DE102014017821A1

DE102014017821A1 - Überwachungsvorrichtung für eine elektrische Energiespeichervorrichtung, Anordnung und Verfahren zur Überwachung

Info

Publication number: DE102014017821A1
Application number: DE102014017821.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schorpp; Jens ten Brink; Milica Ilic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2015-07-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine elektrische Energiespeichervorrichtung (1). Erfindungsgemäß sind ein Körperschallgenerator (3) zum Aussenden eines vorgegebenen Schallsignals (S) in ein Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) und eine Detektionseinheit (4) zum Empfangen dieses durch das Gehäuse (2) gesendeten Schallsignals (S) vorgesehen, wobei die Detektionseinheit (4) mit einer Auswerteeinheit zum Vergleich eines anhand des empfangenen Schallsignals (S) ermittelten Körperschallspektrums mit einem vorgegebenen Körperschallspektrum verbunden ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung und ein Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Energiespeichervorrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung für eine elektrische Energiespeichervorrichtung, eine Anordnung und ein Verfahren zur Überwachung einer solchen elektrischen Energiespeichervorrichtung.
Aus der US 2014/0092375A1 sind ein Überwachungs- und Managementsystem für eine Energiespeichervorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb des Überwachungs- und Managementsystems bekannt. Das Überwachungs- und Managementsystem umfasst einen oder mehrere Lichtwellenleiter, welcher bzw. welche in oder an Bereichen der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist oder sind. Jeder Lichtwellenleiter umfasst mehrere optische Sensoren. Zumindest einer der optischen Sensoren ist derart ausgebildet, dass dieser einen Parameter der Energiespeichervorrichtung erfasst, der sich von einem anderen mit einem weiteren Sensor erfassten Parameter unterscheidet. Das Überwachungs- und Managementsystem umfasst eine Lichtquelle, die dem Lichtwellenleiter oder den Lichtwellenleitern Licht zuführt, und eine Detektoreinheit, welche von den optischen Sensoren reflektiertes Licht detektiert. Die Detektoreinheit erzeugt auf Basis des detektierten reflektierten Lichtes ein elektrisches Signal. Zudem ist ein Prozessor vorgesehen, welcher das elektrische Signal empfängt, dieses auswertet und einen Zustand der Energiespeichervorrichtung basierend auf der Auswertung des elektrischen Signals bestimmt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Überwachungsvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher, eine Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur Überwachung des elektrischen Energiespeichers anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Überwachungsvorrichtung durch die in Anspruch 1, hinsichtlich der Anordnung durch die in Anspruch 3 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung für eine elektrische Energiespeichervorrichtung umfasst einen Körperschallgenerator zum Aussenden eines vorgegebenen Schallsignals in ein Gehäuse der Energiespeichervorrichtung und eine Detektionseinheit zum Empfangen dieses durch das Gehäuse gesendeten Schallsignals, wobei die Detektionseinheit mit einer Auswerteeinheit zum Vergleich eines anhand des empfangenen Schallsignals ermittelten Körperschallspektrums mit einem vorgegebenen Körperschallspektrum verbunden ist.
Mittels einer derart ausgebildeten Überwachungsvorrichtung ist insbesondere das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers auf seine Dichtheit und/oder eine Beschädigung hin überprüfbar.
Ist die elektrische Energiespeichervorrichtung in einem Fahrzeug angeordnet, so kann mittels einer solchen Überwachungsvorrichtung eine Betriebssicherheit der Energiespeichervorrichtung und somit auch des Fahrzeuges erhöht werden.
Zudem ist mittels einer solchen Überwachungsvorrichtung eine Überprüfung der Energiespeichervorrichtung insbesondere in einer Werkstatt erleichtert, wobei es dadurch möglich ist, dass Garantie- und Kulanzkosten bei einem Fahrzeughersteller gesenkt werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines unbeschädigten Gehäuses einer elektrischen Energiespeichervorrichtung mit einem Körperschallgenerator und einem Detektionseinheit,
2 schematisch eine schematische Ansicht eines beschädigten Gehäuses einer elektrischen Energiespeichervorrichtung mit dem Körperschallgenerator und der Detektionseinheit und
3 schematisch eine vergrößerte Ansicht der Detektionseinheit mit einem empfangenen Signal.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Energiespeichervorrichtung 1 in Form einer elektrischen Batterie, bei welcher es sich insbesondere um eine Fahrzeugbatterie, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug handelt.
Die elektrische Energiespeichervorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, in welchem eine nicht näher dargestellte Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen und eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der elektrischen Energiespeichervorrichtung 1 angeordnet ist.
Die Temperiervorrichtung umfasst eine Kanalstruktur, die von einem Temperiermedium, beispielsweise einem Klimamittel, einer Klimaanlage des Fahrzeuges durchströmt ist.
Insbesondere ist eine Unversehrtheit des Gehäuses 2 und eine Dichtheit der Temperiervorrichtung für die elektrische Energiespeichervorrichtung 1 von entscheidender Bedeutung. Die Unversehrtheit des Gehäuses 2 stellt im Wesentlichen einen Schutz vor Berührung mit Spannung führenden Komponenten der Energiespeichervorrichtung 1 sowie eine Einhaltung vorgegebener Entgasungswege bei einer Gasentwicklung innerhalb des Gehäuses 2 sicher.
Die Dichtheit der Temperiervorrichtung stellt ein entscheidendes Kriterium zur sicherheitsrelevanten Trennung der Einzelzellen von dem Temperiermedium dar.
Zur Erhöhung einer Betriebssicherheit der elektrischen Energiespeichervorrichtung 1 und somit zur Erhöhung einer Betriebssicherheit des Fahrzeuges ist vorgesehen, die elektrische Energiespeichervorrichtung 1 mittels einer teilweise dargestellten Überwachungsvorrichtung hinsichtlich der Unversehrtheit des Gehäuses 2 und der Dichtheit der im Gehäuse 2 angeordneten Temperiervorrichtung zu überprüfen.
Die Überwachungsvorrichtung umfasst einen Körperschallgenerator 3, eine Detektionseinheit 4 und eine nicht näher dargestellte Auswerteeinheit.
Mittels des Körperschallgenerators 3 wird ein Schallsignal S, insbesondere im Ultraschallbereich, erzeugt. Dieses Schallsignal S in Form einer Sprungfunktion wird in das Gehäuse 2 und/oder die Temperiervorrichtung eingebracht.
Auf der dem Körperschallgenerator 3 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 2 ist die Detektionseinheit 4 zum Empfang des Schallsignals S angeordnet.
Da das Schallsignal S in Form einer Sprungfunktion in das Gehäuse 2 eingebracht wird, wird das Schallsignal S von der Detektionseinheit 4 als sogenannte Sprungantwort erfasst.
Wie oben beschrieben, ist die Detektionseinheit 4 mit der Auswerteeinheit verbunden, welcher das empfangene Schallsignal S zur Auswertung und Verarbeitung zugeführt wird. Anhand des empfangenen Schallsignal S wird ein Körperschallspektrum erzeugt.
In der Auswerteeinheit ist ein weiteres Körperschallspektrum in Bezug auf das Gehäuse 2 im vollständig unversehrten Zustand und/oder hinsichtlich der Temperiervorrichtung im dichten Zustand gespeichert.
Das erzeugte Körperschallspektrum wird in der Auswerteeinheit mit dem gespeicherten weiteren Körperschallspektrum verglichen.
In 1 ist das Gehäuse 2 unbeschädigt und die Temperiervorrichtung vollständig dicht, so dass das anhand des empfangenen Signals S erzeugte Körperschallspektrum im Wesentlichen dem gespeicherten weiteren Körperschallspektrum entspricht.
Da die beiden Körperschallspektren weitestgehend identisch sind, kann geschlussfolgert werden, dass die elektrische Energiespeichervorrichtung 1 mit Gehäuse 2 und Temperiervorrichtung unbeschädigt und dicht ist.
2 zeigt eine elektrische Energiespeichervorrichtung 1 mit beschädigtem Gehäuse 2, den Körperschallgenerator 3 und die Detektionseinheit 4.
Dem Gehäuse 2 wird das von dem Körperschallgenerator 3 erzeugte Schallsignal S zugeführt. Das Schallsignal S durchdringt das Gehäuse 2 und wird von der Detektionseinheit 4 empfangen.
Aufgrund der Deformation des Gehäuses 2 entspricht das anhand des empfangenen Schallsignals S erzeugte Körperschallspektrum nicht dem in der Auswerteeinheit gespeichertem weiteren Körperschallspektrum.
Anhand des durchgeführten Vergleiches der beiden Körperschallspektren und der somit ermittelten Veränderung eines Körperschalles des Gehäuses 2 wird erfasst, dass das Gehäuse 2 beschädigt ist.
Zusätzlich kann die Temperiervorrichtung beschädigt und somit undicht sein, wobei dieser Zustand ebenfalls mittels des veränderten Körperschalles ermittelbar ist.
Das dem Gehäuse 2 als Sprungfunktion zugeführte Schallsignal S wird als Sprungantwort empfangen, wobei bei beschädigtem Gehäuse 2 und/oder undichter Temperiervorrichtung das Schallsignal S mittels der Detektionseinheit 4 als gestörte Sprungantwort empfangen wird.
Die Überwachungsvorrichtung kann in einer Ausführungsform fest mit der elektrischen Energiespeichervorrichtung 1 verbunden sein, so dass diese in ihrem Betrieb, insbesondere im Betrieb des Fahrzeuges, fortlaufend überwacht wird.
Alternativ dazu ist die Überwachungsvorrichtung als stationäres Prüfgerät ausgeführt, welches sich beispielsweise in einer Werkstatt befindet und die elektrische Energiespeichervorrichtung 1 dort überprüft wird.
3 zeigt die Detektionseinheit 4 der Überwachungsvorrichtung mit dem empfangenen Schallsignal S in Form der Sprungantwort.
Alternativ oder zusätzlich kann die Analyse des empfangenen Schallsignals S auch mittels anderer geeigneter Methoden erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeichervorrichtung
2: Gehäuse
3: Körperschallgenerator
4: Detektionseinheit
S: Schallsignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0092375 A1 [0002]

Claims

Überwachungsvorrichtung für eine elektrische Energiespeichervorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Körperschallgenerator (3) zum Aussenden eines vorgegebenen Schallsignals (S) in ein Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) und eine Detektionseinheit (4) zum Empfangen dieses durch das Gehäuse (2) gesendeten Schallsignals (S) vorgesehen sind, wobei die Detektionseinheit (4) mit einer Auswerteeinheit zum Vergleich eines anhand des empfangenen Schallsignals (S) ermittelten Körperschallspektrums mit einem vorgegebenen Körperschallspektrum verbunden ist.
Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schallsignal (S) als Sprungfunktion ausgebildet ist.
Anordnung, umfassend eine Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 und eine elektrische Energiespeichervorrichtung (1), wobei die Überwachungsvorrichtung fest mit der Energiespeichervorrichtung (1) verbunden ist und dem Gehäuse (2) mittels des Körperschallgenerators (3) fortlaufend ein vorgegebenes Schallsignal (S) automatisch zuführbar ist, welches bei einem Austritt aus dem Gehäuse (2) von der Detektionseinheit (4) erfassbar und der Auswerteeinheit zuführbar ist.
Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Energiespeichervorrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass einem Gehäuse (2) der Energiespeichervorrichtung (1) mittels eines Körperschallgenerators (3) ein vorgegebenes Schallsignal (S) zugeführt wird und das Schallsignal (S) mittels einer Detektionseinheit (4) empfangen wird, wobei ein anhand des Schallsignals (S) ermitteltes Körperschallspektrum in einer mit der Detektionseinheit (4) verbundenen Auswerteeinheit mit einem vorgegebenen weiteren Körperschallspektrum verglichen wird.