DE102014116863A1 - Monitoring device and method for monitoring the operating state of an electrochemical device - Google Patents

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Wolfgang Fritz
Jan Groshert
Michael Kohnle
Ulrich Sauter
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André Wiechert
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Abstract

Um eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst, zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und dennoch eine zuverlässige Erkennung von kritischen Zuständen der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass die Überwachungsvorrichtung mindestens ein Schaltelement umfasst, das mit mindestens einem Sensor gekoppelt ist, der eine Betriebsmessgröße einer elektrochemischen Zelle erfasst, und ein Betriebszustandssignal in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, umschaltet.In order to provide a monitoring device for monitoring the operating state of an electrochemical device which comprises a plurality of electrochemical cells, which is simple in construction and nevertheless permits reliable detection of critical states of the electrochemical device, it is proposed that the monitoring device comprise at least one switching element which cooperates with is coupled to at least one sensor that detects an operational measurement of an electrochemical cell, and an operating state signal in response to the detected measurement of the operating variable from a normal state indicating a proper operation of the electrochemical device, in a critical state, the improper operation of the electrochemical Device displays, switches.

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Figure DE102014116863A1_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst.The present invention relates to a monitoring device for monitoring the operating state of an electrochemical device comprising a plurality of electrochemical cells.

Eine solche elektrochemische Vorrichtung kann beispielsweise als ein Akkumulator ausgebildet sein, der mehrere Akkumulatorzellen umfasst.Such an electrochemical device may, for example, be designed as an accumulator comprising a plurality of accumulator cells.

Zur Gewährleistung eines sicheren Betriebs einer solchen elektrochemischen Vorrichtung sollen die elektrochemischen Zellen möglichst kontinuierlich auf ihren Betriebszustand hin überwacht werden.To ensure safe operation of such an electrochemical device, the electrochemical cells should be monitored as continuously as possible on their operating state.

Hierzu werden von an den elektrochemischen Zellen oder an Gruppen von elektrochemischen Zellen angeordneten Sensoren Signale an eine Auswertungsvorrichtung gesandt.For this purpose, signals sent to the electrochemical cells or to groups of electrochemical cells are sent to an evaluation device.

Die Auswertungsvorrichtung wertet die empfangenen Signale aus und leitet bei einem erkannten kritischen Zustand einer elektrochemischen Zelle oder einer Gruppe von elektrochemischen Zellen Schutzmaßnahmen ein.The evaluation device evaluates the received signals and initiates protective measures when a critical state of an electrochemical cell or a group of electrochemical cells is detected.

Die an den elektrochemischen Zellen oder an Gruppen von elektrochemischen Zellen angeordneten Sensoren geben die von ihnen jeweils gemessene Betriebsmessgröße als Analog- oder Digitalsignal an die Auswertungsvorrichtung weiter. Die Auswertungsvorrichtung überprüft, ob die gemessenen Werte unterhalb oder oberhalb einer Zulässigkeitsgrenze liegen. Diese Zulässigkeitsgrenze kann beispielsweise durch den Bereich der Stabilität der chemischen Verbindungen innerhalb der einzelnen elektrochemischen Zellen vorgegeben sein.The sensors arranged on the electrochemical cells or on groups of electrochemical cells transmit the measured operating variables measured by them to the evaluation device as an analog or digital signal. The evaluation device checks whether the measured values are below or above a permissible limit. This permissibility limit can be predetermined, for example, by the range of the stability of the chemical compounds within the individual electrochemical cells.

Bei einer größeren Anzahl von zu überwachenden elektrochemischen Zellen und insbesondere bei der Überwachung von mehreren unterschiedlichen Betriebsmessgrößen an jeder elektrochemischen Zelle wird sehr schnell eine große Anzahl von Anschlussleitungen notwendig, welche die Sensoren mit der Auswertungsvorrichtung verbinden.With a larger number of electrochemical cells to be monitored, and in particular when monitoring a plurality of different operating variables at each electrochemical cell, a large number of connection lines which connect the sensors to the evaluation device very quickly become necessary.

So benötigen n Sensoren im Allgemeinen 2n Anschlussleitungen. Wenn der Einsatz einer gemeinsamen Masse möglich ist, kann diese Zahl zwar auf bis zu n + 1 Anschlussleitungen reduziert werden, bleibt aber immer noch sehr hoch.So n sensors generally need 2n connection cables. If it is possible to use a common ground, this number can be reduced to up to n + 1 power lines, but still remains very high.

Beispielsweise ergibt sich in einem Akkumulatormodul, in dem an 12 elektrochemischen Zellen jeweils ein Temperatursensor und ein Drucksensor angeordnet sind, eine Zahl von mindestens 25 bis zu 50 Anschlussleitungen.By way of example, in an accumulator module in which a temperature sensor and a pressure sensor are respectively arranged on 12 electrochemical cells, this results in a number of at least 25 to 50 connecting lines.

Durch diese große Zahl von Anschlussleitungen besteht, insbesondere bei begrenztem Bauraum, ein hohes Risiko von Verwechslungen und Fehlzuordnungen der Leiter bei der Montage, der Wartung oder der Reparatur der elektrochemischen Vorrichtung. Außerdem entstehen sowohl durch den hohen Materialaufwand als auch durch den höheren Zeitbedarf für die Montage hohe Kosten.This large number of connection lines, especially in a limited space, there is a high risk of confusion and misallocation of the ladder during assembly, maintenance or repair of the electrochemical device. In addition, both the high cost of materials and the higher time required for assembly high costs.

Wenn mehrere Analogsensoren direkt parallel oder in Reihe zueinander geschaltet werden und nur das Gesamtergebnis der Sensorengruppe an die Auswertungsvorrichtung übertragen wird, so tritt hierbei eine Mittelung der von der Sensorgruppe gemessenen Werte für die Betriebsmessgrößen ein. Aus einem von der Auswertungsvorrichtung registrierten erhöhten Mittelwert kann daher nicht mehr festgestellt werden, ob die zugehörige Messgröße in mehreren elektrochemischen Zellen nur leicht erhöht ist oder in einer einzelnen elektrochemischen Zelle so stark erhöht ist, dass ein kritischer Zustand vorliegt. Außerdem können Abweichungen des Werts der Betriebsmessgröße mit entgegengesetztem Vorzeichen sich gegenseitig ausmitteln.If a plurality of analog sensors are connected directly in parallel or in series with one another and only the overall result of the sensor group is transmitted to the evaluation device, then an averaging of the values measured by the sensor group for the operating measured quantities occurs. Therefore, it can no longer be determined from an increased average value registered by the evaluation device whether the associated measured variable is only slightly increased in a plurality of electrochemical cells or is increased so much in a single electrochemical cell that a critical state is present. In addition, deviations in the value of the operational variable of opposite sign may cancel each other out.

Wird zum Beispiel von einer Gruppe von mehreren Temperatursensoren nur ein gemitteltes Temperatursignal an die Auswertungsvorrichtung gesandt, so lässt sich nicht mehr feststellen, ob eine Erhöhung des Temperaturmittelwerts auf in mehreren elektrochemischen Zellen leicht erhöhte Temperaturen oder aber auf eine einzelne stark erwärmte elektrochemische Zelle in einer im Übrigen kühlen Zellgruppe zurückzuführen ist. Außerdem kann eine Temperaturerhöhung in einer elektrochemischen Zelle durch eine Temperaturerniedrigung in einer anderen elektrochemischen Zelle der Zellgruppe ausgeglichen werden. If, for example, only one average temperature signal is sent to the evaluation device by a group of several temperature sensors, it is no longer possible to ascertain whether an increase in the average temperature value to slightly elevated temperatures in several electrochemical cells or to a single strongly heated electrochemical cell in one Remaining cool cell group is due. In addition, a temperature increase in one electrochemical cell can be compensated by a decrease in temperature in another cell cell electrochemical cell.

Durch die Verwendung von Digitalsensoren können zwar Anschlussleitungen eingespart werden, da Digitalsensoren häufig die Verwendung derselben Anschlussleitung durch mehrere Sensoren ermöglichen. Diesem Vorteil steht jedoch der aufwändigere Aufbau der Digitalsensoren im Vergleich zu Analogsensoren gegenüber, da jeder Digitalsensor neben dem die eigentliche Messung ausführenden Baustein noch einen weiteren Baustein benötigt, der die ermittelten Daten in das jeweils geforderte digitale Übertragungsprotokoll umwandelt. Außerdem benötigt jeder Digitalsensor für seinen Betrieb eine Versorgungsspannung, die in weiteren Anschlussleitungen zugeführt werden muss.Although the use of digital sensors can save connection lines, because digital sensors often allow the use of the same connection line by several sensors. However, this advantage is offset by the more complex design of the digital sensors in comparison to analog sensors, since each digital sensor in addition to the actual measurement exporting block still requires a further module that converts the data determined in the respective required digital transmission protocol. In addition, each digital sensor requires a supply voltage for its operation, which must be supplied in further connection lines.

Digitalsensoren eignen sich daher für Überwachungsaufgaben nur dann, wenn sie direkt an ein größeres Bussystem angebunden sind, wenn jeder Digitalsensor mehrere Signale erfasst und/oder wenn über große Entfernungen hinweg eine genaue Zuordnung zwischen Sensor und Messsignal erforderlich ist.Digital sensors are therefore suitable for monitoring tasks only if they are connected directly to a larger bus system, if each digital sensor detects multiple signals and / or if over long distances an accurate Assignment between sensor and measuring signal is required.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst, zu schaffen, welche einfach aufgebaut ist und dennoch eine zuverlässige Erkennung von kritischen Zuständen der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht.The present invention has for its object to provide a monitoring device for monitoring the operating state of an electrochemical device comprising a plurality of electrochemical cells, which is simple in construction and yet allows reliable detection of critical states of the electrochemical device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Überwachungsvorrichtung mindestens ein Schaltelement umfasst, das mit mindestens einem Sensor gekoppelt ist, der eine Betriebsmessgröße einer elektrochemischen Zelle erfasst, und ein Betriebszustandssignal in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, umschaltet.This object is achieved according to the invention in that the monitoring device comprises at least one switching element which is coupled to at least one sensor which detects an operating variable of an electrochemical cell, and an operating state signal as a function of the detected measured value of the operating variable from a normal state which ensures proper operation indicating the electrochemical device switches to a critical state indicating improper operation of the electrochemical device.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Konzept zugrunde, statt einer Vielzahl analoger oder digitaler Ausgangssignale einzelner Sensoren nur das von dem Schaltelement beeinflusste Betriebszustandssignal an die Auswertungsvorrichtung der Überwachungsvorrichtung zu übermitteln.The present invention is based on the concept, instead of transmitting a plurality of analog or digital output signals of individual sensors, only the operating state signal influenced by the switching element to the evaluation device of the monitoring device.

Hierfür ist statt einer Vielzahl von Anschlussleitungen für die Sensoren lediglich eine Betriebszustandssignalleitung erforderlich, die bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Schaltelementen einfach durch die mehreren Schaltelemente durchgeschleift werden kann.For this purpose, instead of a plurality of connecting lines for the sensors, only one operating state signal line is required, which can be easily looped through the plurality of switching elements in the presence of a plurality of switching elements.

Vorzugsweise ist das Betriebszustandssignal bivalent ausgebildet, so dass es lediglich den Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, oder den kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, annehmen kann.Preferably, the operating state signal is bivalent so that it can only accept the normal state indicating proper operation of the electrochemical device or the critical state indicating improper operation of the electrochemical device.

Die Auswertung des Betriebszustandssignals vereinfacht sich dadurch sehr stark, da lediglich ermittelt werden muss, ob das Betriebszustandssignal sich in seinem Normalzustand oder in seinem kritischen Zustand befindet.The evaluation of the operating state signal is thereby greatly simplified, since it only has to be determined whether the operating state signal is in its normal state or in its critical state.

Für die Kopplung zwischen einem Schaltelement und einem dem Schaltelement zugeordneten Sensor gibt es verschiedene Möglichkeiten.There are various possibilities for the coupling between a switching element and a sensor assigned to the switching element.

So kann vorgesehen sein, dass das Schaltelement und der Sensor verschiedene Bauteile sind.Thus it can be provided that the switching element and the sensor are different components.

In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass der Sensor ein von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße abhängiges Signal an das zugeordnete Schaltelement übermittelt und das Schaltelement in Abhängigkeit von diesem Signal das Betriebszustandssignal von dem Normalzustand in den kritischen Zustand umschaltet.In this case it can be provided that the sensor transmits a dependent of the detected measured value of the Betriebsmessgröße signal to the associated switching element and the switching element in response to this signal, the operating state signal switches from the normal state to the critical state.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Schaltelement einen dem Schaltelement zugeordneten Sensor enthält und der Sensor gegebenenfalls ein Umschalten des Betriebszustandssignals von dem Normalzustand in den kritischen Zustand veranlasst, ohne dass ein von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße abhängiges Signal erzeugt wird.However, it can also be provided that a switching element contains a sensor associated with the switching element and the sensor optionally causes a switchover of the operating state signal from the normal state to the critical state, without generating a signal dependent on the detected measured value of the operating variable.

Ferner kann die Kopplung zwischen einem Schaltelement und einem dem Schaltelement zugeordneten Sensor auch darin bestehen, dass das Schaltelement selbst zugleich als Sensor dient und das Betriebszustandssignal in Abhängigkeit von dem jeweiligen Messwert der Betriebsmessgröße von dem Normalzustand in den kritischen Zustand umschaltet.Furthermore, the coupling between a switching element and a sensor associated with the switching element can also consist in that the switching element itself at the same time serves as a sensor and switches the operating state signal from the normal state into the critical state as a function of the respective measured value of the operational measured variable.

In diesem Fall übt ein und dasselbe Bauteil sowohl die Funktion eines Schaltelements als auch die Funktion eines mit dem Schaltelement gekoppelten Sensors aus.In this case, one and the same component exerts both the function of a switching element and the function of a sensor coupled to the switching element.

Ein solches Schaltelement, das zugleich als Sensor dient, kann beispielsweise als ein Temperaturschalter oder als ein Druckschalter ausgebildet sein.Such a switching element, which also serves as a sensor, may be formed, for example, as a temperature switch or as a pressure switch.

Vorzugsweise ist mindestens ein Schaltelement jeweils einer elektrochemischen Zelle der elektrochemischen Vorrichtung zugeordnet und insbesondere an der elektrochemischen Zelle, welcher das Schaltelement zugeordnet ist, angeordnet.Preferably, at least one switching element is in each case associated with an electrochemical cell of the electrochemical device and, in particular, is arranged on the electrochemical cell to which the switching element is assigned.

Besonders bevorzugt sind alle Schaltelemente der Überwachungsvorrichtung jeweils einer elektrochemischen Zelle zugeordnet und insbesondere an der elektrochemischen Zelle, welcher sie jeweils zugeordnet sind, angeordnet.Particularly preferably, all the switching elements of the monitoring device are each associated with an electrochemical cell and, in particular, are arranged on the electrochemical cell to which they are respectively assigned.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung eine Mehrzahl von Schaltelementen, die jeweils mit mindestens einem Sensor gekoppelt sind, insbesondere zwei oder mehr Schaltelemente, besonders bevorzugt vier oder mehr Schaltelemente.Preferably, the monitoring device according to the invention comprises a plurality of switching elements which are each coupled to at least one sensor, in particular two or more switching elements, particularly preferably four or more switching elements.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Auswertungsvorrichtung, welche den Zustand des Betriebszustandssignals überwacht und mindestens eine Schutzmaßnahme auslöst, wenn das Betriebszustandssignal in den kritischen Zustand umgeschaltet worden ist.The monitoring device according to the invention preferably comprises an evaluation device, which monitors the state of the operating state signal and triggers at least one protective measure, if the Operating state signal has been switched to the critical state.

Eine solche Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein Trennen einer Verbindung zwischen der elektrochemischen Vorrichtung und einem Verbraucher oder eine Drosselung einer Leistungsabgabe der elektrochemischen Vorrichtung an den Verbraucher umfassen.Such protection may include, for example, disconnecting a connection between the electrochemical device and a consumer or throttling a power output of the electrochemical device to the consumer.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass eine Schutzmaßnahme eine Erhöhung einer Kühlleistung einer Kühlvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung umfasst.Alternatively or additionally, it can be provided that a protective measure comprises an increase in a cooling capacity of a cooling device of the electrochemical device.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann ferner vorgesehen sein, dass eine Schutzmaßnahme eine Ausgabe eines, beispielsweise optischen und/oder akustischen, Warnsignals umfasst.As an alternative or in addition to this, provision may furthermore be made for a protective measure to comprise an output of a warning signal, for example optical and / or audible.

Das Betriebszustandssignal kann im Normalzustand eine von null verschiedene zeitlich konstante Spannung oder eine zeitlich variierende Spannung und/oder ein von null verschiedener zeitlich konstanter Strom oder ein zeitlich variierender Strom sein.The operating state signal may be a non-zero time constant voltage or a time varying voltage and / or a non-zero time constant current or a time varying current in the normal state.

Beispielsweise kann das Betriebszustandssignal im Normalzustand eine Wechselspannung oder ein Wechselstrom, eine Rechteckspannung oder ein Rechteckstrom oder eine Folge von Spannungspulsen oder Strompulsen sein.For example, in the normal state, the operating state signal may be an alternating voltage or an alternating current, a square-wave voltage or a square-wave current or a sequence of voltage pulses or current pulses.

In diesem Fall können auch Defekte in der Betriebszustandssignalleitung, welche das Schaltelement mit der Auswertungsvorrichtung verbindet, von der Auswertungsvorrichtung erkannt werden.In this case, defects in the operating state signal line, which connects the switching element with the evaluation device, can be detected by the evaluation device.

Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Betriebszustandssignal im Normalzustand eine Nullspannung und/oder ein Nullstrom ist. Hierdurch wird der Energiebedarf der Überwachungsvorrichtung im ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung minimiert.Alternatively, it can also be provided that the operating state signal is a zero voltage and / or a zero current in the normal state. As a result, the energy consumption of the monitoring device is minimized in the proper operation of the electrochemical device.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Schaltelement einen Signalpfad für das Betriebszustandssignal durch das Schaltelement öffnet (und damit den Signalpfad unterbricht), um das Betriebszustandssignal vom Normalzustand in den kritischen Zustand umzuschalten.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that at least one switching element opens a signal path for the operating state signal through the switching element (and thus interrupts the signal path) in order to switch the operating state signal from the normal state into the critical state.

Ein solches Schaltelement ist somit als ein Öffner ausgebildet.Such a switching element is thus formed as an opener.

Wenn alle Schaltelemente der Überwachungsvorrichtung als Öffner ausgebildet sind, erhält die Auswertungsvorrichtung im ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung ein von einem Nullsignal verschiedenes Betriebszustandssignal, so dass jeder Ausfall des Betriebszustandssignals einen Fehler darstellt, der insbesondere auch ein Defekt in der Betriebszustandssignalleitung sein kann.When all the switching elements of the monitoring device are designed as normally closed, the evaluation device receives during operation of the electrochemical device a different operating state signal from a zero signal, so that any failure of the operating state signal represents a fault, which may be a defect in the operating state signal line in particular.

Wenn das Betriebszustandssignal im Normalzustand eine zeitlich variierende Spannung und/oder ein zeitlich variierender Strom ist, so wird insbesondere verhindert, dass ein Defekt, bei dem die Betriebszustandssignalleitung ein Zellgehäuse einer elektrochemischen Zelle berührt und dadurch auf ein hohes Potential gebracht wird, unerkannt bleibt.In particular, when the operating state signal is a time-varying voltage and / or a time-varying current in the normal state, a defect in which the operating state signal line touches a cell housing of an electrochemical cell and is thereby brought to a high potential is prevented from being unrecognized.

Vorzugsweise umfasst die Überwachungsvorrichtung mehrere Schaltelemente, die im Signalpfad des Betriebszustandssignals in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.Preferably, the monitoring device comprises a plurality of switching elements, which are connected to each other in the signal path of the operating state signal in a series circuit.

Dabei wird das Betriebszustandssignal von seinem Normalzustand in den kritischen Zustand umgeschaltet, wenn irgendeines der in der Reihenschaltung miteinander verbundenen Schaltelemente den Signalpfad des Betriebszustandssignals öffnet (und damit den Signalpfad unterbricht).At this time, the operating state signal is switched from its normal state to the critical state when any of the switching elements connected in series with each other opens the signal path of the operating state signal (and thus interrupts the signal path).

Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schaltelemente jeweils einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweisen und dass ein Signalausgang eines Schaltelements mit einem Signaleingang eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals auf dieses Schaltelement folgenden Schaltelements verbunden ist.In this case, it can be provided, in particular, that the switching elements each have a signal input and a signal output, and that a signal output of a switching element is connected to a signal input of a switching element following this switching element in the signal path of the operating state signal.

Wenn auf diese Weise stets ein Signalausgang eines Schaltelements mit einem Signaleingang eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals darauf folgenden Schaltelements verbunden ist, so bietet dies den Vorteil, dass am Signaleingang und am Signalausgang jedes Schaltelements jeweils dieselbe Polarität des Betriebszustandssignals anliegt. Die Schaltelemente und gegebenenfalls auch die mit den Schaltelementen gekoppelten Sensoren können dann durch das Betriebszustandssignal mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt werden.If in this way a signal output of a switching element is always connected to a signal input of a subsequent switching element in the signal path of the operating state signal, this offers the advantage that the same polarity of the operating state signal is present at the signal input and at the signal output of each switching element. The switching elements and possibly also the sensors coupled to the switching elements can then be supplied with the required operating voltage by the operating state signal.

Ferner kann auch vorgesehen sein, dass mindestens ein Schaltelement einen Signalpfad des Betriebszustandssignals durch das Schaltelement schließt (und damit den Signalpfad freigibt), um das Betriebszustandssignal vom Normalzustand in den kritischen Zustand umzuschalten.Furthermore, it can also be provided that at least one switching element closes a signal path of the operating state signal through the switching element (and thus releases the signal path) in order to switch the operating state signal from the normal state into the critical state.

Ein solches Schaltelement ist somit als ein Schließer ausgebildet.Such a switching element is thus formed as a closer.

Wenn ein solches als Schließer ausgebildetes Schaltelement den Signalpfad für das Betriebszustandssignal schließt (und damit den Signalpfad freigibt), empfängt die Auswertungsvorrichtung ein von einer Nullspannung und einem Nullstrom verschiedenes Betriebszustandssignal, das einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt.When such a switching element designed as a make closes the signal path for the operating state signal (and thus releases the signal path), the evaluation device receives one of a zero voltage and a zero current various operating state signal indicating improper operation of the electrochemical device.

Dabei umfasst die Überwachungsvorrichtung vorzugweise mehrere Schaltelemente, die im Signalpfad des Betriebszustandssignals in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.In this case, the monitoring device preferably comprises a plurality of switching elements, which are connected to one another in the signal path of the operating state signal in a parallel circuit.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens einer elektrochemischen Zelle der elektrochemischen Vorrichtung mindestens zwei Schaltelemente zugeordnet sind und/oder dass mindestens einer elektrochemischen Zelle der elektrochemischen Vorrichtung mindestens ein Schaltelement zugeordnet ist, das mit mindestens zwei Sensoren gekoppelt ist. In diesen Fällen wird durch das erfindungsgemäße Konzept eine besonders deutliche Reduktion der Anzahl der erforderlichen Anschlussleitungen erzielt.In preferred embodiments of the invention it is provided that at least one electrochemical cell of the electrochemical device are associated with at least two switching elements and / or that at least one electrochemical cell of the electrochemical device is associated with at least one switching element which is coupled to at least two sensors. In these cases, a particularly significant reduction in the number of required connection lines is achieved by the inventive concept.

Mindestens ein Schaltelement und/oder mindestens ein mit einem Schaltelement gekoppelter Sensor können in einem Innenraum eines Zellgehäuses einer elektrochemischen Zelle, an einer Außenseite eines Zellgehäuses einer elektrochemischen Zelle und/oder an einer Durchtrittsöffnung eines Zellgehäuses einer elektrochemischen Zelle angeordnet sein.At least one switching element and / or at least one sensor coupled to a switching element can be arranged in an interior of a cell housing of an electrochemical cell, on an outside of a cell housing of an electrochemical cell and / or on a passage opening of a cell housing of an electrochemical cell.

Die Sensoren der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung sind vorzugsweise als Analogsensoren ausgebildet.The sensors of the monitoring device according to the invention are preferably designed as analog sensors.

Ferner kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Schaltelement einen Temperaturschalter, einen Druckschalter, einen Sensor mit einer stufenförmigen Kennlinie und/oder eine Baugruppe mit einem schaltenden Ausgang umfasst.Furthermore, it can be provided that at least one switching element comprises a temperature switch, a pressure switch, a sensor with a stepped characteristic and / or a module with a switching output.

Das Schaltelement und mindestens ein mit dem Schaltelement gekoppelter Sensor können zusammen eine bauliche Einheit bilden und insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein.The switching element and at least one coupled to the switching element sensor may together form a structural unit and in particular be arranged in a common housing.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überwachen des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung, die mehrere elektrochemische Zellen umfasst.The present invention further relates to a method for monitoring the operating state of an electrochemical device comprising a plurality of electrochemical cells.

Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zu schaffen, welches einen geringen apparativen Aufwand erfordert und dennoch ein zuverlässiges Erkennen von nicht ordnungsgemäßen Betriebszuständen der elektrochemischen Vorrichtung ermöglicht.The present invention has the further object to provide such a method which requires little equipment and yet allows reliable detection of improper operating conditions of the electrochemical device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches Folgendes umfasst:

  • – Erfassen mindestens einer Betriebsmessgröße einer elektrochemischen Zelle mittels mindestens eines Sensors;
  • – Umschalten eines Betriebszustandssignals von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, mittels mindestens eines Schaltelements, das mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist.
This object is achieved according to the invention by a method which comprises:
  • - Detecting at least one operating variable of an electrochemical cell by means of at least one sensor;
  • Switching an operating state signal from a normal state indicating proper operation of the electrochemical device to a critical state indicative of improper operation of the electrochemical device by means of at least one switching element coupled to the at least one sensor.

Besondere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit den besonderen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung erläutert worden.Special embodiments of the method according to the invention have already been explained above in connection with the particular embodiments of the monitoring device according to the invention.

Die elektrochemischen Zellen können insbesondere als jeweils eine Akkumulatorzelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Akkumulatorzelle, ausgebildet sein.The electrochemical cells can be designed, in particular, as in each case an accumulator cell, in particular a lithium-ion accumulator cell.

Die elektrochemische Vorrichtung, welche mehrere elektrochemische Zellen umfasst und mittels einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung auf ordnungsgemäßen Betrieb überwacht wird, kann ein mehrere, beispielsweise 6 bis 24, elektrochemische Zellen umfassendes Zellmodul oder auch eine mehrere solcher Zellmodule umfassende zusammengesetzte Vorrichtung sein.The electrochemical device, which comprises a plurality of electrochemical cells and is monitored for proper operation by means of a monitoring device according to the invention, may be a cell module comprising a plurality, for example 6 to 24, electrochemical cells or else a composite device comprising a plurality of such cell modules.

Die elektrochemischen Zellen eines Zellmoduls können in Reihenschaltung und/oder in Parallelschaltung elektrisch miteinander verbunden sein.The electrochemical cells of a cell module may be electrically connected in series and / or in parallel with each other.

Ein solches Modul kann ein eigenes Gehäuse aufweisen und lässt sich vorzugsweise als eine zusammenhängende Komponente handhaben.Such a module can have its own housing and can preferably be handled as a coherent component.

Ferner weist jedes Zellmodul vorzugsweise eine eigene Überwachungsvorrichtung auf.Furthermore, each cell module preferably has its own monitoring device.

Die von den mit den Schaltelementen gekoppelten Sensoren überwachten Betriebsmessgrößen sind beispielsweise eine Spannung oder ein elektrisches Potential, ein Strom, eine Temperatur, ein Druck, die Anwesenheit eines Gases und/oder die Konzentration eines Gases.The operating measures monitored by the sensors coupled to the switching elements are, for example, a voltage or an electrical potential, a current, a temperature, a pressure, the presence of a gas and / or the concentration of a gas.

Die vorliegende Erfindung vereinfacht die Auswertung der Sensorsignale durch die lokale Kopplung der Sensoren an Schaltelemente.The present invention simplifies the evaluation of the sensor signals by the local coupling of the sensors to switching elements.

So wird bei einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung beispielsweise statt eines reinen Temperatursensors ein Temperaturschalter verbaut. Dessen Schalttemperatur kann fest vorgegeben und beispielsweise abhängig von der verwendeten Zellchemie gewählt werden oder frei einstellbar sein, so dass die Schalttemperatur den Anforderungen eines Nutzers entsprechend gewählt werden kann. Der Schalter wird an die Betriebszustandssignalleitung angeschlossen, welcher eine Spannung aufgeprägt wird, so dass je nach Stellung des Schalters ein Betriebszustandssignalstromkreis geschlossen oder geöffnet wird. Die Schalterstellung ändert sich dabei an der fest vorgegebenen oder vorher definierten Schaltgrenze.Thus, in a monitoring device according to the invention, for example, instead of a pure temperature sensor, a temperature switch is installed. Its switching temperature can be fixed and selected, for example, depending on the cell chemistry used or free be adjustable so that the switching temperature can be selected according to the needs of a user. The switch is connected to the operating state signal line, to which a voltage is impressed, so that depending on the position of the switch, an operating state signal circuit is closed or opened. The switch position changes at the fixed preset or previously defined switching limit.

Hierdurch ändert sich die grundsätzliche Funktion der Anschlussleitung des Schalters weg von einer Sensorsignalleitung, die Messwerten entsprechende Signale transportiert, hin zu einer Betriebszustandssignalleitung, die ein bivalentes Signal führt, welches nur die Zustände "in Ordnung" (Normalzustand) und "nicht in Ordnung" (kritischer Zustand) aufweist.As a result, the basic function of the connection line of the switch changes away from a sensor signal line, which transports measured values corresponding signals, to an operating state signal line, which leads to a bivalent signal, which only the states "OK" (normal state) and "not OK" ( critical state).

Hierdurch ergibt sich eine deutliche Vereinfachung, insbesondere wenn mehrere Sensoren an derselben elektrochemischen Zelle verwendet werden.This results in a significant simplification, especially when multiple sensors are used on the same electrochemical cell.

Die Betriebszustandssignalleitung kann zwischen Schaltelementen, die Sensoren für unterschiedliche Betriebsmessgrößen (beispielsweise Temperatur oder Druck) zugeordnet sind, einfach durchgeschleift werden.The operating state signal line can be easily looped through between switching elements that are assigned sensors for different operating variables (for example, temperature or pressure).

Besonders zum Tragen kommt der Vorteil der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung bei deren Verwendung in einer elektrochemischen Vorrichtung mit mehreren elektrochemischen Zellen, in welcher wiederum mehrere, vorzugsweise alle, elektrochemische Zellen mit mindestens einem Sensor versehen sind, da auch hier die Betriebszustandssignalleitung einfach durch die den Sensoren zugeordneten Schaltelemente durchgeschleift werden kann. So ist für eine beliebig große Anzahl von Sensoren immer eine Betriebszustandssignalleitung (mit einem zu der Auswertungsvorrichtung hinführenden Abschnitt und einem von der Auswertungsvorrichtung wegführenden Abschnitt) ausreichend.Particularly useful is the advantage of the monitoring device according to the invention when used in an electrochemical device with a plurality of electrochemical cells, in which in turn several, preferably all, electrochemical cells are provided with at least one sensor, since also here the operating state signal line simply by the sensors associated switching elements can be looped through. Thus, an operating state signal line (with a section leading to the evaluation device and a section leading away from the evaluation device) is always sufficient for an arbitrarily large number of sensors.

Beide Abschnitte der Betriebszustandssignalleitung können in einem Leitungspaar von den elektrochemischen Zellen zu der Auswertungsvorrichtung geführt werden.Both sections of the operating state signal line can be guided in a line pair from the electrochemical cells to the evaluation device.

Die Auswertungsvorrichtung kann eine einfach aufgebaute Elektronik aufweisen, da die Auswertungselektronik nur auf eine Zustandsveränderung des Betriebszustandssignals hin einen vorgegebenen Befehl, insbesondere die Einleitung einer Schutzmaßnahme, ausführen muss.The evaluation device may have a simply constructed electronics, since the evaluation electronics only on a state change of the operating state signal out a predetermined command, in particular the initiation of a protective measure must perform.

Bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung geht die Ortsinformation über den Sensor verloren, welcher den Übergang des Betriebszustandssignals vom Normalzustand in den kritischen Zustand ausgelöst hat. Diese Information ist jedoch im Allgemeinen unnötig, da die im Falle eines kritischen Zustands des Betriebszustandssignals ausgelösten Schutzmaßnahmen nicht auf einzelne elektrochemische Zellen bezogen sind.In the monitoring device according to the invention, the location information about the sensor is lost, which has triggered the transition of the operating state signal from the normal state to the critical state. However, this information is generally unnecessary, since the protective measures triggered in the event of a critical state of the operating state signal are not related to individual electrochemical cells.

Ferner geht bei der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung die Information über den genauen Wert der Betriebsmessgröße, welche den Übergang des Betriebszustandssignals vom Normalzustand in den kritischen Zustand ausgelöst hat, verloren. Es wird lediglich die Information übertragen, ob der gemessene Wert der Betriebsmessgröße innerhalb eines fest vorgegebenen oder vorher eingestellten zulässigen Bereiches liegt. Auf die Information über den genauen Signalwert kann jedoch in vielen Fällen verzichtet werden, da für viele Überwachungsstrategien der genaue Signalwert nicht benötigt wird.Furthermore, in the monitoring device according to the invention, the information about the exact value of the Betriebsmessgröße, which has triggered the transition of the operating state signal from the normal state to the critical state, lost. Only the information is transmitted as to whether the measured value of the measured variable is within a fixed or previously set permissible range. However, the information about the precise signal value can be dispensed with in many cases, because for many monitoring strategies the exact signal value is not needed.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.Further features and advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung, die zwei elektrochemische Zellen umfasst, wobei jeder elektrochemischen Zelle ein Schaltelement zugeordnet ist, das mit mindestens einem Sensor gekoppelt ist, der eine Betriebsmessgröße der jeweiligen elektrochemischen Zelle erfasst, und ein Betriebszustandssignal in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung anzeigt, umschaltet, und wobei die elektrochemische Vorrichtung ferner eine Strom- oder Spannungsquelle für die Erzeugung des Betriebszustandssignals und eine Auswertungsvorrichtung zum Überwachen des Zustands des Betriebszustandssignals umfasst; 1 a schematic representation of an electrochemical device comprising two electrochemical cells, each electrochemical cell is associated with a switching element which is coupled to at least one sensor which detects an operating variable of the respective electrochemical cell, and an operating state signal in response to the detected measured value of the Betriebsmessgröße from a normal state indicative of proper operation of the electrochemical device to a critical state indicative of improper operation of the electrochemical device, and wherein the electrochemical device further comprises a current or voltage source for generating the operational state signal and an evaluation device for Monitoring the state of the operating state signal comprises;

2 eine Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer Betriebsmessgröße (Temperatur am Sensor), des Betriebszustandssignals (Schaltersignal) und der von der Auswertungsvorrichtung eingeleitete Schutzmaßnahmen im normalen Betrieb und im kritischen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung; 2 a representation of the time course of a Betriebsmessgröße (temperature at the sensor), the operating state signal (switch signal) and introduced by the evaluation protective measures in normal operation and critical operation of the electrochemical device;

3 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung mit vier elektrochemischen Zellen, deren Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, wobei die Schaltelemente jeweils einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweisen und die Signalausgänge dreier Schaltelemente jeweils mit einem Signaleingang eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals auf dieses Schaltelement folgenden Schaltelements verbunden sind; 3 a schematic representation of an electrochemical device with four electrochemical cells whose switching elements are connected in series, wherein the switching elements each have a signal input and a signal output and the signal outputs of three switching elements each having a signal input of the im Signal path of the operating state signal are connected to this switching element following switching element;

4 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung mit vier elektrochemischen Zellen, deren Schaltelemente in Reihe geschaltet sind, wobei die Schaltelemente jeweils einen Signaleingang und einen Signalausgang aufweisen, die Signalausgänge zweier Schaltelemente mit einem Signalausgang eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals auf das jeweilige Schaltelement folgenden Schaltelements verbunden sind und der Signaleingang eines Schaltelements mit einem Signaleingang eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals auf das betreffende Schaltelement folgenden Schaltelements verbunden ist; 4 a schematic representation of an electrochemical device with four electrochemical cells whose switching elements are connected in series, wherein the switching elements each have a signal input and a signal output, the signal outputs of two switching elements are connected to a signal output of a signal path of the operating state signal to the respective switching element switching element and the signal input of a switching element is connected to a signal input of a switching element following in the signal path of the operating state signal to the relevant switching element;

5 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle mit einem Schaltelement einschließlich eines Sensors, das im Innenraum eines Gehäuses der elektrochemischen Zelle angeordnet ist; 5 a schematic representation of an electrochemical cell with a switching element including a sensor disposed in the interior of a housing of the electrochemical cell;

6 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle mit einem Schaltelement einschließlich eines Sensors, das an einer Durchtrittsöffnung eines Zellgehäuses der elektrochemischen Zelle angeordnet ist; 6 a schematic representation of an electrochemical cell with a switching element including a sensor which is arranged at a passage opening of a cell housing of the electrochemical cell;

7 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle mit einem Schaltelement einschließlich eines Sensors, das an einer Außenseite eines Zellgehäuses der elektrochemischen Zelle angeordnet ist; 7 a schematic representation of an electrochemical cell with a switching element including a sensor which is disposed on an outer side of a cell housing of the electrochemical cell;

8 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle, in deren Innenraum mehrere, beispielsweise drei, Schaltelemente (einschließlich mindestens jeweils eines dem betreffenden Schaltelement zugeordneten Sensors) angeordnet sind, welche in Reihenschaltung miteinander verbunden sind; 8th a schematic representation of an electrochemical cell, in the interior of several, for example three, switching elements (including at least one respective switching element associated sensor) are arranged, which are connected in series with each other;

9 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Vorrichtung mit vier elektrochemischen Zellen, deren Schaltelemente in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind; und 9 a schematic representation of an electrochemical device with four electrochemical cells whose switching elements are connected in a parallel circuit with each other; and

10 eine schematische Darstellung einer elektrochemischen Zelle mit zwei Schaltelementen (einschließlich jeweils mindestens eines dem betreffenden Schaltelement zugeordneten Sensors), wobei die Schaltelemente in einem Innenraum eines Zellgehäuses der elektrochemischen Zelle angeordnet und in Parallelschaltung miteinander verbunden sind. 10 a schematic representation of an electrochemical cell with two switching elements (including in each case at least one sensor associated with the relevant switching element), wherein the switching elements are arranged in an interior of a cell housing of the electrochemical cell and connected to each other in parallel.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.Identical or functionally equivalent elements are denoted by the same reference numerals in all figures.

Eine in 1 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete elektrochemische Vorrichtung umfasst mehrere, beispielsweise zwei, elektrochemische Zellen 102, insbesondere eine erste elektrochemische Zelle 102a und eine zweite elektrochemische Zelle 102b.An in 1 shown as a whole with 100 referred to electrochemical device comprises a plurality, for example two, electrochemical cells 102 , in particular a first electrochemical cell 102 and a second electrochemical cell 102b ,

Jede elektrochemische Zelle 102 umfasst ein Zellgehäuse 106, ein in dem Zellgehäuse 106 angeordnetes elektrochemisches Element 112 mit mindestens einem ersten Anschluss 114 und mindestens einem zweiten Anschluss 116, ein erstes Zellterminal 118 und ein zweites Zellterminal 120, einen das erste Zellterminal 118 mit dem ersten Anschluss 114 des elektrochemischen Elements 112 elektrisch leitend verbindenden ersten Verbindungsleiter 122, einen das zweite Zellterminal 120 elektrisch leitend mit dem zweiten Anschluss 116 des elektrochemischen Elements 112 verbindenden zweiten Verbindungsleiter 124, ein den ersten Verbindungsleiter 122 und/oder das erste Zellterminal 118 im Bereich eines Durchbruchs durch das Zellgehäuse 106 umgebendes und gegen das Zellgehäuse 106 abdichtendes erstes Dichtelement 126 und ein den zweiten Verbindungsleiter 124 und/oder das zweite Zellterminal 120 im Bereich eines Durchbruchs durch das Zellgehäuse 106 umgebendes und gegen das Zellgehäuse 106 abdichtendes zweites Dichtelement 128.Every electrochemical cell 102 includes a cell housing 106 , one in the cell case 106 arranged electrochemical element 112 with at least one first connection 114 and at least one second port 116 , a first cell terminal 118 and a second cell terminal 120 , the first cell terminal 118 with the first connection 114 of the electrochemical element 112 electrically connecting first connecting conductor 122 , one the second cell terminal 120 electrically conductive with the second connection 116 of the electrochemical element 112 connecting second connecting conductor 124 , a first connecting conductor 122 and / or the first cell terminal 118 in the area of a breakthrough through the cell housing 106 surrounding and against the cell housing 106 sealing first sealing element 126 and a second connection conductor 124 and / or the second cell terminal 120 in the area of a breakthrough through the cell housing 106 surrounding and against the cell housing 106 sealing second sealing element 128 ,

Die Zellterminals 118 und 120 können mittels (nicht dargestellter) Zellverbinder oder Anschlusselemente elektrisch leitend mit den Zellterminals anderer elektrochemischer Zellen 102 oder mit Stromanschlüssen der elektrochemischen Vorrichtung 100 verbunden werden.The cell terminals 118 and 120 can by means (not shown) cell connectors or connecting elements electrically conductive with the cell terminals of other electrochemical cells 102 or with power connections of the electrochemical device 100 get connected.

Das elektrochemische Element 112 kann beispielsweise als ein Zellwickel oder ein Zellstapel ausgebildet sein.The electrochemical element 112 For example, it may be formed as a cell coil or a cell stack.

Das elektrochemische Element 112 enthält die elektrochemisch aktiven Bestandteile der elektrochemischen Zelle 102, insbesondere einen Elektrolyten und zwei Elektroden, welche mit jeweils einem der Anschlüsse 114 beziehungsweise 116 des elektrochemischen Elements 112 verbunden sind.The electrochemical element 112 contains the electrochemically active components of the electrochemical cell 102 , in particular an electrolyte and two electrodes, each with one of the terminals 114 respectively 116 of the electrochemical element 112 are connected.

Ferner umfasst jede elektrochemische Zelle 102 jeweils ein Schaltelement 130, das bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 angeordnet ist.Furthermore, each electrochemical cell comprises 102 each a switching element 130 that at the in 1 illustrated embodiment in an interior 132 of the cell housing 106 is arranged.

Das Schaltelement 130 ist mit mindestens einem Sensor gekoppelt, der eine Betriebsmessgröße der jeweils zugeordneten elektrochemischen Zelle 102 erfasst, beispielsweise eine Temperatur, einen Druck oder die Konzentration eines Gases.The switching element 130 is coupled to at least one sensor, which is a Betriebsmessgröße the respective associated electrochemical cell 102 detects, for example, a temperature, a pressure or the concentration of a gas.

Jedes Schaltelement 130 weist einen Signaleingang 134 und einen Signalausgang 136 auf.Each switching element 130 has a signal input 134 and a signal output 136 on.

Die Schaltelemente 130 mehrerer, beispielsweise zweier, elektrochemischer Zellen 102 sind in einem Betriebszustandssignalstromkreis 138, der eine Betriebszustandssignalleitung 140 umfasst, miteinander in Reihe geschaltet. The switching elements 130 several, for example, two, electrochemical cells 102 are in an operating condition signal circuit 138 , which is an operating condition signal line 140 includes, connected in series with each other.

Der Betriebszustandssignalstromkreis 138 umfasst ferner eine Strom- oder Spannungsquelle 142 und eine Auswertungsvorrichtung 144.The operating condition signal circuit 138 further includes a source of current or voltage 142 and an evaluation device 144 ,

Die Betriebszustandssignalleitung 140 führt von einem Pol der Strom- oder Spannungsquelle 142 durch die Schaltelemente 130 der elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 zu der Auswertungsvorrichtung 144 und von dort zu dem anderen Pol der Strom- oder Spannungsquelle 142.The operating state signal line 140 leads from one pole of the current or voltage source 142 through the switching elements 130 the electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 to the evaluation device 144 and from there to the other pole of the current or voltage source 142 ,

Die Strom- oder Spannungsquelle 142 prägt auf den Betriebszustandssignalstromkreis 138 eine Spannung auf, insbesondere eine zeitlich variierende Spannung, vorzugsweise eine Wechselspannung.The current or voltage source 142 imprints on the operating state signal circuit 138 a voltage, in particular a time-varying voltage, preferably an alternating voltage.

Die aufgeprägte Spannung kann beispielsweise eine Rechteckspannung von beispielsweise 2,1 V sein.The impressed voltage can be, for example, a square-wave voltage of 2.1 V, for example.

Die von der Strom- oder Spannungsquelle 142 aufgeprägte Spannung bildet den Normalzustand eines Betriebszustandssignals, wobei der Normalzustand einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 anzeigt.The from the power or voltage source 142 impressed voltage forms the normal state of an operating state signal, the normal state of a proper operation of the electrochemical device 100 displays.

Die Auswertungsvorrichtung 144 überwacht den Zustand des Betriebszustandssignals, beispielsweise durch eine Strommessung.The evaluation device 144 monitors the state of the operating state signal, for example by a current measurement.

Solange der von der Auswertungsvorrichtung 144 überwachte Zustand des Betriebszustandssignals dem Normalzustand, das heißt der von der Strom- oder Spannungsquelle aufgeprägten Spannung, entspricht, löst die Auswertungsvorrichtung 144 keine Schutzmaßnahme aus.As long as the of the evaluation device 144 supervised state of the operating state signal to the normal state, that is, the voltage impressed by the current or voltage source corresponds, triggers the evaluation device 144 no protective measure.

Die Schaltelemente 130 der elektrochemischen Zellen 102 sind als Öffner ausgebildet.The switching elements 130 the electrochemical cells 102 are designed as openers.

Solange die mit den Schaltelementen 130 gekoppelten Sensoren eine ordnungsgemäße Funktion der jeweiligen elektrochemischen Zelle 102 anzeigen, sind die Schaltelemente 130 alle geschlossen, das heißt sie lassen ein dem Normalzustand des Betriebszustandssignals entsprechendes Signal, insbesondere einen der dem Betriebszustandssignalstromkreis 138 von der Strom- oder Spannungsquelle 142 aufgeprägten Strom, passieren.As long as the with the switching elements 130 coupled sensors proper operation of the respective electrochemical cell 102 Show are the switching elements 130 all closed, that is, they leave a signal corresponding to the normal state of the operating state signal, in particular one of the operating state signal circuit 138 from the power or voltage source 142 imprinted current, happen.

Dies ist schematisch in 2 dargestellt.This is schematically in 2 shown.

Wenn die mit den Schaltelementen 130 gekoppelten Sensoren der elektrochemischen Zellen 102 Temperatursensoren sind, so bleiben die Schaltelemente 130 geschlossen, solange die von jedem Sensor gemessene Temperatur unterhalb eines Schwellenwerts Tkritisch bleibt, was in dem Schaubild von 2 bis zum Zeitpunkt tS der Fall ist. Während dieses normalen Betriebs der elektrochemischen Vorrichtung 100 bleibt das Betriebszustandssignal in seinem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 anzeigt (entsprechend dem Schaltersignal "1" in 2).When the with the switching elements 130 coupled sensors of electrochemical cells 102 Temperature sensors are, so remain the switching elements 130 closed as long as the temperature sensed by each sensor remains critical below a threshold T, which is shown in the graph of FIG 2 until the time t S is the case. During this normal operation of the electrochemical device 100 the operating state signal remains in its normal state, the proper operation of the electrochemical device 100 indicates (corresponding to the switch signal "1" in 2 ).

Da die Auswertungsvorrichtung 144 während dieses normalen Betriebs keine Schutzmaßnahmen einleitet, ist der für die Schutzmaßnahmen im Schaubild von 2 angezeigte Wert "0".As the evaluation device 144 during this normal operation does not initiate any protective measures, that for the protective measures in the diagram of 2 displayed value "0".

Wenn nun der von einem Temperatursensor gemessene Temperaturwert den Schwellenwert Tkritisch erreicht oder überschreitet, was ab dem Zeitpunkt tS der Fall ist, öffnet das das dem betreffenden Temperatursensor zugeordnete Schaltelement 130, so dass der Signalpfad vom Signaleingang 134 des betreffenden Schaltelements 130 zu dessen Signalausgang 136 unterbrochen wird.If the temperature value measured by a temperature sensor now critically reaches or exceeds the threshold value T, which is the case from time t S , this opens the switching element associated with the relevant temperature sensor 130 so that the signal path from the signal input 134 of the relevant switching element 130 to its signal output 136 is interrupted.

Das Betriebszustandssignal geht hierdurch von seinem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 anzeigt, in seinen kritischen Zustand über, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 anzeigt.The operating state signal thereby comes from its normal state, the proper operation of the electrochemical device 100 indicates, in its critical state, that improper operation of the electrochemical device 100 displays.

Im diskutierten Ausführungsbeispiel geht insbesondere der im Betriebszustandssignalstromkreis 138 fließende Strom, der von der Auswertungsvorrichtung 144 gemessen wird, auf null zurück, weil der Stromkreis von mindestens einem Signalelement 130 unterbrochen worden ist.In the discussed embodiment, in particular, the operating state signal circuit is used 138 flowing electricity from the evaluation device 144 is measured to zero because of the circuit of at least one signal element 130 has been interrupted.

Der kritische Zustand des Betriebszustandssignals entspricht dem Schaltersignal "0" im Schaubild von 2.The critical state of the operating state signal corresponds to the switch signal "0" in the graph of 2 ,

Sobald die Auswertungsvorrichtung 144 detektiert, dass das Betriebszustandssignal in den kritischen Zustand umgeschaltet worden ist, löst die Auswertungsvorrichtung 144 mindestens eine Schutzmaßnahme für die elektrochemische Vorrichtung aus, was im Schaubild von 2 dem Wert "1" für die Schutzmaßnahmen entspricht.As soon as the evaluation device 144 detects that the operating state signal has been switched to the critical state, triggers the evaluation device 144 at least one protective measure for the electrochemical device, which is shown in the graph of 2 corresponds to the value "1" for the protective measures.

Eine solche Schutzmaßnahme kann darin bestehen, dass, beispielsweise über einen Schutzschalter, die elektrische Verbindung zwischen den elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 und einem an die elektrochemische Vorrichtung 100 angeschlossenen (nicht dargestellten) Verbraucher, beispielsweise einem Elektromotor, getrennt wird.Such a protective measure may consist in that, for example via a circuit breaker, the electrical connection between the electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 and one to the electrochemical device 100 connected (not shown) consumer, such as an electric motor is disconnected.

Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine von der Auswertungsvorrichtung 144 ausgelöste Schutzmaßnahme eine Drosselung einer Leistungsabgabe der elektrochemischen Vorrichtung 100 an den Verbraucher, eine Erhöhung einer Kühlleistung einer Kühlvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung 100 und/oder eine Ausgabe eines Warnsignals, insbesondere eines akustischen und/oder optischen Warnsignals, sein. Alternatively or additionally, one of the evaluation device 144 Protective measure triggered a throttling of a power output of the electrochemical device 100 to the consumer, an increase in a cooling capacity of a cooling device of the electrochemical device 100 and / or an output of a warning signal, in particular an audible and / or visual warning signal.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der in 1 dargestellten elektrochemischen Vorrichtung 100 ist jedem Schaltelement 130 nicht nur ein einziger Sensor, beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder ein Gaskonzentrationssensor, zugeordnet, sondern ist jedes Schaltelement 130 mit mehreren solcher Sensoren gekoppelt, wobei das Erreichen eines Schwellenwerts einer der Betriebsmessgrößen, beispielsweise einer Temperatur, eines Drucks oder einer Gaskonzentration, an mindestens einem der mit einem Schaltelement 130 gekoppelten Sensoren dazu ausreicht, das Schaltelement 130 in den offenen Zustand zu schalten, in welchem der Signalpfad durch das Schaltelement 130 unterbrochen ist.In a preferred embodiment of in 1 represented electrochemical device 100 is every switching element 130 not just a single sensor, such as a temperature sensor, a pressure sensor or a gas concentration sensor, but is each switching element 130 coupled to a plurality of such sensors, wherein reaching a threshold of one of the operating measures, such as a temperature, a pressure or a gas concentration, at least one of the with a switching element 130 coupled sensors sufficient to the switching element 130 to switch to the open state in which the signal path through the switching element 130 is interrupted.

Unabhängig von der Anzahl der jeweils mit den Schaltelementen 130 der elektrochemischen Zellen 102 gekoppelten Sensoren genügt aber stets eine einzige Betriebszustandssignalleitung 140, um den Übergang der elektrochemischen Vorrichtung 100 von einem ordnungsgemäßen Betrieb in einen kritischen Betriebszustand, in dem mindestens eine Betriebsmessgröße an mindestens einer elektrochemischen Zelle 102 einen kritischen Wert annimmt, anzuzeigen und mittels der Auswertungsvorrichtung 144 zu detektieren.Regardless of the number of each with the switching elements 130 the electrochemical cells 102 coupled sensors but always sufficient one single operating state signal line 140 to the transition of the electrochemical device 100 from a proper operation to a critical operating condition, in which at least one operating variable is applied to at least one electrochemical cell 102 takes a critical value to display and by means of the evaluation device 144 to detect.

Da das von der Betriebszustandssignalleitung 140 transportierte Betriebszustandssignal der elektrochemischen Vorrichtung 100 entweder den Normalzustand oder den kritischen Zustand und somit stets einen von nur zwei möglichen Zuständen annimmt, ist das Betriebszustandssignal ein bivalentes Signal, das stets einen von nur zwei möglichen Zuständen innehat, so dass eine Änderung des Zustands des Betriebszustandssignals besonders einfach und zuverlässig detektierbar ist.Since that of the operating state signal line 140 transported operating state signal of the electrochemical device 100 either the normal state or the critical state and thus always assumes one of only two possible states, the operating state signal is a bivalent signal, which always has one of only two possible states, so that a change in the state of the operating state signal is particularly easy and reliable detectable.

Eine bevorzugte Verschaltung von Schaltelementen 130 verschiedener elektrochemischer Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 in Reihenschaltung ist in 3 dargestellt.A preferred interconnection of switching elements 130 different electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 in series connection is in 3 shown.

Dabei wird die Betriebszustandssignalleitung 140 an einen Signaleingang 134 eines Schaltelements 130 einer ersten elektrochemischen Zelle 102a angeschlossen.At this time, the operating condition signal line becomes 140 to a signal input 134 a switching element 130 a first electrochemical cell 102 connected.

Der Signalausgang 136 dieses Schaltelements 130 wird über eine Zwischenleitung 146 mit dem Signaleingang 134 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102b verbunden.The signal output 136 this switching element 130 is via an intermediate line 146 with the signal input 134 of the switching element 130 another electrochemical cell 102b connected.

Der Signalausgang 136 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102b wird über eine weitere Zwischenleitung 146 mit dem Signaleingang 134 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102c verbunden.The signal output 136 of the switching element 130 the electrochemical cell 102b is via another intermediate line 146 with the signal input 134 of the switching element 130 another electrochemical cell 102c connected.

Der Signalausgang 136 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102c wird mittels einer weiteren Zwischenleitung 146 mit dem Signaleingang 134 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102d verbunden.The signal output 136 of the switching element 130 the electrochemical cell 102c is by means of another intermediate line 146 with the signal input 134 of the switching element 130 another electrochemical cell 102d connected.

Der Signalausgang 136 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102d ist an die Betriebszustandssignalleitung 140 angeschlossen.The signal output 136 of the switching element 130 the electrochemical cell 102d is to the operating condition signal line 140 connected.

Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann auch weniger oder mehr als vier elektrochemische Zellen 102 umfassen, deren Schaltelemente 130 in der vorstehend beschriebenen Weise in Reihe geschaltet sind, wobei die Polarität des Betriebszustandssignals an jedem Signaleingang 134 und an jedem Signalausgang 136 der Schaltelemente 130 der elektrochemischen Zellen 102 jeweils gleich ist.The electrochemical device 100 may also have fewer or more than four electrochemical cells 102 include, their switching elements 130 are connected in series in the manner described above, wherein the polarity of the operating state signal at each signal input 134 and at each signal output 136 the switching elements 130 the electrochemical cells 102 is the same.

Hierdurch ist es insbesondere möglich, die mit jeweils einem Schaltelement 130 gekoppelten Sensoren über den Betriebszustandssignalstromkreis 138 mit der erforderlichen Betriebsspannung zu versorgen und somit die Energiezufuhr zu diesen Sensoren über den Betriebszustandssignalstromkreis 138 durchzuführen.This makes it possible in particular, each with a switching element 130 coupled sensors via the operating state signal circuit 138 to supply the required operating voltage and thus the power supply to these sensors via the operating state signal circuit 138 perform.

Eine alternative Verschaltung der Schaltelemente 130 der elektrochemischen Zellen 102 einer elektrochemischen Vorrichtung 100, bei welcher die Schaltelemente 130 in Reihe geschaltet werden, ist in 4 dargestellt.An alternative interconnection of the switching elements 130 the electrochemical cells 102 an electrochemical device 100 in which the switching elements 130 to be connected in series is in 4 shown.

Dabei wird die Betriebszustandssignalleitung 140 an den Signaleingang 134 des Schaltelements 130 einer ersten elektrochemischen Zelle 102a angeschlossen.At this time, the operating condition signal line becomes 140 to the signal input 134 of the switching element 130 a first electrochemical cell 102 connected.

Der Signalausgang 136 dieses Schaltelements 130 wird über eine Zwischenleitung 146 mit dem Signalausgang 136 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102b verbunden.The signal output 136 this switching element 130 is via an intermediate line 146 with the signal output 136 of the switching element 130 another electrochemical cell 102b connected.

Der Signaleingang 134 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102b wird über eine weitere Zwischenleitung 146 mit dem Signaleingang 134 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102c verbunden.The signal input 134 of the switching element 130 the electrochemical cell 102b is via another intermediate line 146 with the signal input 134 of the switching element 130 another electrochemical cell 102c connected.

Der Signalausgang 136 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102c wird über eine Zwischenleitung 146 mit dem Signalausgang 136 des Schaltelements 130 einer weiteren elektrochemischen Zelle 102d verbunden.The signal output 136 of the switching element 130 the electrochemical cell 102c is via an intermediate line 146 with the signal output 136 of the switching element 130 another electrochemical cell 102d connected.

Der Signaleingang 134 des Schaltelements 130 der elektrochemischen Zelle 102d wird an die Betriebszustandssignalleitung 140 angeschlossen.The signal input 134 of the switching element 130 the electrochemical cell 102d is applied to the operating condition signal line 140 connected.

Die elektrochemische Vorrichtung 100 kann auch bei dieser Verschaltungsform weniger als vier elektrochemische Zellen oder mehr als vier elektrochemische Zellen 102 umfassen.The electrochemical device 100 may also be less than four electrochemical cells or more than four electrochemical cells in this form of connection 102 include.

Bei dieser Verschaltungsweise weist das Betriebszustandssignal an den Signaleingängen 134 und an den Signalausgängen 136 verschiedener elektrochemischer Zellen 102 unterschiedliche Polaritäten auf.In this Verschaltungsweise the operating state signal at the signal inputs 134 and at the signal outputs 136 different electrochemical cells 102 different polarities.

Wenn es für die Versorgung der mit den Schaltelementen 130 gekoppelten Sensoren auf die Polarität einer Betriebsspannung des jeweiligen Sensors ankommt, kann bei dieser Verschaltungsform daher die für die Sensoren erforderliche Betriebsspannung nicht über den Betriebszustandssignalstromkreis 138 bereitgestellt und die Energie für den Betrieb der Sensoren nicht durch den Betriebszustandssignalstromkreis 138 zugeführt werden.If it is for the supply of the switching elements 130 coupled sensors on the polarity of an operating voltage of the respective sensor arrives, therefore, in this Verschaltungsform required for the sensors operating voltage is not on the operating state signal circuit 138 provided and the energy for the operation of the sensors not by the operating state signal circuit 138 be supplied.

Wenn es hingegen für den Betrieb der mit den Schaltelementen 130 gekoppelten Sensoren nicht auf die Polarität der Betriebsspannung ankommt, kann auch bei der in 4 dargestellten Verschaltungsweise die Betriebsspannung für die Sensoren mittels des Betriebszustandssignalstromkreises 138 bereitgestellt und die für den Betrieb der Sensoren benötigte Energie über den Betriebszustandssignalstromkreis 138 zugeführt werden.If, however, it is for the operation of the switching elements 130 coupled sensors do not depend on the polarity of the operating voltage, can also be found in the 4 shown wiring method, the operating voltage for the sensors by means of the operating state signal circuit 138 provided and the energy required for the operation of the sensors on the operating state signal circuit 138 be supplied.

Die 5 bis 7 zeigen beispielhaft verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung eines Schaltelements 130 an einer elektrochemischen Zelle 102, welcher das Schaltelement 130 zugeordnet ist.The 5 to 7 show by way of example various possibilities for the arrangement of a switching element 130 on an electrochemical cell 102 which the switching element 130 assigned.

Bei der in 5 dargestellten Anordnungsmöglichkeit ist das Schaltelement 130 im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet.At the in 5 Arrangement option shown is the switching element 130 in the interior 132 of the cell housing 106 the electrochemical cell 102 arranged.

Diese Variante eignet sich insbesondere dazu, Betriebsmessgrößen direkt im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 zu messen.This variant is particularly suitable for operating measurements directly in the interior 132 of the cell housing 106 to eat.

Zwei Abschnitte der Betriebszustandssignalleitung 140 werden bei dieser Ausführungsform vorzugsweise durch das Zellgehäuse 106 hindurch geführt.Two sections of the operating state signal line 140 are preferably through the cell housing in this embodiment 106 passed through.

An den Durchführungsstellen ist vorzugsweise eine Dichtung angeordnet.At the lead-through points, a seal is preferably arranged.

Bei der in 6 dargestellten Anordnungsvariante ist das Schaltelement 130 an einer Durchtrittsöffnung 148 des Zellgehäuses 106 angeordnet, durch welche das Schaltelement 130 in Fluidverbindung mit dem Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 steht.At the in 6 shown arrangement variant is the switching element 130 at a passage opening 148 of the cell housing 106 arranged, through which the switching element 130 in fluid communication with the interior 132 of the cell housing 106 stands.

Hierdurch ist eine direkte Verbindung des Schaltelements 130 mit der Atmosphäre im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 gegeben, so dass eine Temperatur, ein Druck und/oder eine Gaskonzentration im Innenraum 132 hinreichend genau bestimmt werden können.This is a direct connection of the switching element 130 with the atmosphere in the interior 132 of the cell housing 106 given, so that a temperature, a pressure and / or a gas concentration in the interior 132 can be determined with sufficient accuracy.

Bei der in 7 dargestellten Anordnungsvariante ist das Schaltelement 130 an einer Außenseite 150 des Zellgehäuses 106 angeordnet, ohne dass durch eine Durchtrittsöffnung 148 hindurch eine Fluidverbindung mit dem Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 besteht.At the in 7 shown arrangement variant is the switching element 130 on an outside 150 of the cell housing 106 arranged without passing through a passage opening 148 through a fluid connection with the interior 132 of the cell housing 106 consists.

Hierdurch ist es nicht möglich, den Druck oder eine Gaskonzentration im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 hinreichend genau zu erfassen.As a result, it is not possible, the pressure or a gas concentration in the interior 132 of the cell housing 106 to grasp with sufficient accuracy.

Diese Anordnung des Schaltelements 130 eignet sich aber immer noch dazu, die Temperatur im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 mit hinreichender Genauigkeit zu erfassen.This arrangement of the switching element 130 but is still suitable to the temperature in the interior 132 of the cell housing 106 to capture with sufficient accuracy.

Bei den Anordnungsvarianten aus den 6 und 7 muss die Betriebszustandssignalleitung 140 nicht durch das Zellgehäuse 106 hindurch geführt werden, so dass auch eine Abdichtung einer Durchführung der Betriebszustandssignalleitung 140 durch das Zellgehäuse 106 entfällt.In the arrangement variants of the 6 and 7 must the operating state signal line 140 not through the cell case 106 be passed through, so that also a seal implementation of the operating state signal line 140 through the cell case 106 eliminated.

Die mit dem jeweiligen Schaltelement 130 gekoppelten Sensoren für jeweils eine Betriebsmessgröße der elektrochemischen Zelle 102, beispielsweise für eine Temperatur, einen Druck oder eine Gaskonzentration der elektrochemischen Zelle 102, sind in das jeweilige Schaltelement 130 integriert.The with the respective switching element 130 coupled sensors for each operating measurement of the electrochemical cell 102 For example, for a temperature, pressure or gas concentration of the electrochemical cell 102 , are in the respective switching element 130 integrated.

Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, einen oder mehrere mit einem Schaltelement 130 gekoppelte Sensoren räumlich von dem jeweils zugeordneten Schaltelement 130 getrennt anzuordnen.In principle, it would also be possible to have one or more with a switching element 130 coupled sensors spatially from the respective associated switching element 130 to arrange separately.

So könnte insbesondere vorgesehen sein, dass das Schaltelement 130 außerhalb des Zellgehäuses 106 der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet ist, während ein oder mehrere mit dem Schaltelement 130 gekoppelte Sensoren im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 angeordnet sind.So could be provided in particular that the switching element 130 outside the cell housing 106 the electrochemical cell 102 is arranged while one or more with the switching element 130 coupled sensors in the interior 132 of the cell housing 106 are arranged.

In diesem Fall muss mindestens eine Kopplungsleitung, welche den Sensor mit dem zugeordneten Schaltelement 130 verbindet, durch das Zellgehäuse 106 hindurch geführt werden.In this case, at least one coupling line, which has the sensor with the associated switching element 130 connects, through the cell case 106 be guided through.

Eine Durchführung der Betriebszustandssignalleitung 140 durch das Zellgehäuse 106 ist in diesem Fall jedoch nicht erforderlich.A performance of the operating state signal line 140 through the cell case 106 is not required in this case.

Grundsätzlich können die vorstehend beschriebenen und insbesondere die in den 5 bis 7 dargestellten Anordnungsvarianten für das Schaltelement 130 in den verschiedenen elektrochemischen Zellen 102 einer elektrochemischen Vorrichtung 100 in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.In principle, those described above and in particular those in the 5 to 7 shown arrangement variants for the switching element 130 in the different electrochemical cells 102 an electrochemical device 100 be combined in any way.

Aus Gründen einer rationalisierten Produktion ist es jedoch günstig, wenn alle elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100, einschließlich der daran angeordneten Schaltelemente 130 und Sensoren, im Wesentlichen identisch miteinander ausgebildet sind.However, for reasons of rationalized production, it is beneficial if all electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 including the switching elements disposed thereon 130 and sensors are formed substantially identical to each other.

Bei der Ausführungsform einer elektrochemischen Zelle 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 gemäß 8 ist der elektrochemischen Zelle 102 nicht nur ein einziges Schaltelement 130 zugeordnet; vielmehr weist die elektrochemische Zelle 102 mehrere, beispielsweise drei, Schaltelemente 130a, 130b, 130c auf, welche im Betriebszustandssignalstromkreis 138 miteinander in Reihe geschaltet sind.In the embodiment of an electrochemical cell 102 the electrochemical device 100 according to 8th is the electrochemical cell 102 not just a single switching element 130 assigned; rather, the electrochemical cell has 102 several, for example three, switching elements 130a . 130b . 130c which is in the operating state signal circuit 138 connected in series with each other.

Dabei sind die Schaltelemente 130 in 8 beispielhaft so dargestellt, dass sie im Innenraum 132 des Zellgehäuses 106 der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet sind.Here are the switching elements 130 in 8th exemplified as being in the interior 132 of the cell housing 106 the electrochemical cell 102 are arranged.

Grundsätzlich kann jedes dieser Schaltelemente 130 aber auch in anderer Position an der elektrochemischen Zelle 102 angeordnet sein, also beispielsweise auch an einer Durchtrittsöffnung 148 des Zellgehäuses 106 oder an der Außenseite 150 des Zellgehäuses 106.In principle, each of these switching elements 130 but also in a different position on the electrochemical cell 102 be arranged, so for example also at a passage opening 148 of the cell housing 106 or on the outside 150 of the cell housing 106 ,

Alle diese Schaltelemente 130 sind als Öffner ausgebildet, das heißt sie unterbrechen den Signalpfad des Betriebszustandssignals durch das jeweilige Schaltelement 130, wenn mindestens ein mit dem jeweiligen Schaltelement 130 gekoppelter Sensor einen Wert für die jeweils ermittelte Betriebsmessgröße (beispielsweise Temperatur, Druck oder Gaskonzentration) erfasst, welcher einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Zelle 102 anzeigt.All these switching elements 130 are designed as openers, that is they interrupt the signal path of the operating state signal by the respective switching element 130 if at least one with the respective switching element 130 coupled sensor detects a value for each determined Betriebsmessgröße (for example, temperature, pressure or gas concentration), which is an improper operation of the electrochemical cell 102 displays.

Im ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann das dem Betriebszustandssignalstromkreis 138 aufgeprägte Betriebszustandssignal in seinem Normalzustand also die in Reihe geschalteten Schaltelemente 130 passieren.In the proper operation of the electrochemical device 100 this can be the operating state signal circuit 138 impressed operating state signal in its normal state so the series-connected switching elements 130 happen.

Insbesondere fließt im ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 ein Ruhestrom durch die Schaltelemente 130 des Betriebszustandssignalstromkreises 138.In particular, flows in the proper operation of the electrochemical device 100 a quiescent current through the switching elements 130 the operating state signal circuit 138 ,

Ein solcher Betriebszustandssignalstromkreis 138 arbeitet somit nach dem Ruhestromprinzip; der durch den Betriebszustandssignalstromkreis 138 fließende Ruhestrom wird abgeschaltet, wenn ein mit einem der Schaltelemente 130 gekoppelter Sensor einen nicht ordnungsgemäßen Wert der jeweils gemessenen Betriebsmessgröße erfasst.Such an operating condition signal circuit 138 thus works according to the closed-circuit principle; the by the operating state signal circuit 138 flowing quiescent current is switched off when one with one of the switching elements 130 coupled sensor detected an improper value of each measured Betriebsmesgröße.

Eine in 9 dargestellte zweite Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 weist eine Überwachungsvorrichtung auf, bei der die den verschiedenen elektrochemischen Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 zugeordneten Schaltelemente 130 nicht in Reihenschaltung, sondern in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.An in 9 illustrated second embodiment of an electrochemical device 100 has a monitoring device in which the various electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 associated switching elements 130 not connected in series, but in a parallel connection with each other.

Diese elektrochemische Vorrichtung umfasst mehrere, beispielsweise vier, elektrochemische Zellen 102a bis 102d.This electrochemical device comprises several, for example four, electrochemical cells 102 to 102d ,

Die Signaleingänge 134 der Schaltelemente 130 aller elektrochemischer Zellen 102a bis 102d sind über einen ersten Abschnitt 140a der Betriebszustandssignalleitung 140 mit einem ersten Pol der Strom- oder Spannungsquelle 142 verbunden.The signal inputs 134 the switching elements 130 all electrochemical cells 102 to 102d are about a first section 140a the operating state signal line 140 with a first pole of the current or voltage source 142 connected.

Die Signalausgänge 136 der Schaltelemente 130 aller elektrochemischer Zellen 102a bis 102d sind über einen zweiten Abschnitt 140b der Betriebszustandssignalleitung 140 mit einem zweiten Pol der Strom- oder Spannungsquelle 142 verbunden.The signal outputs 136 the switching elements 130 all electrochemical cells 102 to 102d are over a second section 140b the operating state signal line 140 with a second pole of the current or voltage source 142 connected.

Die Schaltelemente 130 aller elektrochemischer Zellen 102a bis 102d sind somit im Betriebszustandssignalstromkreis 138 parallel zueinander geschaltet.The switching elements 130 all electrochemical cells 102 to 102d are thus in the operating state signal circuit 138 connected in parallel.

Die Schaltelemente 130 sind bei dieser Ausführungsform als Schließer ausgebildet, das heißt jedes Schaltelement 130 schließt den Signalpfad für das Betriebszustandssignal von seinem Signaleingang 134 zu seinem Signalausgang 136, wenn mindestens einer der mit dem jeweiligen Schaltelement 130 gekoppelten Sensoren (für jeweils eine dem Sensor zugeordnete Betriebsmessgröße, wie beispielsweise Temperatur, Druck oder Gaskonzentration) für die von dem jeweiligen Sensor erfasste Betriebsmessgröße einen Wert misst, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Zelle 102 anzeigt.The switching elements 130 are formed in this embodiment as a closer, that is, each switching element 130 closes the signal path for the operating state signal from its signal input 134 to his signal output 136 if at least one of the respective switching element 130 coupled sensors (for each an operating parameter associated with the sensor, such as temperature, pressure or gas concentration) for the measured by the respective sensor operating variable measures a value that improper operation of the electrochemical cell 102 displays.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass im Normalzustand des Betriebszustandssignals bei ordnungsgemäßem Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kein Strom durch den Betriebszustandssignalstromkreis 138 fließt.In particular, it can be provided that, in the normal state of the operating state signal, with proper operation of the electrochemical device 100 no current through the operating state signal circuit 138 flows.

Wenn mindestens ein Sensor einen Wert für die jeweilige Betriebsmessgröße misst, welcher einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der jeweiligen elektrochemischen Zelle 102 anzeigt, gibt das diesem Sensor zugeordnete Schaltelement 130 den Strompfad durch das jeweilige Schaltelement 130 frei, so dass ein Strom durch den Betriebszustandssignalstromkreis 138 fließt.If at least one sensor measures a value for the respective operational measurand, which is an improper operation of the respective electrochemical cell 102 indicates gives the sensor associated with this switching element 130 the current path through the respective switching element 130 free, allowing a current through the operating state signal circuit 138 flows.

Dieser Arbeitsstrom wird von der Auswertungsvorrichtung 144 detektiert, was zur Auslösung der jeweils vorgesehenen Schutzmaßnahmen durch die Auswertungsvorrichtung 144 führt.This working current is from the evaluation device 144 detected, causing the respective protective measures provided by the evaluation device 144 leads.

In diesem Fall arbeitet die Überwachungsvorrichtung somit nach dem Arbeitsstromprinzip, so dass bei ordnungsgemäßem Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung 100 kein Strom durch den Betriebszustandssignalstromkreis 138 fließt.In this case, the monitoring device thus operates according to the working current principle, so that with proper operation of the electrochemical device 100 no current through the operating state signal circuit 138 flows.

Im Übrigen stimmt die in 9 dargestellte zweite Ausführungsform der elektrochemischen Vorrichtung 100 mit Überwachungsvorrichtung hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der vorstehend (in verschiedenen Varianten) in den 1 bis 8 dargestellten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 9 illustrated second embodiment of the electrochemical device 100 with monitoring device in terms of structure, function and method of manufacture with the above (in different variants) in the 1 to 8th illustrated embodiment, reference is made to the above description in this regard.

Alternativ oder ergänzend zu einer Parallelschaltung von Schaltelementen 130 verschiedener elektrochemischer Zellen 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 kann auch vorgesehen sein, dass mindestens einer elektrochemischen Zelle 102 der elektrochemischen Vorrichtung 100 mehrere, beispielsweise zwei, Schaltelemente 130 zugeordnet sind, welche in Parallelschaltung miteinander verbunden sind, wie in 10 dargestellt.Alternatively or in addition to a parallel connection of switching elements 130 different electrochemical cells 102 the electrochemical device 100 can also be provided that at least one electrochemical cell 102 the electrochemical device 100 several, for example two, switching elements 130 are associated, which are connected in parallel with each other, as in 10 shown.

Die mehreren parallel zueinander geschalteten Schaltelemente 130 sind dabei als Schließer ausgebildet, so dass sie den Signalpfad für das Betriebszustandssignal durch das jeweilige Schaltelement 130 freigeben, wenn mindestens ein Sensor, der mit dem jeweiligen Schaltelement 130 gekoppelt ist, einen Wert für die von dem betreffenden Sensor gemessene Betriebsmessgröße (beispielsweise Temperatur, Druck, oder Gaskonzentration) misst, welcher einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Zelle 102 anzeigt.The several switching elements connected in parallel with each other 130 are designed as normally open, so that they the signal path for the operating state signal by the respective switching element 130 release if at least one sensor connected to the respective switching element 130 is coupled, measures a value for the measured operating variable (for example, temperature, pressure, or gas concentration) measured by the respective sensor, which indicates improper operation of the electrochemical cell 102 displays.

Auch diese Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 mit Überwachungsvorrichtung arbeitet somit nach dem Arbeitsstromprinzip.Also, this embodiment of an electrochemical device 100 with monitoring device thus operates on the working current principle.

Im Übrigen stimmt die in 10 dargestellte dritte Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung 100 mit Überwachungsvorrichtung hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellungsweise mit der in den 1 bis 8 (in verschiedenen Varianten) dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.Incidentally, the in 10 illustrated third embodiment of an electrochemical device 100 with monitoring device in terms of structure, function and manufacturing method with in the 1 to 8th (in different variants) illustrated first embodiment, the above description of which reference is made in this regard.

Claims (16)

Überwachungsvorrichtung zur Überwachung des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung (100), die mehrere elektrochemische Zellen (102) umfasst, umfassend mindestens ein Schaltelement (130), das mit mindestens einem Sensor gekoppelt ist, der eine Betriebsmessgröße einer elektrochemischen Zelle (102) erfasst, und ein Betriebszustandssignal in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert der Betriebsmessgröße von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung (100) anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung (100) anzeigt, umschaltet.Monitoring device for monitoring the operating state of an electrochemical device ( 100 ) containing several electrochemical cells ( 102 ), comprising at least one switching element ( 130 ), which is coupled to at least one sensor, which measures an operating variable of an electrochemical cell ( 102 ), and an operating state signal in response to the detected measured value of the operating variable from a normal state, which ensures proper operation of the electrochemical device ( 100 ) into a critical state that prevents improper operation of the electrochemical device ( 100 ), toggles. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung eine Auswertungsvorrichtung (144) umfasst, welche den Zustand des Betriebszustandssignals überwacht und mindestens eine Schutzmaßnahme auslöst, wenn das Betriebszustandssignal in den kritischen Zustand umgeschaltet worden ist.Monitoring device according to claim 1, characterized in that the monitoring device is an evaluation device ( 144 ) which monitors the state of the operating state signal and triggers at least one protective measure when the operating state signal has been switched to the critical state. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzmaßnahme ein Trennen einer Verbindung zwischen der elektrochemischen Vorrichtung (100) und einem Verbraucher oder eine Drosselung einer Leistungsabgabe der elektrochemischen Vorrichtung (100) an den Verbraucher umfasst.Monitoring device according to claim 2, characterized in that a protective measure is a disconnection between the electrochemical device ( 100 ) and a consumer or a throttling of a power output of the electrochemical device ( 100 ) to the consumer. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzmaßnahme eine Erhöhung einer Kühlleistung einer Kühlvorrichtung der elektrochemischen Vorrichtung (100) umfasst. Monitoring device according to one of claims 2 or 3, characterized in that a protective measure is an increase in a cooling capacity of a cooling device of the electrochemical device ( 100 ). Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzmaßnahme eine Ausgabe eines Warnsignals umfasst.Monitoring device according to one of claims 2 to 4, characterized in that a protective measure comprises an output of a warning signal. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandssignal im Normalzustand eine zeitlich konstante Spannung oder eine zeitlich variierende Spannung und/oder ein zeitlich konstanter Strom oder ein zeitlich variierender Strom ist.Monitoring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the operating state signal in the normal state a time constant voltage or a time varying voltage and / or a time constant current or a time varying current. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandssignal im Normalzustand eine Nullspannung und/oder ein Nullstrom ist.Monitoring device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the operating state signal in the normal state is a zero voltage and / or a zero current. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltelement (130) einen Signalpfad für das Betriebszustandssignal durch das Schaltelement (130) öffnet, um das Betriebszustandssignal vom Normalzustand in den kritischen Zustand umzuschalten.Monitoring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least one switching element ( 130 ) a signal path for the operating state signal through the switching element ( 130 ) to toggle the operating state signal from the normal state to the critical state. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung mehrere Schaltelemente (130) umfasst, die im Signalpfad des Betriebszustandssignals in einer Reihenschaltung miteinander verbunden sind.Monitoring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the monitoring device comprises a plurality of switching elements ( 130 ), which are connected in the signal path of the operating state signal in a series circuit with each other. Überwachungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (130) jeweils einen Signaleingang (134) und einen Signalausgang (136) aufweisen und dass ein Signalausgang (136) eines Schaltelements (130) mit einem Signaleingang (134) eines im Signalpfad des Betriebszustandssignals auf dieses Schaltelement (130) folgenden Schaltelements (130) verbunden ist. Monitoring device according to claim 9, characterized in that the switching elements ( 130 ) each have a signal input ( 134 ) and a signal output ( 136 ) and that a signal output ( 136 ) of a switching element ( 130 ) with a signal input ( 134 ) one in the signal path of the operating state signal to this switching element ( 130 ) following switching element ( 130 ) connected is. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltelement (130) einen Signalpfad des Betriebszustandssignals durch das Schaltelement (130) schließt, um das Betriebszustandssignal vom Normalzustand in den kritischen Zustand umzuschalten.Monitoring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least one switching element ( 130 ) a signal path of the operating state signal through the switching element ( 130 ) to switch the operating state signal from the normal state to the critical state. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsvorrichtung mehrere Schaltelemente (130) umfasst, die im Signalpfad des Betriebszustandssignals in einer Parallelschaltung miteinander verbunden sind.Monitoring device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the monitoring device comprises a plurality of switching elements ( 130 ), which are connected in the signal path of the operating state signal in a parallel circuit with each other. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer elektrochemischen Zelle (102) der elektrochemischen Vorrichtung (100) mindestens zwei Schaltelemente (130) zugeordnet sind und/oder dass mindestens einer elektrochemischen Zelle (102) der elektrochemischen Vorrichtung (100) mindestens ein Schaltelement (130) zugeordnet ist, das mit mindestens zwei Sensoren gekoppelt ist.Monitoring device according to one of claims 1 to 12, characterized in that at least one electrochemical cell ( 102 ) of the electrochemical device ( 100 ) at least two switching elements ( 130 ) and / or that at least one electrochemical cell ( 102 ) of the electrochemical device ( 100 ) at least one switching element ( 130 ) associated with at least two sensors. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltelement (130) und/oder mindestens ein mit einem Schaltelement (130) gekoppelter Sensor in einem Innenraum (132) eines Zellgehäuses (106) einer elektrochemischen Zelle (102), an einer Außenseite (150) eines Zellgehäuses (106) einer elektrochemischen Zelle (102) und/oder an einer Durchtrittsöffnung (148) eines Zellgehäuses (106) einer elektrochemischen Zelle (102) angeordnet ist.Monitoring device according to one of claims 1 to 13, characterized in that at least one switching element ( 130 ) and / or at least one with a switching element ( 130 ) coupled sensor in an interior ( 132 ) of a cell housing ( 106 ) an electrochemical cell ( 102 ), on an outside ( 150 ) of a cell housing ( 106 ) an electrochemical cell ( 102 ) and / or at a passage opening ( 148 ) of a cell housing ( 106 ) an electrochemical cell ( 102 ) is arranged. Überwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltelement (130) einen Temperaturschalter, einen Druckschalter, einen Sensor mit einer stufenförmigen Kennlinie und/oder eine Baugruppe mit einem schaltenden Ausgang umfasst. Monitoring device according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least one switching element ( 130 ) comprises a temperature switch, a pressure switch, a sensor with a stepped characteristic and / or a module with a switching output. Verfahren zum Überwachen des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung (100), die mehrere elektrochemische Zellen (102) umfasst, umfassend Folgendes: – Erfassen mindestens einer Betriebsmessgröße einer elektrochemischen Zelle (102) mittels mindestens eines Sensors; – Umschalten eines Betriebszustandssignals von einem Normalzustand, der einen ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung (100) anzeigt, in einen kritischen Zustand, der einen nicht ordnungsgemäßen Betrieb der elektrochemischen Vorrichtung (100) anzeigt, mittels mindestens eines Schaltelements (130), das mit dem mindestens einen Sensor gekoppelt ist.Method for monitoring the operating state of an electrochemical device ( 100 ) containing several electrochemical cells ( 102 ) comprising: - detecting at least one operational variable of an electrochemical cell ( 102 ) by means of at least one sensor; Switching an operating state signal from a normal state, which ensures proper operation of the electrochemical device ( 100 ) into a critical state that prevents improper operation of the electrochemical device ( 100 ), by means of at least one switching element ( 130 ) coupled to the at least one sensor.
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