DE102013212593A1

DE102013212593A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung von Feuchte in einem elektrischen System, Batteriegehäuse und Batteriesystem

Info

Publication number: DE102013212593A1
Application number: DE201310212593
Authority: DE
Inventors: Marco Zucchini; Clemens Schupp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2014206657A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung (200) zur Überwachung der Feuchte in einem Gehäuse oder Batteriegehäuse (105), umfassend: eine Erfassungseinrichtung umfassend eine erste Sensoreinrichtung (220) zum Erfassen von Messwerten in einem Innenraum des Gehäuses (105), und eine Verarbeitungseinrichtung (210), die ausgebildet ist zum Auswerten der erfassten Messwerte, zum Bestimmen der relativen Feuchte in dem Innenraum des Gehäuses (105) aus den ausgewerteten Messwerten und zum Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte einen vorbestimmten kritischen oder unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht oder einen vorbestimmten sicheren oder zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt, sowie eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug, ein Verfahren, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung von Feuchte in einem elektrischen System, ein Batteriegehäuse und Batteriesystem mit einer Batteriezelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Zelle, sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, mit dem Batteriesystem.
Stand der Technik
Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, als wiederaufladbare Energiespeicher vermehrt neue Batteriesysteme, zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.
Um die Sicherheit und Funktion von Batteriesystemen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Batteriesystemen, zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Batteriezellen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über eine kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt.
Dazu kann das Batteriesystem ein Fluid, zum Beispiel eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch, als Temperiermittel in einem Temperiermittelkreislauf umfassen.
Somit kann bei einer Beschädigung (Leckage) des Temperiermittelkreislaufs in dem Batteriesystem Temperiermittel, zum Beispiel Wasser, freigesetzt werden. Wenn ein Gehäuse des Batteriesystems nicht hermetisch verschlossen (gasdicht) ist, kann, zum Beispiel durch Dichtungen, ständig Feuchtigkeit, zum Beispiel in Form von Wasserdampf, in das Batteriesystem eindringen. Da beim Kühlen des Batteriesystems die Temperiermitteltemperatur deutlich unter der Temperatur in dem Gehäuse liegt, kann sich Tauwasser (Kondenswasser, Schwitzwasser) bilden. Somit kann sich in dem Batteriesystem Wasser in flüssiger Form, entweder rein oder als Flüssigkeitsgemisch, bilden und / oder ansammeln. Flüssiges Wasser, zum Beispiel Regentropfen, Nebeltröpfchen und festes Wasser, zum Beispiel Eis und Schneekristalle werden der Luftfeuchtigkeit nicht zugerechnet.
Die Batteriesysteme sind jedoch, wie alle elektrischen, elektronischen oder informationstechnischen Vorrichtungen im Allgemeinen, in Bezug auf das Vorhandensein von Fluiden in flüssiger Form, zum Beispiel Flüssigkeiten wie Wasser, sehr empfindlich, da diese, zum Beispiel, Kurzschlüsse, Korrosion, elektrochemische Migration, Beschädigungen von Isolierungen wie elektrischen Isolierungen verursachen, oder zumindest begünstigen, können.
Wenn die relative Luftfeuchte (relative Luftfeuchtigkeit, relative air moisture, relative humidity, rH) in dem Gehäuse niedrig ist, kann die Bildung von Tauwasser in dem Gehäuse verhindert werden. Durch die Anordnung eines Trockenmittels in dem Batteriesystem kann die Flüssigkeit gebunden werden, so dass die relative Luftfeuchte in dem Gehäuse niedrig ist. Der Absorptionsgrad des Trockenmittels, der mittels einer Gewichtsbestimmung grundsätzlich bestimmbar ist, die jedoch in dem Batteriesystem nur äußerst schwer durchführbar ist, kann über die Zeit steigen. Allerdings ist die Aufnahmekapazität des Trockenmittels begrenzt. Wenn sie erreicht ist, d. h. das Trockenmittel gesättigt ist, lässt zusätzliche Flüssigkeit die relative Luftfeuchte in dem Gehäuse wieder steigen, und die Feuchte in dem Gehäuse kann einen kritischen Wert erreichen. Somit wird es erforderlich, das vorhandene Trockenmittel zu trocknen, d. h. die absorbierte Flüssigkeit zu entfernen, oder gegen ein frisches Trockenmittel auszutauschen.
Aus DE 10 2010 028861 A1 ist bereits eine Trocknungseinrichtung zur Minderung der Feuchtigkeit eines Gases in einem Gehäuseinnenraum, insbesondere in einem Batteriegehäuseinnenraum, bekannt, wobei die Trocknungseinrichtung einen Trockenmittelkörper sowie eine Fixierungseinrichtung zur form- und / oder kraftschlüssigen Fixierung des Trockenmittelkörpers umfasst, mittels derer der Trockenmittelkörper im Gehäuseinnenraum oder zumindest einen Teil der inneren Oberfläche des Gehäuses ausbildend positionierbar ist. Erfindungsgemäß ist die Fixierungseinrichtung derart ausgestaltet, dass der Trockenmittelkörper reversibel fixierbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass in dem elektrischen System kleinste Mengen an Wasser in flüssiger Form detektiert werden können. Dadurch kann die Bildung von Tauwasser verhindert werden. Weiterhin kann ein Eindringen von Wasser, zum Beispiel aufgrund einer Beschädigung eines Temperiermittelkreislaufs oder eines Gehäusebruchs, in das elektrische System erkannt werden. Somit können Störungen schnell erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dadurch können die Zuverlässigkeit und die Sicherheit des elektrischen Systems erhöht werden. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen können der Absorptionsgrad eines Trockenmittels und eine Regenerierung des Trockenmittels, zum Beispiel ein Trocknen des vorhandenen Trockenmittels, das, zum Beispiel, die Batteriezellen eines Batteriesystems belasten kann, oder ein Austauschen gegen ein frisches Trockenmittel, bedarfsgerecht erfolgen. Somit kann, zum Beispiel, auf ein vorzeitiges (vorsorgliches) Austauschen, im Rahmen einer (regelmäßigen) Inspektion verzichtet werden. Weiterhin kann eine (ungewöhnlich) frühzeitige Sättigung des Trockenmittels, zum Beispiel aufgrund eines Einsatzes eines Fahrzeugs unter Extrembedingungen, wirkungsvoll (rechtzeitig) erkannt werden. Somit können die Kosten reduziert und Ressourcen geschont werden.
Durch die in den rückbezogenen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Vorrichtungen und Verfahren möglich.
Zweckmäßiger Weise können Messwerte einer relativen Feuchte Messwerte einer Temperatur erfasst werden, sodass die Bestimmung der relativen Feuchte und die Überwachung verbessert werden können.
Zweckmäßiger Weise können zeitlich abgeleiteten Messwerte der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerte der Temperatur bestimmt und / oder ausgewertet, werden, oder zeitlich abgeleiteten Messwerte der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerte der Temperatur als zeitlich abgeleitete Messwerttupel bestimmt und / oder ausgewertet und die zeitlich abgeleiteten Messwertetupel multipliziert werden, sodass die Bestimmung der relativen Feuchte und die Überwachung weiter verbessert werden können.
Die Erfindung stellt eine Batterie bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung umfasst. weiterhin stellt die Erfindung ein Batteriesystem bereit, die die zuvor beschriebene Vorrichtung oder Batterie umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot, ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Vorrichtung oder Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogramm bereit, das alle Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft. Die Erfindung stellt weiterhin ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens bereit, wenn der Programmcode auf einem Computer oder Steuergerät ausgeführt wird.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Verfahrensschritte nicht zwangsläufig in der beschriebenen Reihenfolge auszuführen. In einer weiteren Ausführungsform können die Verfahrensschritte auch ineinander verschachtelt sein (interleaving).
Weiterhin ist es möglich, dass einzelne Abschnitte des beschriebenen Verfahrens als einzelne verkaufsfähige Einheiten und restliche Abschnitte des Verfahrens als andere verkaufsfähige Einheiten ausgebildet werden können. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren als verteiltes System auf unterschiedlichen Computerbasierten Instanzen, zum Beispiel Client-Server-Instanzen, zur Ausführung kommen. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Modul seinerseits unterschiedliche Sub-Module umfasst.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Batteriesystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht eines Batteriesystems gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
3 einen typischen Verlauf von Temperatur und Feuchte in einem geschlossenen System,
4 einen schematischen Verlauf von Temperatur und relativer Feuchte bei Eindringen von Flüssigkeit in ein Batteriesystem,
5 einen schematischen Verlauf von Temperatur und relativer Feuchte bei Betauung in einem Batteriesystem, und
6 einen beispielhaften Verlauf von Temperatur, relativer Feuchte und abgeleiteten Größen bei Betauung bei einen Batteriesystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Batteriesystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Das Batteriesystem 10 umfasst eine Batterie 100 und eine Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte in der Batterie 100.
Die Batterie 100 umfasst ein Batteriegehäuse 105 und eins, eins, drei oder mehr Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂, die in einem Innenraum des Batteriegehäuses 105 angeordnet sind. Die Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂ können als Primärzellen bzw. Primärelemente, die nicht wiederaufladbar sind, oder als Sekundärzellen, die wiederaufladbar sind, ausgebildet sein. Die Sekundärzellen können beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulator (Lithium-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Li-Ion-Akku, Li-Ionen-Sekundärbatterie) oder Lithium-Polymer-Akkumulator (LiPoly-Akku, LiPo-Akku) ausgebildet sein.
Die Batterie 100 kann weiterhin ein Batteriemodul zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂ umfassen (in 1 nicht gezeigt). Die Batterie 100 kann weiterhin ein Temperiersystem, zum Beispiel ein Temperiersystem mit einem Temperiermittel wie flüssigem Temperiermittel, umfassen (in 1 nicht gezeigt). Die Batterie 100 kann weiterhin eine Trocknungseinrichtung mit Trockenmittel zur Aufnahme von Feuchtigkeit umfassen (in 1 nicht gezeigt).
Die Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte in dem Batteriegehäuses 105 umfasst eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Messwerten in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 und eine Verarbeitungseinrichtung 210, die ausgebildet ist zum Auswerten der erfassten Messwerte, Bestimmen und / oder Bewerten der relativen Feuchte, zum Beispiel relativen Luftfeuchte, in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 aus den ausgewerteten Messwerten und Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte, zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeit, einen vorbestimmten kritischen bzw. unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht bzw. einen vorbestimmten sicheren bzw. zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Die erste Erfassungseinrichtung umfasst eine erste Sensoreinrichtung 220 zum Erfassen der relativen Feuchte (Feuchtigkeitssensor, Feuchtesensor). Die erste Erfassungseinrichtung kann weiterhin eine zweite Sensoreinrichtung zum Erfassen der Temperatur (Temperatursensor, Thermosensor) umfassen. Die erste Sensoreinrichtung 220 und die zweite Sensoreinrichtung können benachbart zueinander, d. h am gleichen Ort, angeordnet sein. Die erste Sensoreinrichtung 220 und die zweite Sensoreinrichtung können gemeinsam in einer Sensoreinrichtung angeordnet sein. Alternativ kann die erste Erfassungseinrichtung eine erste Sensoreinrichtung zum Erfassen der Temperiermitteltemperatur umfassen.
Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann als analoge Verarbeitungseinrichtung oder digitale Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein. Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann, wie in 1 gezeigt, außerhalb der Batterie 100 angeordnet sein. Alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 210 in der Batterie 100 angeordnet sein.
Zum Einleiten der Maßnahmen kann die Verarbeitungseinrichtung 210 mit einer Einrichtung 300, zum Beispiel einer Signaleinrichtung wie optischen oder akustischen Signaleinrichtung zur Ausgabe eines Signals wie Warnsignals oder einer (übergeordneten) Steuerungseinrichtung verbunden sein.
Die Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte kann eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Messwerten des Temperiersystems, zum Beispiel der Temperatur des Temperiermittels (Temperiermitteltemperatur), umfassen.
Das Verfahren zur Überwachung der Feuchte in dem Batteriegehäuses 105 umfasst ein Erfassen von Messwerten in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105, ein Auswerten der erfassten Messwerte, ein Bestimmen und / oder Bewerten der relativen Feuchte, zum Beispiel relativen Luftfeuchte, in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 aus den ausgewerteten Messwerte, und ein Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte, zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeit, einen vorbestimmten kritischen bzw. unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht bzw. einen vorbestimmten sicheren bzw. zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Somit kann die relative Feuchte im Innenraum des Batteriegehäuses 105 kontinuierlich, oder in vorbestimmten Zeitabständen, überwacht werden. Wenn die relative Feuchte im Innenraum stetig auf einen kritischen Wert ansteigt (normaler Verlauf) oder wenn die relative Feuchte im Innenraum nach einem kurzzeitig auftretenden Spitzenwert nicht mehr auf einen unkritischen Wert absinkt (Verlauf zum Beispiel beim Eindringen von sehr feuchter und warmer Luft), kann die Vorrichtung 200, zum Beispiel, ermitteln, dass das Trockenmittel mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Alternativ kann die Vorrichtung 200 ermitteln, dass das Trockenmittel mit Feuchtigkeit gesättigt ist und / oder eine Betauung einsetzt, wenn die minimale Temperiermitteltemperatur (Kühlmitteltemperatur) einen kritischen Wert übersteigt, sodass die Kühlleistung nicht mehr ausreicht. Weiterhin kann die Vorrichtung 200 über die Einrichtung 300 geeignete Maßnahmen einleiten. Zum Beispiel kann die Vorrichtung 200 den Fahrer eines Fahrzeugs, direkt über die Signaleinrichtung oder über die Bordelektronik des Fahrzeugs darüber informieren, dass das Trockenmittel ausgetauscht werden soll. Der informierte Fahrer kann dann das Trockenmittel selbst Austauschen oder zum Austausch eine Werkstatt aufsuchen. Alternativ kann die Vorrichtung 200 zur Regenerierung des Trockenmittels einen Trocknungsvorgang starten und ausführen. Dazu kann das Trockenmittel, zum Beispiel mittels einer Heizeinrichtung wie elektrischen Heizung oder des Temperiersystems, erwärmt und dadurch getrocknet werden.
2 zeigt eine schematische Ansicht eines Batteriesystems 20 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Das Batteriesystem 20 umfasst eine Batterie 100 und eine Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte in der Batterie 100.
Die Batterie 100 umfasst ein Batteriegehäuse 105 und eins, zwei, drei oder mehr Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂, die in einem Innenraum des Batteriegehäuses 105 angeordnet sind. Die Batterie 100 kann weiterhin ein Batteriemodul zur elektrischen Verbindung der Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂ umfassen. Die Batterie 100 kann weiterhin ein Temperiersystem, zum Beispiel ein Temperiersystem mit einem Temperiermittel wie flüssigem Temperiermittel 130, umfassen. Das Temperiersystem kann einen Kanal 120 zur Aufnahme des Temperiermittels 130, einen ersten Anschluss 125 ₁, der mit einem ersten Ende des Kanals 120 verbunden ist, zur Zuführung des Temperiermittels 130 und einen zweiten Anschluss 125 ₂, der mit einem zweiten Ende des Kanals 120 verbunden ist, zur Abführung des Temperiermittels 130 umfassen.
Das Temperiermittel 130 kann ein Kältemittel, Kühlmittel oder Heizmittel umfassen. Das Temperiermittel 130 kann ein Fluid, zum Beispiel ein Gas wie Kohlendioxid oder ein Gasgemisch wie Luft oder eine Flüssigkeit wie Alkohol beispielsweise Propan-1,2,3-triol (Glycerol, Glycerin), Öl oder Wasser oder ein Flüssigkeitsgemisch, umfassen.
Die Batterie 100 kann weiterhin eine Trocknungseinrichtung 140 mit Trockenmittel 150 zur Aufnahme von Feuchtigkeit umfassen. Die Trocknungseinrichtung kann von außen durch das Batteriegehäuse einsetzbar, zum Beispiel einschraubbar, sein. Die Trocknungseinrichtung 140 kann weiterhin eine Heizeinrichtung wie elektrische Heizung zum Erwärmen und Trocknen des Trockenmittels 150 umfassen. Die Heizeinrichtung kann an oder in der Trocknungseinrichtung 140 angeordnet sein. Die elektrische Heizung kann, zum Beispiel, als Widerstandsdraht (Heizdraht) 160 oder Widerstandsfolie ausgebildet sein. Alternativ kann das Trockenmittel 150 mittels des Temperiersystems erwärmt und getrocknet werden. Dazu kann die Temperatur des Temperiermittels 130 erhöht werden. Weiterhin kann das Temperiermittel 130 dann, zum Beispiel mittels eine steuerbaren Ventils wie elektrisch steuerbaren Ventils, gezielt zu der Trocknungseinrichtung 150 geleitet werden, sodass eine thermische Belastung der Batteriezellen 110 ₁, 110 ₂ reduziert werden kann.
Die Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte in dem Batteriegehäuses 105 umfasst eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Messwerten in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 und eine Verarbeitungseinrichtung 210, die ausgebildet ist zum Auswerten der erfassten Messwerte, Bestimmen und / oder Bewerten der relativen Feuchte, zum Beispiel relativen Luftfeuchte, in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 aus den ausgewerteten Messwerten und Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte, zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeit, einen vorbestimmten kritischen bzw. unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht bzw. einen vorbestimmten sicheren bzw. zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Die erste Erfassungseinrichtung umfasst eine erste Sensoreinrichtung 220 zum Erfassen der relativen Feuchte (Feuchtigkeitssensor, Feuchtesensor). Die erste Erfassungseinrichtung kann weiterhin eine zweite Sensoreinrichtung 230 zum Erfassen der Temperatur (Temperatursensor, Thermosensor) umfassen. Die erste Sensoreinrichtung 220 und die zweite Sensoreinrichtung 220 können benachbart zueinander angeordnet sein. Die erste Sensoreinrichtung 220 und die zweite Sensoreinrichtung 230 können gemeinsam in einer Sensoreinrichtung angeordnet sein.
Die Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte kann eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperiermitteltemperatur umfassen. Die zweite Erfassungseinrichtung kann eine Sensoreinrichtung 240 zum Erfassen Temperatur (Temperatursensor, Thermosensor) umfassen.
Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann als analoge Verarbeitungseinrichtung oder digitale Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein. Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann einen Prozessor 2100, einen Speicher 2200 und eine Schnittstelle 2300 umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann als Mikrokontroller, Rechengerät (Computer) oder Steuergerät ausgebildet sein. Der Prozessor 2100 kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Der Speicher 2200 kann als flüchtiger und / oder nichtflüchtiger Speicher ausgebildet sein. Speicher 2200 dient vom Speichern von Instruktionen (Befehlen) 2210, zum Beispiel Instruktionen von einem Betriebssystem und / oder einem Anwendungsprogramm, und / oder Daten 2220, zum Beispiel Messwerten, Parametern, Bereichswerten, Vergleichswerten. Die Schnittstelle 2300 dient, zum Beispiel, zur Übertragung von Signalen von der oder den Sensoreinrichtungen 220, 230, 240 an die Verarbeitungseinrichtung 210. Die Schnittstelle 2300 kann weiterhin zur Übertragung von Signalen zwischen der Verarbeitungseinrichtung 2100 und einer Einrichtung 300, zum Beispiel einer Signaleinrichtung wie optischen oder akustischen Signaleinrichtung zur Ausgabe eines Signals wie Warnsignals oder einer (übergeordneten) Steuerungseinrichtung, dienen. Die Schnittstelle 2300 kann weiterhin zur Übertragung von Signalen zwischen der Verabreitungseinrichtung 2100 und der Heizeinrichtung dienen. Der Prozessor 2100 verarbeitet die Daten anhand der gespeicherten Instruktionen, sodass das Verfahren zur Überwachung der Feuchte implementiert wird. Die Verarbeitungseinrichtung 210 kann, wie in 2 gezeigt, außerhalb der Batterie 100 angeordnet sein. Alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 210 in der Batterie 100 angeordnet sein.
Die Vorrichtung 200 zur Überwachung der Feuchte kann eine zweite Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Messwerten des Temperiersystems, zum Beispiel der Temperatur des Temperiermittels 130 (Temperiermitteltemperatur), umfassen.
Das Verfahren zur Überwachung der Feuchte in dem Batteriegehäuses 105 umfasst ein Erfassen von Messwerten in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105, ein Auswerten der erfassten Messwerte, ein Bestimmen und / oder Bewerten der relativen Feuchte, zum Beispiel relativen Luftfeuchte, in dem Innenraum des Batteriegehäuses 105 aus den ausgewerteten Messwerte, und ein Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte, zum Beispiel für eine vorbestimmte Zeit, einen vorbestimmten kritischen bzw. unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht bzw. einen vorbestimmten sicheren bzw. zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Das Erfassen der Messwerte kann mittels der ersten Erfassungseinrichtung und / oder zweiten Erfassungseinrichtung erfolgen. Das Auswerten der erfassten Messwerte, Bestimmen und / oder Bewerten der relativen Feuchte und Einleiten der Maßnahme kann mittels der Verarbeitungseinrichtung 210 erfolgen.
Das Einleiten der Maßnahme kann ein Signalisieren einer Störung umfassen. Dadurch kann, zum Beispiel, ein Fahrer eine Werkstatt kontaktieren und aufsuchen. Das Einleiten der Maßnahme kann ein Starten des Trocknens des Trockenmittels 150. Dadurch kann das Trockenmittel 150 regeneriert werden und die relative Feuchte gesenkt werden.
Das Einleiten der Maßnahme kann ein Unterscheiden zwischen der Bildung von Tauwasser und dem Eindringen von Wasser als Störung umfassen. Dadurch kann eine der vorliegenden Störung angemessene Gegenmaßnahme ausgewählt und eingeleitet werden.
Das Einleiten der Maßnahme kann bei Bildung von Tauwasser, ein Erhöhen eines minimalen Temperaturwerts für das Temperiermittel 130 umfassen. Dadurch kann aufgrund einer erhöhten Temperatur im Innenraum die relative Feuchte sinken. Das Einleiten der Maßnahme kann bei Beschädigung des Temperierkreislaufs, ein Abschalten des Temperierkreislaufs, zum Beispiel durch Abschalten einer Pumpe und / oder Verschließen des Temperierkreislaufs umfassen. Dadurch kann kein weiteres Temperiermittel 130 eindringen.
Das Erfassen der Messwerte kann ein Erfassen von Messwerten einer relativen Feuchte (rH), und Erfassen von Messwerten einer Temperatur (T) umfassen. Dadurch können die Bestimmung der relativen Feuchte und die Überwachung verbessert werden.
Das Verfahren zur Überwachung der Feuchte kann weiterhin ein Erfassen von Messwerten der Temperatur (T) des Temperiermittels 130 umfassen. Dadurch können, durch Berücksichtigung einer Tendenz, die Bestimmung der relativen Feuchte und die Überwachung weiter verbessert werden.
Das Auswerten der erfassten Messwerte kann ein Bestimmen und / oder Auswerten von zeitlich abgeleiteten Messwerten, zum Beispiel zeitlich abgeleiteten Messwerten der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerten der Temperatur, umfassen. Dabei können die zeitlich abgeleiteten Messwerte als zeitlich abgeleitete Messwertetupel bestimmt und / oder ausgewertet werden. Das Auswerten der erfassten Messwerte kann weiterhin ein Multiplizieren der zeitlich abgeleiteten Messwerte oder zeitlich abgeleiteten Messwertetupel umfassen. Dadurch können, wie mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben, die Bestimmung der relativen Feuchte und die Überwachung weiter verbessert werden.
3 zeigt einen typischen Verlauf 30 von Temperatur 310 und relativer Feuchte 320 in einem geschlossenen System.
Es ist keine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, vorhanden. Bei einer Erhöhung der Temperatur T 310, zum Beispiel Lufttemperatur, über die Zeit t (Ableitung dT/dt > 0) sinkt, wie in 3 gezeigt, die relative Feuchte rH 320, zum Beispiel relative Luftfeuchte, mit einem Gradienten (Ableitung drH/dt < 0), der zum Beispiel von der Temperatur T und einer Lage bezüglich der Feuchte in dem System abhängig ist. Beispielsweise hängt der Gradient von der relativen Feuchte selbst ab. Umgekehrt sinkt bei einer Verringerung der Temperatur T die relative Feuchte rH (nicht gezeigt, Ableitung dT/dt < 0, Ableitung drH/dt > 0). Dabei sind die Ableitungen für die Temperatur T und die relative Feuchte rH jeweils gegenläufig zueinander, sodass gilt: dT/dt × drH/dt < 0. (1)
4 zeigt einen schematischen Verlauf 40 von Temperatur 410 und relativer Feuchte 420 bei Eindringen von Flüssigkeit in ein Batteriesystem.
Die Flüssigkeit kann durch eine Beschädigung des Batteriesystems, zum Beispiel durch eine Leckage eines Temperiersystems, zum Beispiel Kühlsystems, des Batteriesystems, in das Batteriesystem eindringen. Zunächst sinkt bei einer
Erhöhung der Temperatur T 410 über die Zeit t, wie bereits in 3 gezeigt, die relative Feuchte rH 420. Nach dem Eindringen der Flüssigkeit zum Zeitpunkt t₀ wird die eingedrungene Flüssigkeit bei gleicher, oder steigender, Temperatur 410 nach einer Zeitverzögerung (time delay evaporation) 405 verdunsten, sodass die relative Feuchte 420, aufgrund der zusätzlichen Flüssigkeit, steigt. Somit sind die Ableitungen für die Temperatur T und die relative Feuchte rH nach dem Eindringen von Flüssigkeit gleichläufig zueinander, sodass gilt: dT/dt × drH/dt > 0. (2)
5 zeigt einen schematischen Verlauf 50 von Temperatur 510 und relativer Feuchte 520 bei Betauung in einem Batteriesystem. Zunächst steigt bei einer Verminderung der Temperatur T 510 über die Zeit t, wie bereits oben beschrieben, die relative Feuchte rH 520. Nach Beginn der Betauung zum Zeitpunkt t₁ wird die Feuchte bei sinkender Temperatur 510 nach einer Zeitverzögerung (time delay dew) 505 als Flüssigkeit kondensieren, sodass die relative Feuchte 420, aufgrund der kondensierten Flüssigkeit, stinkt. Somit sind die Ableitungen für die Temperatur T und die relative Feuchte rH bei der Betauung gleichläufig zueinander, sodass wiederum gilt: dT/dt × drH/dt > 0. (3).
Somit liegt im Batteriesystem eine Störung vor, wenn gilt: dT/dt × drH/dt > 0. (4).
Dabei lässt sich aus den Vorzeichen der Ableitungen vor dem Zeitpunkt der Störung (t₀ bzw. t₁) die Art der Störung (Leckage oder Betauung) bestimmen: WENN dT/dt > 0 UND drH/dt < 0 DANN Leckage WENN dT/dt < 0 UND drH/dt > 0 DANN Betauung.
6 zeigt einen beispielhaften Verlauf 60 von Lufttemperatur 610, relativer Luftfeuchte 620, Temperiermitteltemperatur 630 und den abgeleiteten Größen Tautemperatur (Taupunktemperatur, dew temperature) 640 und dem Produkt der Ableitungen dT/dt × drH/dt 650 bei Betauung bei einen Batteriesystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Zunächst steigt bei einer Verminderung der Temperatur T 610 über die Zeit t, wie in 6 gezeigt, die relative Feuchte rH 620. Zu einem Zeitpunkt t₃, ca. 120 s nach dem Beginn der Messung, sinkt die Temperiermitteltemperatur 630 unter die (aktuelle) Tautemperatur 640, sodass eine Betauung zu erwarten ist.
Zum Vergleich sind in 6 die Lufttemperatur 610 und die relative Luftfeuchte 620 oberhalb des (ungefilterten) Produkts ihrer Ableitungen dT/dt × drH/dt 650 gezeigt. Zunächst verlaufen die Lufttemperatur 610 und die relative Luftfeuchte 620 gegenläufig, sodass dT/dt × drH/dt < 0. Dann verlaufen die Lufttemperatur 610 und die relative Luftfeuchte 620 gleichläufig, sodass dT/dt × drH/dt > 0.
Somit kann, zum Beispiel, die Temperiermitteltemperatur 630 schließlich oberhalb der jeweiligen Tautemperatur eingestellt werden, so dass die Betauung verhindert werden kann.
Das Auswerten der erfassten Messwerte kann eine Toleranz, insbesondere ein Toleranzband, einer der Sensoreinrichtungen 220, 230, 240 umfassen. Dadurch können Fehlerkennungen (Fehlalarme) verhindert, oder zumindest reduziert, werden.
Das Verfahren zur Überwachung der Feuchte kann weiterhin ein Filtern von Werten, zum Beispiel erfassten Messwerten, ausgewerteten Messwerten und / oder berechneten Gradienten, umfassen. Dadurch kann ein Rauschen, zum Beispiel hochfrequentes Rauschen, unterdrückt, oder zumindest reduziert werden.
Das Verfahren zur Überwachung der Feuchte kann weiterhin ein Auswerten der Feuchte, Temperatur und Gradienten unter Berücksichtigung eines freien (netto) Volumens (Luftvolumens) des Innenraums des Batteriegehäuses 105 umfassen. Dadurch wird eine Abschätzung der Menge an Tauwasser oder der Größe der Beschädigung ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010028861 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung (200) zur Überwachung der Feuchte in einem Gehäuse oder Batteriegehäuse (105), umfassend: – eine Erfassungseinrichtung umfassend eine erste Sensoreinrichtung (220) zum Erfassen von Messwerten in einem Innenraum des Gehäuses (105), und – eine Verarbeitungseinrichtung (210), die ausgebildet ist zum Auswerten der erfassten Messwerte, zum Bestimmen der relativen Feuchte in dem Innenraum des Gehäuses (105) aus den ausgewerteten Messwerten und zum Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte einen vorbestimmten kritischen oder unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht oder einen vorbestimmten sicheren oder zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Die Vorrichtung 200 nach Anspruch 1, wobei: – die Erfassungseinrichtung eine zweite Sensoreinrichtung (230), – die erste Sensoreinrichtung (220) Messwerte einer relative Feuchte erfasst, und – die zweite Sensoreinrichtung (230) Messwerte einer Temperatur erfasst.
Die Vorrichtung 200 nach Anspruch 2, wobei: – die Verarbeitungseinrichtung (210) weiterhin ausgebildet ist zum Bestimmen und / oder Auswerten von zeitlich abgeleiteten Messwerten der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerten der Temperatur, oder – die Verarbeitungseinrichtung (210) weiterhin ausgebildet ist zum Bestimmen und / oder Auswerten von zeitlich abgeleiteten Messwerten der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerten der Temperatur als zeitlich abgeleitete Messwertetupel und zum Multiplizieren der zeitlich abgeleiteten Messwertetupel umfassen.
Batterie (100), umfassend: – die Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: – das Gehäuse (105) ein Gehäuse der Batterie (100) ist.
Batteriesystem (10, 20), umfassend: – die Vorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, und / oder – die Batterie (100) nach Anspruch 4.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug oder Hybridfahrzeug, umfassend: – die Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden mit dem Fahrzeug, – die Batterie (100) nach Anspruch 4 verbunden mit dem Fahrzeug, oder – das Batteriesystem (10, 20) nach Anspruch 5 verbunden mit dem Fahrzeug.
Verfahren zur Überwachung der Feuchte in einem Gehäuse oder Batteriegehäuse (105), umfassend: – Erfassen von Messwerten in dem Innenraum des Gehäuses (105), – Auswerten der erfassten Messwerte, – Bestimmen der relativen Feuchte in dem Innenraum des Gehäuses (105) aus den ausgewerteten Messwerten, und – Einleiten einer Maßnahme, wenn die bestimmte relative Feuchte einen vorbestimmten kritischen oder unzulässigen Wert oder Wertebereiche erreicht oder einen vorbestimmten sicheren oder zulässigen Wert oder Wertebereich verlässt.
Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei: – das Erfassen der Messwerte umfasst: – Erfassen von Messwerten einer relativen Feuchte, und – Erfassen von Messwerten einer Temperatur.
Das Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin umfassend: – Bestimmen und / oder Auswerten von zeitlich abgeleiteten Messwerten der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerten der Temperatur, oder – Bestimmen und / oder Auswerten von zeitlich abgeleiteten Messwerten der relativen Feuchte und zeitlich abgeleiteten Messwerten der Temperatur als zeitlich abgeleitete Messwerttupel und Multiplizieren der zeitlich abgeleiteten Messwertetupel.
Computerprogramm, das auf einem Datenträger oder in einem Speicher (2200) eines Computers (210) gespeichert ist und das von dem Computer (210) lesbare Befehle (2210) umfasst, die zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9 bestimmt sind, wenn die Befehle (2210) auf dem Computer (210) ausgeführt werden.
Computerprogrammprodukt, umfassend das Computerprogramm nach Anspruch 10.