachtsamer oder fahrlässiger Nutzer des die Batterie aufweisenden Fahrzeugs nach einem Standcrash selbiges in Betrieb nimmt.
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Batterien, welche als Traktionsbatterie dienen, also für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs elektrische Energie bereitstellen, sind üblicherweise als Hochvoltbatterien ausgebildet. Daher hat es sich gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Koppelstrecke, über welche die Auswerteeinrichtung mit der zumindest einen Batteriezelle elektrisch verbunden ist, einen Spannungswandler umfasst. So kann die hohe Spannung der Batterie in eine für die Auswerteeinrichtung verträgliche Spannung gewandelt werden. Es braucht dann keine aufwändige Verschaltung lediglich einzelner der Batteriezellen zum Versorgen der Auswerteeinrichtung mit elektrischer Energie vorgesehen zu werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterie eine Speichereinrichtung zum Abspeichern eines Datenwerts, welcher das Auftreten. einer mittels des wenigstens einen Sensors erfassten Beschleunigung angibt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein üblicherweise ohnehin vorgesehenes Batteriemanagementsystem der Batterie zumindest eine Speichereinrichtung umfasst, welche auch zum Abspeichern eines das Vorliegen eines Standcrashs angebenden Datenwerts geeignet ist. Auch die Auswerteeinrichtung kann Bestandteil des Batteriemanagementsystems sein. So kann auf die ohnehin vorhandene Hardware und Intelligenz der Batterie zurückgegriffen werden.
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Die Speichereinrichtung kann insbesondere dazu ausgelegt sein, lediglich dann den Datenwert abzuspeichern, wenn die Beschleunigung oberhalb eines Schwellenwerts der Beschleunigung lag. Dadurch kann eine vergleichsweise wenig Speicherplatz aufweisende Speichereinrichtung zum Einsatz kommen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Auswerteeinrichtung mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt ist, mittels welcher in Abhängigkeit von der mittels des wenigstens einen Sensors erfassten Beschleunigung ein Abgeben von elektrischer Energie der Batterie an das Fahrzeug und insbesondere an ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs unterbunden werden kann. Es kann also die Steuerungseinrichtung für das Sperren der Batterie sorgen, wenn diese einer zu hohen Beschleunigung, insbesondere einer zu hohen Beschleunigung aufgrund eines Standcrashs, ausgesetzt war.
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Die erfindungsgemäße Batterie kann dazu verwendet werden, eine Kollision eines die Batterie aufweisenden Fahrzeugs mit einem Objekt zu erkennen, während die Zündung des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Bei dem Objekt kann es sich insbesondere um ein Fahrzeug handeln, welches mit dem Fahrzeug zusammenstößt, dessen Zündung ausgeschaltet ist. Es kann so nach einer Standkollision oder einem Standcrash des Fahrzeugs darauf geschlossen werden, ob die Batterie wiederverwendet werden kann oder außer Betrieb zu nehmen ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, welches eine zum Bereitstellen von elektrischer Energie für das Fahrzeug ausgelegte Batterie umfasst, erfasst wenigstens ein Sensor der Batterie eine Beschleunigung der Batterie. Eine Auswerteeinrichtung der Batterie wertet ein Signal des wenigstens einen Sensors aus. Hierbei wird die Auswerteeinrichtung mit in zumindest einer Batteriezelle der Batterie gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Durch diese autonome Versorgung der Auswerteeinrichtung kann eine Standcrasherkennung realisiert werden.
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Bevorzugt wird in Abhängigkeit von einer Auswertung des Signals des wenigstens einen Sensors ein Abgeben von elektrischer Energie der Batterie an das Fahrzeug, insbesondere an ein Antriebsaggregat des Fahrzeugs, unterbunden. So wird verhindert, dass die möglicherweise aufgrund der zu hohen Beschleunigung schadhafte Batterie wieder in Betrieb genommen wird.
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Das Fahrzeug kann als Hybridfahrzeug ausgebildet sein und somit zusätzlich zu der zum Versorgen eines elektrischen Antriebsaggregats des Fahrzeugs vorgesehenen Batterie einen Verbrennungsmotor aufweisen. Dann wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Auswertung des Signals des wenigstens einen Sensors ein In-Betrieb-Nehmen des Verbrennungsmotors unterbunden. Dies kann beispielsweise geschehen, indem eine Kraftstoffpumpe des Fahrzeugs deaktiviert wird.
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Bevorzugt wird auch das In-Betrieb-Nehmen anderer elektrischer Verbraucher als eines Antriebsaggregats des Fahrzeugs unterbunden, wenn die Auswertung des Signals des wenigstens einen Sensors ergibt, dass die Batterie einer unerwünscht hohen Beschleunigung ausgesetzt war. Dadurch wird verhindert, dass derartige Verbraucher Schaden nehmen können. Beispielsweise kann das In-Betrieb-Nehmen einer Standklimatisierung unterbunden werden, welche auch bei stehendem Fahrzeug, also bei ausgeschalteter Zündung des Fahrzeugs, für die Temperierung des Fahrgastraums sorgen kann.
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Die für die erfindungsgemäße Batterie und die erfindungsgemäße Verwendung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt schematisch eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, welche einen Beschleunigungssensor umfasst und zum Erkennen eines Standcrashs des Fahrzeugs ausgelegt ist.
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Eine in der Figur schematisch gezeigte Batterie 10 für ein Fahrzeug ist als Traktionsbatterie ausgebildet, das heißt sie stellt elektrische Energie für einen zum Antreiben des Fahrzeugs ausgelegten Antriebsmotor bereit. Die Batterie 10 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 12 auf, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein können.
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An den Batteriezellen 12 – oder an die Batteriezellen 12 umfassenden Modulen – sind Beschleunigungssensoren angebracht, wobei vorliegend lediglich ein Beschleunigungssensor 14 schematisch gezeigt ist. Der Beschleunigungssensor 14 kann auch an anderen Komponenten der Batterie 10 angeordnet sein. Der Beschleunigungssensor 14 ist mit einer Auswerteeinrichtung in Form einer Messelektronik 16 gekoppelt, welche die von dem Beschleunigungssensor 14 erfassten Signale auswertet. Durch Anwenden geeigneter Filter und Algorithmen wird dann innerhalb der Batterie 10 entschieden, ob aufgrund eines Stoßes, dem das die Batterie 10 aufweisende Fahrzeug ausgesetzt war, ein Abschalten beziehungsweise Deaktivieren der Batterie 10 notwendig ist. Es kann nämlich sein, dass bei einem solchen Stoß die Batterie 10 einer derart hohen Beschleunigung ausgesetzt wird, dass vom Auftreten eines Schadens an der Batterie 10 auszugehen ist.
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In einem solchen Fall kann ein erneutes Zuschalten beziehungsweise Verwenden der Batterie 10 verhindert werden, etwa indem ein mit der Messelektronik 16 gekoppeltes Steuergerät 18 das In-Betrieb-Nehmen der Batterie 10, also das Abgeben von elektrischer Energie aus den Batteriezellen 12 an den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs verhindert. Die Messelektronik 16 und das Steuergerät 18 sind vorliegend Komponenten eines Batteriemanagementsystems der Batterie 10.
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Bei der in der Figur gezeigten Batterie 10 erfolgt die Energieversorgung der Messelektronik 16 über die Batteriezellen 12 der Batterie 10 selber. Hierfür ist in einer Koppelstrecke 20, über welche die Messelektronik 16 mit den Batteriezellen 12 der Batterie 10 elektrisch verbunden ist, ein Spannungswandler 22 vorgesehen. Dieser sorgt dafür, dass die Messelektronik 16 mit einer für sie geeigneten Spannung versorgt wird, welche geringer ist als die von den Batteriezellen 12 für den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs zur Verfügung gestellte Hochvoltspannung.
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Dadurch, dass die Messelektronik 16 einen vergleichsweise geringen Stromverbrauch hat und die Menge an gespeicherter elektrischer Energie in den Batteriezellen 12 vergleichsweise groß ist, kann über eine lange Zeitspanne hinweg die Messelektronik 16 autonom versorgt werden. Dies bietet insbesondere die Möglichkeit festzustellen, ob es bei stehendem Fahrzeug, also bei ausgeschalteter Zündung des Fahrzeugs, zu einer Kollision des Fahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug gekommen ist. Selbst wenn also in einem Zündschloss des Fahrzeugs kein Schaltkontakt mit dem als Klemme 15 bezeichneten Anschluss hergestellt ist, wird die Messelektronik 16 mit elektrischem Strom versorgt. Dieser stammt aus den Batteriezellen 12 der Batterie 10 und ermöglicht es der Messelektronik 16, die Signale des Beschleunigungssensors 14 kontinuierlich auszuwerten.
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Die Batterie 10 ermöglicht es also, selbständig Beschleunigungen zu messen und aufgrund dieser Informationen zu entscheiden, ob die Batterie 10 wieder zugeschaltet bzw. verwendet werden darf oder ob dies verhindert werden muss. Darüber hinaus kann über die Batterie 10 das Vorliegen eines Standcrashs erkannt werden, also eine Kollision des geparkten, die Batterie 10 aufweisenden Fahrzeugs mit einem anderen Objekt, insbesondere mit einem anderen Fahrzeug.
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Die Messelektronik 16 und/oder das Steuergerät 18 können einen Datenspeicher enthalten, in welchem für den Fall einer Erfassung einer auf eine Schädigung der Batterie 10 hinweisenden Beschleunigung ein entsprechender Datenwert abgelegt wird. Dieser Datenwert kann vor dem In-Betrieb-Nehmen der Batterie 10 von dem Steuergerät 18 ausgelesen werden, welches daraufhin das Abgeben elektrischer Energie von der Batterie 10 an den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs verhindert.
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Zusätzlich oder alternativ kann von einem externen (vorliegend nicht gezeigten) Steuergerät, also einem Steuergerät des Fahrzeugs, dieser Datenspeicher ausgelesen werden. Daraufhin kann von diesem Steuergerät das Sperren der Batterie 10 veranlasst werden. Es wird dann also verhindert, dass die Batterie 10 elektrische Energie an den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs abgibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009035479 A1 [0004]
- JP 11040205 A [0005]
- JP 2010038839 A [0005]
