DE102012213412A1

DE102012213412A1 - Verfahren und Sicherheitssystem zur Erkennung von Fluorwasserstoff, Lithium-Ionen-Akkumulator, Klimaanlage sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012213412A1
Application number: DE201210213412
Authority: DE
Inventors: Heiko Auer; Michael Ebert; Berengar Krieg; Andreas Heyl
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-06

Abstract

Es wird ein Verfahren und ein Sicherheitssystem zur Erkennung von Fluorwasserstoff im Bereich eines Kraftfahrzeugs und zur Warnung von Personen bereitgestellt, wobei während des Betriebes eines Kraftfahrzeugs die Konzentration von Fluorwasserstoff im Bereich einer Lithium-Ionen-Batterie (11) und/oder einer Klimaanlage ermittelt wird, wobei die erhaltenen Messwerte an eine Schaltung (13) übermittelt werden, die diese mit einem Schwellwert abgleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes mittels einer Aktuatorik einen Warnhinweis ausgibt. Vorteilhafterweise werden dadurch Fahrzeuginsassen, und gegebenenfalls auch sich außerhalb des Fahrzeugs befindliche Personen, sicher vor einer Gefahrensituation durch austretenden Fluorwasserstoff gewarnt. Ferner wird eine Klimaanlage, ein Lithium-Ionen-Akkumulator (11) sowie ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Sicherheitssystem zur Erkennung von Fluorwasserstoff im Bereich eines Kraftfahrzeugs und zur Warnung von Personen, eine Klimaanlage, ein Lithium-Ionen-Akkumulator sowie ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Für die Energieversorgung von elektrischen Antrieben in Elektro- und Hybridfahrzeugen werden häufig Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, da sich diese unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung auszeichnen.
Lithium-Ionen-Zellen besitzen mindestens eine positive und negative Elektrode (Kathode und Anode), die Lithium-Ionen (Li⁺) reversibel ein-(Interkalation) bzw. wieder auslagern (Deinterkalation) können. Damit die Interkalation bzw. die Deinterkalation von Lithium-Ionen stattfindet, ist die Anwesenheit einer Elektrolytkomponente, des sogenannten Lithium-Leitsalzes, notwendig. Praktisch bei allen derzeitigen Lithium-Ionen-Zellen, sowohl im Consumer-Bereich (Mobil-Telefon, MP3-Player oder Powertools) als auch im automotiven Bereich (Hybrid-Auto-HEV für Hybrid electric vehicle-), Plug-in-Hybrid Autos (PHEV für Plug in electric vehicle) und Elektroautos (EV für electric vehicle), wird als Lithium-Leitsalz Lithium-Hexa-Fluorophosphat (LiPF₆) eingesetzt. LiPF₆ ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv, wobei es in mehreren Stufen hydrolytisch bis hin zu Fluorwasserstoff (HF) gespalten wird, das stark ätzend ist und eine hohe Giftigkeit aufweist.
Daher besitzen diese Batterien ein hohes Gefährdungspotenzial, da es bei Überschreitung von Betriebsgrenzen zu einem Batteriebrand oder bei einem Unfall zum Austritt von genannten gefährlichen Substanzen kommen kann.
In Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen wird das als Treibhausgas geltende Tetrafluorethan (R134a) von anderen Kältemitteln, die als weniger umweltschädlich betrachtet werden, abgelöst. Als alternatives Kältemittel kommt unter anderen 2,3,3,3-Tetrafluorpropen (R1234yf) zur Anwendung. Dieses bildet jedoch brennbare Gas-Luft-Gemische und ist hochentzündlich. Bei der Verbrennung wird Fluorwasserstoff (HF) freigesetzt.
Bei einem Fahrzeugbrand bzw. einem Unfall ist bei Fahrzeugen mit Lithium-Ionen-Batterien und/oder mit Klimaanlagen, die R1234yf enthalten, mit einer Freisetzung von größeren Mengen Fluorwasserstoff zu rechnen, so dass Personen an einer Unfallstelle stark gefährdet sind. Auch wenn Fluorwasserstoff aufgrund seines stechenden Geruchs ein sogenanntes Fluchtgas ist und wahrgenommen werden kann, besteht eine große Verletzungs- bzw. Vergiftungsgefahr, da die Erkennung in einer durch einen Unfall und/oder Brand hervorgerufenen Stresssituation zu spät erfolgen kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erkennung von Fluorwasserstoff im Bereich eines Kraftfahrzeugs und zur Warnung von Personen bereitgestellt, bei dem während des Betriebes eines Kraftfahrzeugs in sicherheitsrelevanten Bereichen des Fahrzeugs die Konzentration von Fluorwasserstoff ermittelt wird, wobei die Messwerte an eine Schaltung übermittelt werden, die diese mit einem Schwellwert, der in einem Speicher abgelegt ist, abgleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes mittels einer Aktuatorik einen Warnhinweis ausgibt sowie optional Maßnahmen zur Gefahrenabwehr einleitet.
Die Messung der Konzentration von Fluorwasserstoff erfolgt während des Betriebes des Kraftfahrzeugs vorzugsweise kontinuierlich, d.h. in gleichbleibenden zeitlichen Abständen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Messung der Konzentration von Fluorwasserstoff für eine bestimmte Dauer auch über den Fahrzeugbetrieb hinaus, um Gefährdungen, die sich nach Abstellen des Fahrzeugs ergeben können, zu erfassen.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Sicherheitssystem bereitgestellt, das eine Sensorik zur Detektion von Fluorwasserstoff bzw. zur Messung dessen Konzentration mit zumindest einem Sensor, eine Schaltung zur Auswertung eines Signals bzw. Messwertes der Sensorik mit einem Speicher, in dem ein Schwellwert ablegbar ist, und eine Aktuatorik zur Gefahrenmeldung, und optional zur Abwehr der Gefahr, aufweist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren und das Sicherheitssystem werden vorteilhafterweise Fahrzeuginsassen, und gegebenenfalls auch sich außerhalb des Fahrzeugs befindliche Personen, sicher vor einer Gefahrensituation durch austretenden Fluorwasserstoff gewarnt.
Bei Unfällen ist den meisten Menschen in der Regel eine potentielle Gefährdung durch das verunfallte Fahrzeug bewusst, jedoch können diese unter Schock stehen und daher einen zusätzlichen Warnhinweis benötigen.
Zudem kann unter bestimmten Umständen auch ohne einen Unfall, beispielsweise durch einen Defekt einer Lithium-Ionen-Batterie Fluorwasserstoff austreten, so dass ein Warnhinweis wichtig ist, da die Fahrzeuginsassen nicht mit einer Gefährdung rechnen.
Der zumindest eine Sensor wird im Bereich von potentiellen Fluorwasserstoffquellen angeordnet.
Da es durch die Lithium-Ionen-Batterie und die Klimaanlage, die mit einem fluorierten Kohlenwasserstoff befüllt ist, der Fluorwasserstoff freisetzen kann, üblicherweise zumindest zwei Möglichkeiten für die Freisetzung von Fluorwasserstoff in einem Kraftfahrzeug gibt, wird vorzugsweise zumindest jeweils ein Sensor für jede Gefahrenquelle vorgesehen.
Erfindungsgemäß wird aber auch beansprucht, dass nur ein Sensor eingesetzt wird, wahlweise für den Bereich der Lithium-Ionen-Batterie oder der Klimaanlage, wobei dann natürlich auch Kraftfahrzeuge mit einem herkömmlichen Verbrennungsmotor mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitssystem ausgerüstet werden können.
Der Sensor wird bei einer Lithium-Ionen-Batterie vorzugsweise im oder am Entgasungstrakt angeordnet, da an dieser Stelle zuerst eine Fehlfunktion bzw. sich entwickelnder Fluorwasserstoff feststellbar ist.
Bei Anordnung des zumindest einen Sensors im Bereich der Klimaanlage sind insbesondere die das Kältemittel führenden Bauteile zur Anordnung des Sensors geeignet und daneben insbesondere der Ansaugtrakt für die Frischluft, die in den Fahrzeuginnenraum gelangt.
Die Signale bzw. Messwerte werden von der Schaltung verarbeitet, wobei bei Überschreiten eines Schwellwertes für eine Fluorwasserstoffkonzentration durch die Aktuatorik ein Warnhinweis ausgegeben wird. Die Schaltung ist vorzugsweise in bestehende Schaltungen, die üblicherweise in Kraftfahrzeugen vorhanden sind, integriert, wie beispielsweise ein Batteriemanagementsystem, ein Bordcomputer oder dergleichen.
Gegenstand der Aktuatorik sind daher visuelle und/oder auditive Komponenten bzw. Vorrichtungen, die visuell und/oder auditiv wahrnehmbare Signale aussenden und die im Kraftfahrzeug in der Regel ohnehin vorhanden sind, wie beispielsweise Display, Warnblinkanlage, Active Noise Design, Lautsprecher.
Vorzugsweise umfasst die Aktuatorik auch Komponenten bzw. Vorrichtungen zur Abwehr der Gefahrenlage, die durch die Freisetzung von Fluorwasserstoff besteht.
Möglichkeiten und Vorrichtungen zum Unschädlichmachen von Fluorwasserstoff sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dies kann beispielsweise sein, Fluorwasserstoff durch Absaugen und Absorption, Verdünnung oder Einhüllung unschädlich zu machen.
Es ist beispielsweise zur Gefahrenabwehr auch möglich, das Ansaugen von Frischluft durch die Klimaanlage zu unterbinden und nur die Luft im Innenraum des Kraftfahrzeugs umzuwälzen oder die Luftzufuhr von außerhalb komplett zu unterbinden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform verfügt das Sicherheitssystem neben einer Stromversorgung für die Fahrzeugbatterie über eine Notstromversorgung, die auch bei einem Unfall eine Warnung der Fahrzeuginsassen ermöglicht.
Durch die Erfindung wird vorteilhafterweise der verzögerten oder gestörten Wahrnehmung der Gefahr durch Fluorwasserstoff für den Menschen begegnet, indem eine sensorisch ausgelöste Warnung der betroffenen Personen erfolgt.
Die bisherigen Ausführungen betreffen das Verfahren und das Sicherheitssystem gleichermaßen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch eine Klimaanlage, die 2,3,3,3-Tetrafluorpropen als Kältemittel oder ein anderes Kältemittel, das Fluorwasserstoff freisetzen kann, aufweist und ein Lithium-Ionen-Akkumulator, die jeweils mit einem vorbeschriebenen Sicherheitssystem kombiniert sind, sowie ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Lithium-Ionen-Akkumulator, das über ein Sicherheitssystem verfügt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 schematisch ein erfindungsgemäßes Sicherheitssystem.
In der 1 ist ein Sicherheitssystem 10 mit seinen Komponenten schematisch dargestellt. Im Bereich einer Lithium-Ionen-Batterie 11 ist ein Sensor 12 angeordnet, der während des Betriebes und damit bei einem Unfall oder einer sonstigen Betriebsstörung eines nicht dargestellten Fahrzeuges, in dem die Lithium-Ionen-Batterie 11 eingebaut ist, die Konzentration von Fluorwasserstoff misst. Die ermittelten Messwerte werden an eine Schaltung 13 zur Auswertung übermittelt. In der Schaltung ist in einem Speicher 14 ein Schwellwert abgelegt, mit dem die Messwerte abgeglichen werden. Bei Überschreiten des Schwellwertes wird mittels einer Vorrichtung 15 ein visueller Warnhinweis und/oder mittels einer Vorrichtung 16 ein auditiver Warnhinweis ausgegeben. Zudem wird durch eine dritte Vorrichtung 17 eine Maßnahme zur Bekämpfung der Gefährdung durch Fluorwasserstoff eingeleitet.

Claims

Ein Verfahren zur Erkennung von Fluorwasserstoff im Bereich eines Kraftfahrzeugs und zur Warnung von Personen, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebes eines Kraftfahrzeugs die Konzentration von Fluorwasserstoff im Bereich einer Lithium-Ionen-Batterie (11) und/oder einer Klimaanlage ermittelt wird, wobei die erhaltenen Messwerte an eine Schaltung (13) übermittelt werden, die diese mit einem Schwellwert abgleicht und bei Überschreiten des Schwellwertes mittels einer Aktuatorik einen Warnhinweis ausgibt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Überschreiten des Schwellwertes Maßnahmen zur Gefahrenabwehr mittels der Aktuatorik eingeleitet werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messung der Konzentration von Fluorwasserstoff für einen vorgegebenen Zeitraum auch nach dem Betrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Ein Sicherheitssystem zur Erkennung von Fluorwasserstoff im Bereich eines Kraftfahrzeugs und zur Warnung von Personen, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitssystem (10) eine Sensorik zur Detektion von Fluorwasserstoff mit zumindest einem Sensor (12), eine Schaltung (13) zur Auswertung der Messwerte der Sensorik und eine Aktuatorik zur Gefahrenmeldung aufweist.
Das Sicherheitssystem nach Anspruch 4, wobei die Aktuatorik Vorrichtungen (15, 16) zur Ausgabe von visuellen und/oder auditiven Warnhinweisen aufweist.
Das Sicherheitssystem nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Aktuatorik Vorrichtungen (17) zur Abwehr einer Gefahrenlage durch die Freisetzung von Fluorwasserstoff aufweist.
Das Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der zumindest eine Sensor (12) im Bereich einer Lithium-Ionen-Batterie (11) und/oder einer Klimaanlage angeordnet ist.
Eine Klimaanlage ein Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7 aufweisend.
Ein Lithium-Ionen-Akkumulator ein Sicherheitssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7 aufweisend.
Ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einem mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Lithium-Ionen-Akkumulator (11) nach Anspruch 9 und/oder einer Klimaanlage nach Anspruch 8.