-
Stand der Technik
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie, auf eine Vorrichtung, die dieses Verfahren verwendet, weiterhin auf eine Batterie mit der Vorrichtung sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
-
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie, weiterhin eine Vorrichtung zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie, eine Batterie mit der Vorrichtung sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
-
Eine Batterie kann im Betrieb, im Lager, beim Transport und/oder schon beim Herstellen beschädigt werden. Um die beschädigte Batterie direkt und gemäß einer Ausführungsform von einem Betrachter ohne Hilfsmittel erkennen zu können, kann die Batterie optisch gekennzeichnet werden. Das Kennzeichen kann permanent sein. Damit kann auf einfache Art und Weise, ohne komplexe Analyseverfahren, basierend auf dem optischen Kennzeichen eine Gut-schlecht-Entscheidung, getroffen werden. Eine optische Erkennung kann bei ausreichender Beleuchtung ohne Zuhilfenahme von Spezialwerkzeug oder Lesegeräten erfolgen. Eine relevante Beschädigung einer Batterie kann dadurch gekennzeichnet sein, dass ein kritischer Parameter der Batterie einen oberen Grenzwert überschreitet oder einen unteren Grenzwert unterschreitet. Es wird ein Verfahren zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie vorgestellt, wobei das Verfahren den folgenden Schritt aufweist:
Bereitstellen eines optischen Schadsignals an einer Außenfläche der Batterie, wenn sich der zumindest eine Parameter der Batterie außerhalb eines Toleranzbereichs befindet.
-
Unter einer Batterie kann ein Akkumulator verstanden werden. Die Batterie kann ein Energiespeicher sein, der dazu ausgebildet ist, in einer ersten Prozessrichtung elektrische Energie in chemischer Energie zu speichern, wenn der Batterie elektrische Energie zugeführt wird. In einer, der ersten Prozessrichtung entgegengesetzten, zweiten Prozessrichtung kann die Batterie gespeicherte chemische Energie als elektrische Energie bereitzustellen, wenn von der Batterie elektrische Energie bezogen wird. Ein elektrochemischer Prozess der Umwandlung zwischen der elektrischen Energie und der chemischen Energie kann innerhalb bestimmter Parameter optimal ablaufen. Wenn einer der Parameter seinen Toleranzbereich verlässt, kann der elektrochemische Prozess gestört oder verhindert werden oder es kann eine einwandfreie Funktion nicht mehr gewährleistet werden. Hat der Parameter den Toleranzbereich verlassen, so kann ein Auswechseln der Batterie erforderlich sein. Beispielsweise kann der elektrochemische Prozess einen Temperatur-Toleranzbereich, einen Strom-Toleranzbereich und/oder einen Spannungs-Toleranzbereich aufweisen. Ein optisches Schadsignal kann eine visuell erkennbare Markierung und/oder Kennzeichnung sein. Das Schadsignal kann von einer Vorrichtung zum Überwachen, die auf der Batterie angebracht ist bereitgestellt werden. Das Schadsignal kann auch unmittelbar an einer Hülle der Batterie bereitgestellt werden.
-
Das Schadsignal kann weiter bereitgestellt werden, wenn sich der zumindest eine Parameter wieder im Toleranzbereich befindet. Das Schadsignal kann irreversibel bereitgestellt werden. Damit kann auch eine kurzzeitige Verletzung des Toleranzbereichs signalisiert werden, auch wenn der Parameter sich zum aktuellen Zeitpunkt wieder im Toleranzbereich befindet.
-
Der zumindest eine Parameter kann eine Temperatur, eine auf die Batterie einwirkende Beschleunigung, beispielsweise aufgrund eines Stoßes, eine mechanische Verformung, beispielsweise aufgrund einer Biegung, eine elektrische Spannung beispielsweise zur Detektion einer Überspannung, ein elektrischer Strom, beispielsweise zur Detektion eines Überstroms oder eine Feuchtigkeit repräsentieren. Beispielsweise kann durch Überwachung des Parameters registriert werden, ob die Temperatur zu hoch oder zu niedrig für die Batterie war oder ist. Es kann festgestellt werden, ob die Batterie einem zu starken Stoß ausgesetzt worden ist. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob die Batterie zu stark beschleunigt worden ist. Ebenso kann festgestellt werden, ob die Batterie eine zu große Verformung erfahren hat. Es kann angezeigt werden, ob die Batterie von einem zu großen Strom und/oder von einer zu großen Spannung durchflossen worden ist. Es kann angezeigt werden, ob die Batterie in Kontakt mit einer oder mehreren insbesondere schädlichen Substanzen gekommen ist. Insbesondere kann angezeigt werden, ob die Batterie nass geworden ist.
-
Das Schadsignal kann in Form einer Farbmarkierung an der Außenfläche der Batterie erzeugt werden. Eine Farbmarkierung kann beispielsweise appliziert werden, wenn der Parameter den Toleranzbereich verlässt. Ebenso kann die Farbmarkierung durch eine Farbänderung zumindest eines Bereichs der Batterie entstehen. Die Farbmarkierung kann auch auf einem Signalelement angeordnet sein, das sichtbar wird, wenn der Parameter den Toleranzbereich verlässt.
-
Das Verfahren kann einen Schritt des Auslesens des Schadsignals aufweisen, in dem das Schadsignal ansprechend auf ein Auslesesignal ausgelesen wird. Beispielsweise kann in vorbestimmten Intervallen überprüft werden, ob der Parameter in der Zwischenzeit den Toleranzbereich verlassen hatte oder hat. Beispielsweise kann dann ein elektronisches Signal erzeugt werden.
-
Der Parameter kann ansprechend auf ein Startsignal erfasst werden. Damit kann der Parameter in bestimmten Zeiträumen erfasst werden. Beispielsweise kann der Parameter nur im Betrieb der Batterie erfasst werden. Ebenso kann der Parameter nur beim Lagern der Batterie erfasst werden.
-
Das Verfahren kann einen Schritt des Prüfens, ob sich der zumindest eine Parameter außerhalb des Toleranzbereichs befindet und einen Schritt des Generierens eines Ansteuersignals, wenn sich der zumindest eine Parameter außerhalb des Toleranzbereichs befindet umfassen. Das Schadsignal kann ansprechend auf das elektrische Ansteuersignal bereitgestellt werden. Der Schritt des Prüfens kann unter Verwendung einer geeigneten Prüfschaltung, beispielsweise einer Vergleichseinrichtung ausgeführt werden. Das Ansteuersignal kann ein über eine elektrische Leitung übertragenes elektrisches Signal oder ein von einer geeigneten Mechanik übertragenes Signal, beispielsweise eine Kraft oder eine Bewegung sein. Auch kann das Ansteuersignal in Form einer Ausgabe eines chemischen Stoffs generiert werden. Das Schadsignal kann dann bereitgestellt werden, wenn das Ansteuersignal anzeigt, dass sich der zumindest eine Parameter außerhalb des Toleranzbereichs befindet. Auf diese Weise kann beispielsweise das Signal eines Sensors zum Erfassen des Parameters ausgewertet werden, um das Schadsignal bereitzustellen. Zur Bereitstellung des Schadsignals kann eine geeignete Einrichtung, beispielsweise eine piezoelektrische Einrichtung,
-
Das Schadsignal kann unter Verwendung einer Farbänderung von, für den Parameter sensitiven Partikeln, an der Außenseite der Batterie bereitgestellt werden. Ebenso kann das Schadsignal bereitgestellt werden, indem ein Filter durchlässig für ein vorbestimmtes Wellenlängenspektrum wird, um beispielsweise von dem Filter verdeckte Pigmente sichtbar zu machen. Auf diese Weise ist keine separate Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Parameters. Daher kann das Schadsignal sehr schnell und zuverlässig, beispielsweise auch unabhängig von dem Vorhandensein einer Energieversorgung bereitgestellt werden.
-
Es wird ferner eine Vorrichtung zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie vorgestellt, die ausgebildet ist, um den Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer entsprechenden Einrichtung durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
-
Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Alternativ kann die Vorrichtung beispielsweise durch sensitive Partikel realisiert werden, die auf der Außenseite der Batterie angeordnet werden können. Ferner kann die Vorrichtung in Form eines Behälters mit geeignetem Material zur Bereitstellung des Schadsignals realisiert sein, wobei der Behälter ausgebildet ist, um das Material freizusetzen, wenn der Parameter den Toleranzbereich verlässt.
-
Ferner wird eine Batterie mit einer Vorrichtung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt.
-
Die Vorrichtung kann durch, für den Parameter sensitive Partikel realisiert sein, die auf der Außenseite der Batterie angeordnet sind, wobei die Partikel ausgebildet sind, um als das optische Schadsignal irreversibel eine Farbe oder eine Transparenz zu ändern, wenn sich der Parameter außerhalb des Toleranzbereichs befindet.
-
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockschaltbild einer Batterie mit einer Vorrichtung zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine Darstellung einer prismatischen Batterie mit einer Vorrichtung zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
-
4 eine Darstellung einer zylindrischen Batterie mit einer Vorrichtung zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
-
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterie 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Je nach Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 102 eine Einrichtung 104 zum Bereitstellen eines optischen Schadsignals auf oder wird durch die Einrichtung 104 ausgebildet. Die Einrichtung 104 ist dazu ausgebildet, das optische Schadsignal an einer Außenfläche der Batterie 100 bereitzustellen, wenn sich der zumindest eine Parameter der Batterie 100 außerhalb eines Toleranzbereichs befindet, also wenn beispielsweise ein Wert des Parameters einen für diesen Parameter vorgegebenen Schwellwert überschreitet oder unterschreitet.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt 1 eine Batterie 100 in Form eines Akkumulators mit einer Vorrichtung 102 in Form eines Crash- und Damage Detection Systems für Batterien 100. Batterien 100, wie Akkumulatoren oder Lithium-Ionen-Batterien werden in einer Vielzahl von Produkten als Energiespeicher eingesetzt. So können diese beispielsweise als Energiespeicher für Strom aus Solarzellen oder Windkraftwerken, Fahrzeugen und elektronischen Geräten ausgeführt werden.
-
Die 1 zeigt eine zweckmäßige Ausführung einer Batterie 100 oder alternativ einer einzelnen Zelle, eines Moduls, eines Packs oder einer Anordnung mehrerer Zellen in einem Verbund. Durch den hier vorgestellten Ansatz wird der Einbau, die Wartung, der Ausbau und die Reparatur der Batterie 100 sicherer in der Handhabung, wenn nichtbestimmungsgemäße äußere Auswirkungen auf die Batterie 100, eine Zelle der Batterie 100 oder der Anordnung von Zellen eingewirkt haben.
-
Die äußeren Einwirkungen können beispielsweise durch einen Crash eines Fahrzeuges oder einen Transportunfall bei der Lieferung oder einer, beim Einbau oder Ausbau, vorgenommenen Handlung wie Herunterfallen hervorgerufen werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die Einrichtung 104 durch ein Mittel realisiert, welches die Einwirkungen aufnehmen und Signale generieren kann. Das Mittel kann insbesondere optisch oder elektrisch auslesbar, oder im optischen Falle ablesbar oder unmittelbar auch einsehbar sein.
-
Das Mittel kann beispielsweise eine durch Temperatur oder einen mechanischen Stoß oder eine Beschädigung veränderbare Lack- oder Schutzschicht oder eine Schicht mit eingearbeiteten Körpern oder Stoffen aufweisen. Die Schicht kann beispielsweise ihre Farbe oder eine andere physikalische oder chemische Eigenschaft durch mechanische, elektrische oder thermische Einwirkungen verändern.
-
Die Vorrichtung 102 kann auch zumindest einen Sensor 106 umfassen, der physikalische, elektrische oder chemische Einwirkungen aufnehmen und auswerten kann.
-
Die Beschädigung kann beispielsweise durch eine mechanische Einwirkung, eine starke Beschleunigung, eine Temperatur, eine elektrische Einwirkung und/oder eine chemische Einwirkung eintreten. Bei Beschädigung kann die Batterie 100 nicht mehr ihrer Spezifikation oder ihrem spezifizierten Zustand innerhalb einer zulässigen Betriebszeit entsprechen. Die Beschädigung kann die Betriebssicherheit, den Korrosionszustand und die Funktionsweise der Batterie 100 betreffen und beispielsweise beeinträchtigt haben.
-
Die mechanische Einwirkung kann beispielsweise ein Zerbeulen oder ein Aufschlagen auf den Boden oder eine Kante sein. Die Temperatur kann durch einen Brand oder längere Sonneneinstrahlung entstehen. Eine elektrische Einwirkung kann beispielsweise durch einen Kurzschluss oder eine Berührung mit defekten Ladeeinrichtungen oder Berührung mit nicht bestimmungsgemäßen stromführenden Leitungen entstehen. Eine chemische Einwirkung kann beispielsweise durch Wasser, Regen, Schnee, Seewasser, Säure, Löschmittel, Rauchgase entstehen.
-
Die mechanische Einwirkung und/oder die die Beschädigung kann beispielsweise durch einen Crash eines Fahrzeuges oder einen Transportunfall bei der Lieferung, einen undichten Container auf einem Schiff oder schlechte hyperthermische Lagerung, z. B. bei einer, in einer Halle beim Einbau oder Ausbau vorgenommenen Handlung erfolgen.
-
Die so aufgenommenen Eigenschaften können an ein Gerät, insbesondere zur Weiterverarbeitung und zur Meldung an eine Zentrale weitergeleitet werden. Dieses Gerät kann über Kommunikationseinrichtungen wie Mobiltelefonnetze oder Internetnetze mit der Vorrichtung 102 verbunden sein.
-
Beispielsweise kann die Vorrichtung 102 zur Detektion mechanischer oder anderer Beschädigungen so ausgeführt sein, dass ein Steuergerät die Aufzeichnung des Schadens vornimmt.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können auf einem Rahmen der Batterie 100, beispielsweise in der Mitte der Anordnung, ein oder mehrere, analoge oder digitale Signale gebende, Beschleunigungssensoren 106 n mehrachsiger Ausführung angebracht sein, die mit einem kleinen Computer oder einer Recheneinheit und einer Speichervorrichtung verbunden sind. Die Beschleunigungssensoren 106 können auch direkt in das Batteriemanagement integriert werden.
-
Es können zusätzliche Parameter zu den bereits im Batteriemanagement oder Steuergerät aufgezeichneten Parametern (z. B. Strom, Spannung, Temperatur; etc.) generiert werden und elektronisch oder nicht elektronisch ausgewertet werden.
-
Der Computer kann die Daten der Beschleunigungssensoren 106 permanent oder zeitweise aufnehmen und auswerten, insbesondere immer für eine kurze Zeit aus der Vergangenheit. Auch kann der Computer über ein elektrisches Signal aus den Crash-/Airbagsensoren des Autos aktiviert werden, um die Signale der Beschleunigungssensoren 106 auf dem Modul 100 aufzunehmen und auszuwerten, beispielsweise kurz bevor einer der Airbags des Fahrzeugs ausgelöst wird. Oder er kann über ein Auslösesignal eines Schwellwertschalters gestartet werden, der immer ab einer gewissen Beschleunigung den Computer startet, um Daten aus den genauen Sensoren aufzunehmen.
-
Die Speichervorrichtung kann zum Beispiel auch mit einer permanenten Speicherungseigenschaft versehen sein, sodass keine Betriebsspannung nötig ist, um die Speichervorrichtung auszulesen. Die Auslesung kann elektrisch oder optoelektronisch oder durch Ausbauen der Speichervorrichtung oder durch magnetisches Auslesen geschehen.
-
Insbesondere kann der Signalverlauf, der von dem Schwellenschalter oder den Crashsensoren gestarteten Signalaufzeichnung der Beschleunigungssensoren 106 mit den nach dem auslösenden Ereignis nach einer gewissen Pause generierten Signalen auch im Computer verglichen werden. Diese Pause kann beispielsweise eine bestimmte Zeitspanne nach dem Unfall oder der nicht sachgemäßen Handhabung liegen und beispielsweise dem Zustand der Ruhe nach dem Unfall zugeordnet sein. Dann kann, wenn dieser Zustand erreicht ist, die Aufzeichnung abgebrochen werden und nicht wieder begonnen werden. Dies kann dem Auslesenden durch ein Signal oder eine immerwährende Sperre des aufzeichnenden Systems verdeutlicht werden. So kann der dann von außen stattfindende Auslesevorgang gestartet oder auch überhaupt erst freigegeben werden.
-
Der Computer und die Beschleunigungssensoren 106 können mit einer separaten Betriebsspannung versorgt werden, um unabhängig von den eventuell schon teilweise zerstörten Zellen der Batterie 100 mit den Daten der Beschleunigungssensoren 106 die Speichervorrichtung zu füllen. Ebenso kann die separate Betriebsspannung durch einen kleinen Akkumulator, beispielsweise einem kleinen Lithiumakkumulator erzeugt werden, der aus der großen Batterie 100 mittels einer Ladevorrichtung immer aufgeladen wird, solange dieser noch im spezifizierten Zustand ist.
-
Ebenso kann durch den Computer die Einrichtung 104 in Form einer Kennzeichnungsvorrichtung ausgelöst werden. Die Kennzeichnungsvorrichtung kann eine kleine optische Anzeige in Form eines direkt ersichtlichen Zeichens sein. Die Anzeige kann beispielsweise als ein piezoelektrisch ausgelöster, nicht leicht löschbarer, temperaturfester Farbfleck (Spritzers) auf einem temperaturfesten Detektorfeld erzeugt werden. Durch die Anzeige kann der Zustand der Batterie 100 direkt und ohne weitere Mittel mit dem Auge erkannt werden.
-
Ebenso kann der Sensor 106, wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor mit der Auswertung in der Batterie 100 angebracht sein. Somit kann die Einrichtung 104 direkt von einem Signal des Sensors 106 oder eines von einer Prüfeinrichtung zum Prüfen, ob sich der von dem Sensor 106 erfasste Parameter innerhalb oder außerhalb des Toleranzbereichs befindet, bereitgestellten Signals angesteuert werden. Beispielsweise kann jede Zelle der Batterie 100 auf ihrer Oberseite eine Einrichtung 104 in Form einer farbigen Kennzeichnungsvorrichtung aufweisen, die einen mechanischen oder chemischen oder elektrischen Schaden an jeder Zelle einzeln kennzeichnet, sodass die Zellen der Batterie 100 sofort und ohne Weiteres ersichtlich als beschädigt gekennzeichnet sind.
-
Ebenso kann jede Zelle der Batterie 100 selber eine Beschleunigung aufnehmende und registrierende Einrichtung aufeisen und mit einer auf der Zelle angeordneten Einrichtung 104 in Form einer Kennzeichnungsvorrichtung versehen sein.
-
Ebenso kann die den Schaden aufnehmende Vorrichtung ein Beschleunigungssensor, ein leitfähigkeitsdetektierender Streifen, der etwa Salzwasser detektieren kann, ein Überspannung detektierendes Bauteil oder ein Temperatur detektierendes Element sein, welches dem Computer ein auszuwertendes Signal geben kann.
-
Alle elektrisch, physikalisch oder chemisch aufgenommenen Daten können auch an eine separate Einrichtung in der Nähe der Batterien 100, insbesondere auf dem Transportfahrzeug weitergeleitet oder weiter dort verarbeitet werden, ebenso kann in dieser Einrichtung dann mit einer Internet- oder Mobiltelefon-Kommunikationseinrichtung verbunden sein und diese Einheit kann mit einer separaten Spannungsquelle ausgerüstet sein, die auch im Falle des Versagens der Batterieeinrichtungen dieses melden und Maßnahmen einleiten kann.
-
Ebenso kann die Vorrichtung 102 in Form eines mechanische oder thermische Beschädigungen detektierende Mittel selber eine kennzeichnende Vorrichtung sein. Beispielsweise kann das Mittel ein Thermopapier oder ein drucksensierendes oder temperatursensierendes Papier oder ein Lack sein. Insbesondere kann die Batterie 100 oder eine ganze Zelle mit einem solchen Mittel teilweise bzw. in einem die Fläche über ziehenden Muster oder in Streifen oder Punkten lackiert oder beklebt oder überzogen sein, sodass die Batterie 100 sofort optisch als beschädigt an einem ihrer Flächen gekennzeichnet ist. Wird die Vorrichtung 102 beispielsweise durch eine sensitive Beschichtung ausgeführt, so ist kein separater Sensor 106 erforderlich.
-
Auch kann durch eine mechanische Einwirkung ein Mittel der Vorrichtung 102 zerstört werden und durch eine chemische Reaktion oder Freisetzung in einen irreversiblen anderen Zustand geraten, welcher optisch, elektrisch chemisch oder magnetisch ausgelesen oder festgestellt werden kann. Also beispielsweise eine zerbrechende oder schmelzende Röhre, die als Einrichtung 104 eine Farbe enthält oder ein schmelzendes Pulver aus etwa einem gefärbten Wachs oder Polymer oder einem anderem bei einer bestimmte Temperatur schmelzenden Körper. In diesem Fall ist ebenfalls kein separat ausgeführter Sensor 106 erforderlich.
-
Die Vorrichtung 102 kann analog einem schlag- oder thermisch ausgelösten Zünder funktionieren. Dadurch kann die Vorrichtung 102 sehr günstig herstellbar sein. Die Vorrichtung 102 kann beispielsweise durch thermisches Schmelzen eines federgespannten organischen oder anorganischen Drahtes oder eines Metallkörpers (etwa wie eine woodsche Legierung) aktiviert werden. Ebenso kann eine Masse einen Draht bei Beschleunigungen zerreißen. Solche kostengünstigen Vorrichtungen 102 können auf jeder Zelle 100 einer Batterie angebracht werden.
-
Auch können detektierende Elemente 104 der Vorrichtung 102 chemische Reaktionen bei korrosiven Umgebungen fördern, die einen Hinweis auf korrosive Beaufschlagung der Batterie 100, des Packs 100 oder Moduls 100 oder der Zelle 100 geben. Hierzu können zwei Elemente, die eine galvanische Kette bilden benachbart zueinander auf einem saugfähigen Untergrund angebracht sein. Unter Einwirkung des korrosiven Mediums kann dann eine korrosive Reaktion erfolgen, die die korrosive Beaufschlagung anzeigt und eine chemische Beschädigung sichtbar macht. Beispielsweise kann Salzwasserkontakt bei einer Zelle durch eine spätere Reaktion zu ihrer korrosiven Zerstörung führen.
-
Insbesondere können die den Schaden aufzeichnenden Vorrichtungen 102 fest und unabnehmbar und irreversibel mit der Batterie 100 oder einer Batteriezelle verbunden sein.
-
Der hier vorgestellte Ansatz kann beispielsweise bei Batterien 100 in Form von Lithium-Ionen-Batterien oder anderen Akkumulatoren oder Lithium Schwefel Akkumulatoren oder Li-Luft Akkumulatoren angewendet werden.
-
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Überwachen zumindest eines Parameters einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 kann auf einer Vorrichtung, wie sie in 1 dargestellt ist ausgeführt werden. Das Verfahren 200 weist einen Schritt 202 des Bereitstellens auf. Im Schritt 202 des Bereitstellens wird ein optisches Schadsignal an einer Außenfläche der Batterie bereitgestellt, wenn sich der zumindest eine Parameter der Batterie außerhalb eines Toleranzbereichs befindet.
-
3 zeigt eine Darstellung einer Batterie 100 in Form eines prismatischen Akkus mit einer Vorrichtung 102 zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Batterie 100 weist einen flachen quaderförmigen Grundkörper auf. Die Batterie 100 weist weiterhin zwei flach ausgeführte Anschlüsse 302 auf, die an einer Kante der Batterie 100 nebeneinander angeordnet sind.
-
Die Batterie 100 weist als die Vorrichtung 102 eine irreversibel farbwechselnde Beschichtung auf, die auf einer äußeren Oberfläche der Batterie 100 angeordnet ist. Die Beschichtung ist ausgebildet, um einen Farbwechsel von einer Normalfarbe zu einer Signalfarbe zu vollziehen, wenn der zumindest eine Parameter einen Wert aufweist, der größer oder kleiner als der Toleranzbereich für den Parameter ist. Die Beschichtung verbleibt in der Signalfarbe, auch wenn der zumindest eine Parameter nach dem Verlassen des Toleranzbereichs wieder in den Toleranzbereich zurückkehrt. Die Normalfarbe kann eine beliebig wählbare Farbe sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Normalfarbe blau. Die Signalfarbe kann eine auffällige Farbe sein. Die Signalfarbe kann auch in einem Wellenlängenbereich außerhalb des sichtbaren Lichts aktiv sein. Beispielsweise kann die Signalfarbe ultraviolette Wellenlängen in sichtbare Wellenlängen umwandeln. Dann kann die Batterie 100 unter schwierigen Sichtverhältnissen besonders gut überprüft werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Signalfarbe im sichtbaren Wellenlängenbereich sichtbar. Die Signalfarbe wird in der Regel als Warnfarbe erkannt. Hier weist die Signalfarbe als einen ersten Farbton rot und als einen zweiten Farbton gelb auf. Der Farbton kann beispielsweise anzeigen, wie weit der Parameter den Toleranzbereich verlassen hat. Beispielsweise kann der erste Farbton einen Warnbereich markieren. Der zweite Farbton kann einen kritischen Bereich markieren. Ebenso können die Farbtöne anzeigen, ob der Wert des Parameters den Toleranzbereich überschritten oder unterschritten hat.
-
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Beschichtung einen Bereich 306 auf, in dem die Beschichtung von der Normalfarbe in die Signalfarbe gewechselt ist. Der Bereich 306 signalisiert eine Schädigung der Batterie 100. Der Bereich 306 ist in der Nähe einer der Anschlüsse 302 auf einer Außenfläche der Batterie 100 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Beschichtung temperatursensitiv und signalisiert, dass im Bereich 306 eine Temperatur der Batterie 100 bzw. der Außenfläche der Batterie 100 über eine obere Grenze des Toleranzbereichs für die Temperatur angestiegen ist oder zeitlich zurückliegend angestiegen war. Der Bereich 306 weist eine erste Zone, eine zweite Zone und eine dritte Zone auf. In der ersten Zone und der dritten Zone weist die Beschichtung die Signalfarbe in dem ersten Farbton, beispielsweise in rot auf, in der zweiten Zone weist die Beschichtung die Signalfarbe in dem zweiten Farbton, beispielsweise in gelb auf. Die Zonen sind streifenförmig nebeneinander angeordnet. An Zonengrenzen zwischen den Zonen weist die Signalfarbe einen Farbverlauf, beispielsweise von rot über orange nach gelb auf. Hier repräsentieren die Farbtöne eine erreichte Maximaltemperatur über der oberen Grenze des Toleranzbereichs an. Dabei war oder ist die Temperatur in der Zone mit dem zweiten Farbton höher als die Temperatur in der Zone mit dem ersten Farbton. Die Farbtöne können auch unterschiedliche Parameter repräsentieren, die sich jeweils außerhalb ihrer Toleranzbereiche befunden haben und/oder befinden.
-
4 zeigt eine Darstellung einer zylindrischen Batterie 100 mit einer Vorrichtung 102 zum Überwachen zumindest eines Parameters der Batterie 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 ist die Vorrichtung 102 durch eine Beschichtung auf einer Oberfläche der Batterie 100 ausgebildet. Die Beschichtung wechselt ebenso von einer Normalfarbe in eine Signalfarbe, wenn sich zumindest ein Parameter, für den die Beschichtung sensitiv ist, außerhalb eines Toleranzbereichs befindet. Im Gegensatz zu der Batterie in 3 ist die in 4 gezeigte Batterie 100 als Rundzelle 100 mit einem zylindrischen Grundkörper mit zwei runden Stirnflächen ausgebildet. Anschlüsse der Batterie 100 sind nicht dargestellt. Die Normalfarbe der Beschichtung ist wie in 3 beispielsweise blau. Die Signalfarbe ist beispielsweise rot. Wie in 3 zeigt ein, in Signalfarbe verfärbter Bereich 306 auf der Oberfläche der Batterie 100 eine Stelle der Batterie 100, an der sich der zumindest eine Parameter der Batterie 100 außerhalb des Toleranzbereichs befindet und/oder befunden hat. In diesem Ausführungsbeispiel zeigt eine Intensität der Signalfarbe, hier beispielsweise rot an, über welchen Zeitraum sich der zumindest eine Parameter bis zum aktuellen Zeitpunkt außerhalb des Toleranzbereichs befunden hat. Je länger der zumindest eine Parameter außerhalb des Toleranzbereichs bleibt, umso intensiver kann die Signalfarbe werden. Dabei kann sich die Intensität weiter erhöhen, wenn sich der zumindest eine Parameter mehrfach außerhalb des Toleranzbereichs befindet bzw. befunden hat.
-
Mit anderen Worten zeigen die 3 und 4 eine Illustration einer irreversiblen Farbänderung der als Vorrichtung 102 dienenden Farbbeschichtung auf der Akkumulatorenoberfläche bedingt durch einen hohen Temperaturanstieg. Akku und Batteriegehäuse 100 weisen eine spezielle Farbbeschichtung zur Anzeige von kritischen Temperaturen auf. Lithium-Ionen-Batterien 100 werden in einer Vielzahl von Produkten als Energiespeicher eingesetzt. Beispielsweise können solche Batterien 100 in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
-
Eine Batterie 100 kann sich beispielsweise durch einen „Hotspot" oder infolge eines Fertigungsfehlers oder einer unbeabsichtigten Fehlbehandlung lokal oder global aufheizen oder Druck aufbauen. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht eine Erkennung einer resultierenden Änderung der Batterie 100 mit dem bloßen menschlichen Auge. Das kann insbesondere wichtig sein, da auch die sonstigen physikalischen bzw. elektrischen Kenn- und Spezifikationsgrößen nach solchen Ereignissen im Rahmen der Fertigungs- bzw. Spezifikationstoleranzen unauffällig und nahezu unverändert bleiben können. Derartige und zumeist völlig unauffällige Schädigungen können sich im Verlauf der Zeit nicht nur zu einer Leistungsminderung bzw. Lebensdauerverringerung, sondern auch zu sicherheitskritischen Verhalten des Akkumulators bzw. Batterie 100 führen.
-
Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel kann ein aufgetretener unerwünscht hoher lokaler bzw. globaler Temperaturanstieg der Batterie 100 mittels einer aufgetragenen irreversiblen temperatursensitiven Beschichtung des Mantels der Batterie 100 durch einen wärmebedingten Farbwechsel der Beschichtung optisch-visuell sichtbar gemacht werden. Damit wird eine rechtzeitige Identifikation und Aussortierung derartiger Akkus bzw. Batterien 100 möglich.
-
Die Batterie 100 weist eine irreversible temperatursensitive Farbbeschichtung des Mantels bzw. des Gehäuses der Batterie 100 zur optischen Sichtbarmachung von unerwünschten lokal bzw. global aufgetretenen Temperaturanstiegen auf. Dadurch können diejenigen Batterien 100 identifiziert und aussortiert werden, die eine zu hohe Temperatur erfahren haben. Häufig verursachen die beschriebenen Temperaturanstiege irreversible Beschädigung der Batterie 100, die nicht selten im Verlauf der Zeit zu einer signifikanten Verschlechterung der elektrischen und sicherheitsrelevanten Eigenschaften der Batterie 100 führt. Allerdings manifestieren sich die verschlechterten elektrischen bzw. sicherheitsrelevanten Eigenschaften der Batterie 100 durch die oben erwähnten Ereignisse nicht selten zeitlich verzögert. Somit erlaubt der hier vorgestellte Ansatz die zeitnahe Entdeckung derartig auffälliger Batterien 100 sowohl zum Zeitpunkt der Akkufertigung, des Akkutransports, der Akkuauslieferung an den Kunden als auch während des Betriebs. Auf diese Weise wird sowohl eine einfach handhabbare und zudem kostengünstige Qualitätsüberwachung als auch die Auslese von Batterien 100, die infolge der beschriebenen irreversiblen Beschädigung zukünftig sowohl sicherheitskritisch werden könnten als auch einen irreversiblen Leistungsverlust verzeichnen würden, ermöglicht.
-
Damit ist die Beschichtung ein kostengünstiges Instrument zur Absicherung und Überprüfung der Qualität und Sicherheit von Batterien 100.
-
Die hier vorgeschlagene Farbbeschichtung des Akkumantels dient als optische Anzeige bzw. Indikator für das Erreichen und Überschreiten kritischer Temperaturen der Batterie 100. Die Farbbeschichtung wird über z. B. einen Lack wie einen MC-Lack, der Temperaturen zwischen 60°C bis 590°C als irreversible Farbänderung 306 darstellt, realisiert. Der Temperaturlack kann hierbei direkt aufgetragen oder als lackierte Folie auf die Batterie 100 angebracht werden. Ereignisse, bei denen Temperaturen oberhalb von 60°C, 80°C, 100°C oder 120°C erreicht werden, können anhand der Farbänderung 306 der Farbbeschichtung räumlich aufgelöst dargestellt werden. Sogenannte „Hotspots", die einem lokal begrenzten Bereich 306 der Zelle auftreten, werden auf der Akku- bzw. Batterieoberfläche optisch sichtbar. Die Farbänderungen 306 auf dem Temperaturlack repräsentieren die maximal aufgetretenen Temperaturen. Ereignisse, bei denen Temperaturen jenseits von 60°C, 80°C, 100°C oder 120°C erreicht werden, führen z. B. bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu einer irreversiblen Schädigung, auch wenn diese u. U. nur lokal begrenzt ist. Die Batterie 100 kann auch mit einem Separator (z. B. PE/PP/PE) ausgestattet sein, der beispielsweise bereits ab 100°C zu schmelzen beginnt, was indirekt durch eine entsprechende Farbänderung erkannt werden kann. Die Farbbeschichtung des Batteriegehäuses erlaubt eine einfache Selektion von potenziell kritischen Akkumulatoren, Batterien 100 bzw. Batterieobjekten.
-
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. Die genannten Farben sind nur beispielhaft gewählt und können durch andere Farben ersetzt oder ergänzt werden.
-
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
-
- DE 102009035479 A1 [0002]
