DE102014216598A1

DE102014216598A1 - Anordnung für die batteriegruppen-undichtigkeitsdetektion

Info

Publication number: DE102014216598A1
Application number: DE102014216598.9A
Authority: DE
Inventors: Xiaoguang Chang; Xu Wang; Josephine S. Lee; Chuan He
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US20150063404A1; CN104422565A; US9448131B2

Abstract

Ein Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem das Berechnen einer vorhergesagten Menge der Wärmeenergie an einer Position, das Messen einer tatsächlichen Menge der Wärmeenergie an der Position und das Vergleichen der vorhergesagten Menge mit der tatsächlichen Menge, um zu identifizieren, ob die Batteriegruppe undicht ist.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Batteriegruppe für ein Elektrofahrzeug und spezieller auf das Detektieren unerwünschter Wärmeenergie-Undichtigkeiten und unerwünschter Fluidundichtigkeiten in der Batteriegruppe.
Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, weil Elektrofahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer batteriebetriebener elektrischer Arbeitsmaschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge stützen sich im Gegensatz dazu ausschließlich auf eine Brennkraftmaschine, um das Fahrzeug anzutreiben. Die Elektrofahrzeuge können anstelle oder zusätzlich zu der Brennkraftmaschine elektrische Arbeitsmaschinen verwenden.
Beispielhafte Elektrofahrzeuge enthalten Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), Einsteck-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs). Elektrofahrzeuge sind typischerweise mit einer Batteriegruppe ausgerüstet, die Batteriezellen enthält, die elektrische Energie zum Antreiben der elektrischen Arbeitsmaschine speichern. Die Batterien können vor der Verwendung geladen werden und während der Fahrt durch eine Rückgewinnungsbremse oder die Kraftmaschine nachgeladen werden.
Das ausgedehnte Ausgesetzsein signifikanten Wärmeenergieniveaus kann die Nutzungsdauer einer Batteriegruppe verkürzen. Typischerweise wird die Batteriegruppe folglich von der umgebenden Umgebung thermisch isoliert. Ferner wird ein Lüfter verwendet, um Luft durch die Batteriegruppe zu bewegen. Die sich bewegende Luft regelt die Wärmeenergieniveaus. Der Lüfter saugt typischerweise klimagesteuerte Luft von einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in die Batteriegruppe. Diese Luft bewegt sich durch die Batteriegruppe und tritt in die Fahrgastzelle, das Äußere des Fahrzeugs oder den Kofferraum usw. oder eine Kombination daraus aus.
Eine Undichtigkeit in der Batteriegruppe erlaubt, dass unerwünschte Niveaus von Fluid, Wärmeenergie oder beidem zwischen einem Inneren und einem Äußeren der Batteriegruppe übertragen werden. Der Bruch des Isoliermaterials während der Installation der Batteriegruppe, kundenspezifischer Arbeit am Fahrzeug usw. kann Undichtigkeiten in der Batteriegruppe verursachen. Die Undichtigkeiten führen zu einer erhöhten Betriebszeit für den Lüfter, erhöhten Temperaturen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs, erhöhten Batterietemperaturen, einer verringerten Fahrzeugleistung usw. Die Techniker können unerwünscht beträchtliche Zeit für das Diagnostizieren und die Lokalisierung der Undichtigkeiten verwenden.
Ein Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält unter anderem das Berechnen einer vorhergesagten Menge der Wärmeenergie an einer Position, das Messen einer tatsächlichen Menge der Wärmeenergie an der Position und das Vergleichen der vorhergesagten Menge mit der tatsächlichen Menge, um zu identifizieren, ob eine Batteriegruppe undicht ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorhergehenden Verfahrens zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe enthält das Verfahren das Bewegen eines Fluids durch die Batteriegruppe unter Verwendung einer Fluid-Bewegungsvorrichtung. Das Fluid tritt an einem Einlass in die Batteriegruppe ein und verlässt die Batteriegruppe an einem Auslass. Die Fluid-Bewegungsvorrichtung ist stromabwärts von dem Einlass und stromaufwärts von dem Auslass bezüglich einer Strömungsrichtung durch die Batteriegruppe positioniert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe umfasst das Ausströmen die Bewegung des Fluids durch andere Bereiche als den Einlass zu der Batteriegruppe, die Bewegung des Fluids aus der Batteriegruppe durch andere Bereiche als den Auslass oder beides. Die Undichtigkeit ist in einigen Beispielen eine Wärmeundichtigkeit durch die Isolierschicht. Das Fluid kann sich durch die Undichtigkeit bewegen oder nicht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe ist die Fluid-Bewegungsvorrichtung ein Lüfter.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe umfasst das Verfahren das Messen einer Wärmeenergie des Fluids, das durch den Einlass eintritt, um eine Einlassfluid-Wärmeenergiemenge bereitzustellen, und das Vergleichen der Einlassfluidmenge mit der vorhergesagten Menge, um einen Ort der Undichtigkeit zu identifizieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe enthält das Verfahren das Berechnen, dass sich die Undichtigkeit zwischen dem Einlass und der Fluid-Bewegungsvorrichtung befindet, falls die Einlassfluid-Wärmeenergiemenge größer als die tatsächliche Wärmeenergiemenge an der Position ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe befindet sich die Position an einer Batteriezelle der Batteriegruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe befindet sich die Position innerhalb der Batteriegruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe enthält das Verfahren das Identifizieren einer Undichtigkeit, wenn die tatsächliche Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert, z. B. drei Grad Celsius, größer als die vorhergesagte Menge ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe enthält das Verfahren das Identifizieren einer Undichtigkeit, wenn die vorhergesagte Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert, z. B. drei Grad Celsius, größer als die tatsächliche Menge ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeines der vorhergehenden Verfahren zum Detektieren einer Undichtigkeit in einer Batteriegruppe enthält das Verfahren das Messen der tatsächlichen Wärmeenergiemenge unter Verwendung eines Sensors, der an der oder benachbart der Batteriezelle der Batteriegruppe positioniert ist.
Eine Undichtigkeitsdetektionsanordnung für eine Batteriegruppe gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält unter anderem einen Sensor, um eine tatsächliche Wärmeenergiemenge an einer Position zu bestimmen, und einen Controller, um eine vorhergesagte Wärmeenergiemenge an der Position zu berechnen und um basierend auf einem Vergleich der vorhergesagten Menge mit der tatsächlichen Menge anzugeben, dass eine Batteriegruppe eine Undichtigkeit enthält.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnung enthält die Anordnung eine Fluid-Bewegungsvorrichtung, um ein Fluid von einem Einlass der Batteriegruppe zu einem Auslass der Batteriegruppe zu bewegen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen umfasst die Fluid-Bewegungsvorrichtung einen Lüfter.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen umfasst die Undichtigkeit die Bewegung des Fluids durch andere Bereiche als den Einlass zu der Batteriegruppe, die Bewegung des Fluids aus der Batteriegruppe durch andere Bereiche als den Auslass oder beides. Die Undichtigkeit kann außerdem eine Wärmeundichtigkeit oder eine Bewegung von Wärmeenergie (und von keinem Fluid) von der Batteriegruppe durch die Undichtigkeit umfassen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen enthält die Anordnung einen Einlasssensor, um eine Wärmeenergiemenge in dem Fluid zu messen, das durch den Einlass in die Batteriegruppe eintritt, wobei der Controller konfiguriert ist, um die Einlassfluidmenge mit der vorhergesagten Menge zu vergleichen, um einen Ort der Undichtigkeit zu identifizieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen gibt der Controller eine Undichtigkeit an, wenn die vorhergesagte Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert, z. B. drei Grad Celsius, größer als die tatsächliche Menge ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen gibt der Controller eine Undichtigkeit an, wenn die tatsächliche Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert, z. B. drei Grad Celsius, größer als die vorhergesagte Menge ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen befindet sich die Position innerhalb der Batteriegruppe.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform irgendeiner der vorhergehenden Undichtigkeitsdetektionsanordnungen befindet sich die Position an einer oder benachbart einer Batteriezelle der Batteriegruppe.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden für die Fachleute auf dem Gebiet aus der ausführlichen Beschreibung offensichtlich. Die Figuren, die die ausführliche Beschreibung begleiten, können wie folgt kurz beschrieben werden:
1 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines beispielhaften Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs.
2 veranschaulicht eine schematische Ansicht einer beispielhaften Batteriegruppe, die in dem Antriebsstrang des Elektrofahrzeugs nach 1 verwendet wird.
3 veranschaulicht den Ablauf eines beispielhaften Verfahrens, das verwendet wird, um Undichtigkeiten innerhalb der Batteriegruppe nach 2 zu identifizieren.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein Elektrofahrzeug. Obwohl dies als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) dargestellt ist, sollte es selbstverständlich sein, dass die hier beschriebenen Konzepte nicht auf HEVs eingeschränkt sind und auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erweitert werden könnten, einschließlich von Einsteck-Hybridelektrofahrzeugen (PHEVs) und Batterieelektrofahrzeugen (BEVs), aber nicht darauf eingeschränkt.
In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Leistungsteilungs-Antriebsstrangsystem, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem enthält eine Kombination aus einer Kraftmaschine 14 und einem Generator 18 (d. h., einer ersten elektrischen Arbeitsmaschine). Das zweite Antriebssystem enthält wenigstens einen Motor 22 (d. h., eine zweite elektrische Arbeitsmaschine), den Generator 18 und eine Batteriegruppe 24. In diesem Beispiel wird das zweite Antriebssystem als ein elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10 betrachtet. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen Drehmoment, um ein oder mehrere Sätze der Fahrzeugantriebsräder 32 des Elektrofahrzeugs anzutreiben.
Die Kraftmaschine 14, die in diesem Beispiel eine Brennkraftmaschine ist, und der Generator 18 können durch eine Leistungsübertragungseinheit 36, wie z. B. ein Planetengetriebe, verbunden sein. Selbstverständlich können andere Typen von Leistungsübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um die Kraftmaschine 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Leistungsübertragungseinheit 36 ein Planetengetriebe, das ein Hohlrad 40, ein Sonnenrad 44 und eine Trägeranordnung 48 enthält.
Der Generator 18 kann durch die Kraftmaschine 14 durch die Leistungsübertragungseinheit 36 angetrieben sein, um kinetische Energie in elektrische Energie umzusetzen. Der Generator 18 kann alternativ als ein Motor arbeiten, um elektrische Energie in kinetische Energie umzusetzen und dadurch Drehmoment an eine Welle 52 auszugeben, die mit der Leistungsübertragungseinheit 36 verbunden ist.
Weil der Generator 18 betriebstechnisch mit der Kraftmaschine 14 verbunden ist, kann die Drehzahl der Kraftmaschine 14 durch den Generator 18 gesteuert sein.
Das Hohlrad 40 der Leistungsübertragungseinheit 36 kann mit einer Welle 56 verbunden sein, die durch eine zweite Leistungsübertragungseinheit 60 mit den Fahrzeugantriebsrädern 32 verbunden ist. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 60 kann einen Zahnradsatz enthalten, der mehrere Zahnräder 64 aufweist. Andere Leistungsübertragungseinheiten sind außerdem geeignet. Die Zahnräder 64 übertragen das Drehmoment von der Kraftmaschine 14 zu einem Differential 68, um schließlich den Fahrzeugantriebsrädern 32 Traktion bereitzustellen. Das Differential 68 kann mehrere Zahnräder enthalten, die die Übertragung von Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 32 ermöglichen. Die zweite Leistungsübertragungseinheit 60 ist durch das Differential 68 mechanisch an eine Achse 72 gekoppelt, um das Drehmoment zu den Fahrzeugantriebsrädern 32 zu verteilen.
Der Motor 22 (d. h., die zweite elektrische Arbeitsmaschine) kann außerdem verwendet werden, um die Fahrzeugantriebsräder 32 durch das Ausgeben von Drehmoment an eine Welle 78 anzutreiben, die außerdem mit der zweiten Leistungsübertragungseinheit 60 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines Rückgewinnungsbremssystems zusammen, in dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren verwendet werden können, um Drehmoment auszugeben. Der Motor 22 und der Generator 18 können z. B. jeder elektrische Leistung durch einen Hochspannungsbus 82 an die Batteriegruppe 24 ausgeben.
Die Batteriegruppe 24 kann eine Hochspannungsbatterie sein, die elektrische Leistung ausgeben kann, um den Motor 22 und den Generator 18 zu betreiben. Es können außerdem andere Typen von Energiespeichervorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen mit dem Elektrofahrzeug verwendet werden.
In 2 enthält die Batteriegruppe 24 mehrere einzelne Batteriezellen 86 und einen Lüfter 90. Ein Batteriegruppengehäuse 94 enthält die Batteriezellen 86 und den Lüfter 90. Das Batteriegruppengehäuse 94 enthält eine Isolierschicht 96, um die Batteriegruppe 24 thermisch zu isolieren. Das Batteriegruppengehäuse 94 kann zusätzlich zu der Isolierschicht 96 andere Schichten enthalten.
Die Batteriegruppe 24 enthält einen Strömungsweg F, der sich von einem Einlass 98 zu einem Auslass 102 erstreckt. Die Batteriezellen 86 sind innerhalb des Strömungswegs F positioniert. Der Lüfter 90 bewegt ein Fluid entlang dem Strömungsweg F vom Einlass 98 zum Auslass 102. Das Fluid wird in diesem Beispiel aus einer Fahrgastzelle 110 des Fahrzeugs gesaugt. Das Fluid bewegt sich vom Auslass 102 zurück zur Fahrgastzelle 110.
In einem weiteren Beispiel bewegt sich das Fluid vom Auslass 102 zu einem Bereich außerhalb der Fahrgastzelle 110, wie z. B. durch einen Auslass 102'. Das Fluid kann sich anstelle des oder zusätzlich zum Bewegen durch den Auslass 102 durch den Auslass 102' bewegen.
Der Lüfter 90 ist ein Typ einer Fluid-Bewegungsvorrichtung. Ein Lüftermotor 104 treibt eine Welle 108 an, die sich durch das Batteriegruppengehäuse 94 erstreckt, um den Lüfter 90 anzutreiben. Der Lüfter 90 befindet sich stromabwärts vom Einlass 98 und stromaufwärts vom Auslass 102 bezüglich einer allgemeinen Strömungsrichtung entlang dem Strömungsweg F.
Einige der Batteriezellen 86u sind stromaufwärts des Lüfters 90 bezüglich einer allgemeinen Strömungsrichtung durch die Batteriegruppe 24 positioniert. Andere Batteriezellen 86d sind stromabwärts des Lüfters 90 bezüglich der allgemeinen Strömungsrichtung durch die Batteriegruppe 24 positioniert.
Das Fluid, das sich entlang dem Strömungsweg bewegt, bewegt sich über die Batteriezellen 86, was die Wärmeenergiemengen in den Batteriezellen 86 regelt. In einem Beispiel bewegt sich das Fluid über die Batteriezellen 86, um Wärmeenergie weg von den Batteriezellen 86 zu befördern und dadurch eine Temperatur der Batteriezellen 86 zu verringern.
Mehrere Wärmeenergiesensoren 118 erstrecken sich in die Batteriegruppe 24. Die Sensoren 118 sammeln Wärmeenergiemesswerte von der Batteriegruppe 24. Die Temperaturen der Batteriezellen 86 innerhalb der Batteriegruppe 24 können z. B. von –40 bis 65 Grad Celsius reichen, so dass die beispielhaften Wärmeenergiesensoren 118 wenigstens über diesen Bereich Wärmeenergiemesswerte sammeln können.
In diesem Beispiel messen einige der Sensoren 118b die Wärmeenergiemengen an zehn getrennten Orten, die sich innerhalb der oder in der Nähe der Gruppen der Batteriezellen 86 befinden. Fünf der Sensoren 118b messen die Wärmeenergie an den Orten innerhalb der Batteriezellen 86u, die sich stromaufwärts des Lüfters 90 befinden. Fünf der Sensoren 118b messen die Wärmeenergiemengen an Orten innerhalb der Batteriezellen 86d, wie sich stromabwärts des Lüfters 90 befinden.
Die Messwerte von den Sensoren 118b enthüllen eine tatsächliche Wärmeenergiemenge an den Orten. Wenn sich der Ort an (oder ausreichend nah bei) einer oder mehreren der Batteriezellen 86 befindet, repräsentieren die Messwerte von den Sensoren 118b eine tatsächliche Wärmeenergiemenge in diesen Batteriezellen 86.
Weitere der Sensoren 118i messen eine Wärmeenergiemenge in der Strömung, die sich durch den Einlass 98 bewegt.
Die Sensoren 118 sind betriebstechnisch an einen Controller 122 gekoppelt, der die Wärmeenergie-Messwerte von den Sensoren 118 sammelt.
In dem Batteriegruppengehäuse 94 können sich Undichtigkeiten entwickeln. Die Undichtigkeiten erlauben, dass sich unerwünschte Fluide, Wärmeenergie oder beides an einem Ort außer dem Einlass 98 und dem Auslass 102 zu dem oder aus dem Batteriegruppengehäuse 94 bewegen.
Das beispielhafte Batteriegehäuse 24 enthält die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u, die sich stromaufwärts bezüglich des Lüfters 90 befinden. Die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u ermöglichen, dass anstelle des Fluids aus der Fahrgastzelle 110 ein Fluid oder Wärmeenergie außerhalb der Fahrgastzelle 110 in die Batteriegruppe 24 gesaugt wird.
Das beispielhafte Batteriegehäuse 24 enthält die stromabwärts gelegenen Undichtigkeiten L_d, die sich stromabwärts bezüglich des Lüfters 90 befinden. Die stromabwärts gelegenen Undichtigkeiten L_d ermöglichen, dass Fluid oder Wärmeenergie innerhalb der Batteriegruppe 24 durch einen Ort außer dem Auslass 102 aus der Batteriegruppe 24 austritt.
Die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u bieten dem sich in die Batteriegruppe 24 bewegenden Fluid im Vergleich zu der relativ eingeschränkten Strömung von der Fahrgastzelle 110 wenig Widerstand. Die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u können verursachen, dass eine Wärmeenergiemenge in den Batteriezellen 86 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Batteriegruppe 24 und der Temperatur des Fluids in der Umgebung, das über die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u in die Batteriegruppe 24 eintritt, zunimmt oder abnimmt. Das über die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u in die Batteriegruppe 24 eintretende Fluid ist nicht innerhalb der Fahrgastzelle 110 konditioniert worden.
Bei heißem Wetter könnte z. B. das sich durch die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u in die Batteriegruppe 24 bewegende Fluid sehr heiß sein, was verursachen könnte, dass sich einige Bereiche der Batteriegruppe 24 in der Nähe der stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u überproportional gegenüber anderen Bereichen erwärmen. Bei kaltem Wetter könnte das sich durch die stromaufwärts gelegenen Undichtigkeiten L_u in die Batteriegruppe 24 bewegende Fluid sehr kalt sein und verursachen, dass sich einige Bereiche der Batteriegruppe 24 in der Nähe der stromabwärts gelegenen Undichtigkeiten L_d überproportional gegenüber anderen Bereichen abkühlen.
In einer beispielhaften Ausführungsform dieser Offenbarung identifiziert der Controller 122, dass die Batteriegruppe 24 Undichtigkeiten aufweist, teilweise unter Verwendung der Messwerte von den Sensoren 118b, dem Sensor 118i oder beiden. Falls der Controller 122 berechnet, dass die Batteriegruppe 24 Undichtigkeiten enthält, kann ein Techniker dann die Batteriegruppe 24 prüfen und reparieren. Falls eine Undichtigkeit gefunden wird, kann die Undichtigkeit repariert werden, um sicherzustellen, dass die Strömung über die Batteriezellen 86 nicht durch die Undichtigkeit beeinflusst wird.
In 3 und weiterhin unter Bezugnahme auf 2 berechnet ein beispielhaftes Verfahren 200 in einem Schritt 210 eine vorhergesagte Wärmeenergiemenge an einer Position innerhalb der Batteriegruppe 24, um Undichtigkeiten zu detektieren. Das Verfahren 200 misst außerdem in einem Schritt 220 die tatsächliche Wärmeenergiemenge an der Position. Das Verfahren 200 kann z. B. die Messwerte der Wärmeenergie von den Sensoren 118b verwenden, um die tatsächliche Wärmeenergiemenge an der Position zu messen.
Im Schritt 230 vergleicht das Verfahren 200 die vorhergesagte Wärmeenergiemenge mit der tatsächlichen Wärmeenergiemenge. Das Verfahren 200 detektiert basierend auf diesem Vergleich die Undichtigkeiten in der Batteriegruppe 24.
Das Verfahren 200 kann sich teilweise auf eine Gleichung zum Schätzen der Batteriegruppentemperatur stützen, die im Folgenden als Gleichung (1) wiedergegeben worden ist. d / dt[C_p,cell·T_cell] + d / dt[E_cell (SOC)] = h·(T_air – T_cell) + V_cell·I Gleichung (1)
In diesem Beispiel repräsentiert C_{p, cell} die Wärmekapazität der Batteriezelle 86 und der Kabelbäume, die der Batteriezelle 86 zugeordnet sind. E_cell repräsentiert die elektrische Energie in der Batteriezelle 86. T_air repräsentiert eine Temperatur der Luft in der Batteriegruppe 118i, T_cell repräsentiert eine Temperatur einer Batteriezelle 86 und h repräsentiert den Wärmeübertragungskoeffizienten. V_cell repräsentiert die Klemmenspannung der Zelle 86. I repräsentiert den Gruppenstrom. In der Vorzeichenkonvention des Stroms gilt ein positiver Wert für einen Ladestrom. Folglich setzt die Gleichung (1) in diesem Beispiel die Zunahme der Wärme- und Elektroenergie in der Batteriegruppe 24 gleich der Wärmeübertragung in die Batteriegruppe 24 und der durch die Batteriegruppe 24 erzeugten Leistung.
Um die geschätzte Temperatur an einer Position innerhalb der Batteriegruppe 24, wie z. B. einer ausgewählten Batteriezelle 86, zu berechnen, kann das Verfahren 200 die Wärmeübertragung aus (HT_out) der Batteriezelle 86 unter Verwendung der Gleichung (2) bestimmen, die im Folgenden wiedergegeben worden ist: HT_out = (h₀ + fan_air_flow_rate × h_{fan_on}) × (T_air – T_cell) Gleichung (2)
Der Wärmeübertragungskoeffizient h₀ und der Wärmeübertragungskoeffizient h_{fan_on} bei eingeschaltetem Lüfter sind Konstanten und können mit den Temperaturtestdaten der Batteriegruppe bei ausgeschaltetem Lüfter und eingeschaltetem Lüfter erhalten werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet, der den Vorteil dieser Offenbarung aufweist, würde imstande sein, diese Koeffizienten zu erhalten.
Die durch die Batteriezelle erzeugte Wärme ist im Wesentlichen die verbrauchte elektrische Energie. Die durch die Batteriezelle erzeugte Wärme ist durch BP_HG dargestellt und kann unter Verwendung der Gleichung (3) berechnet werden, die im Folgenden wiedergegeben worden ist: BP_HG = I² × R_cell Gleichung (3)
In Gleichung (3) ist I der elektrische Strom durch die Batteriegruppe 24, während R_cell der elektrische Gesamtwiderstand (sowohl der Zelle als auch der Kabelbäume) der Batteriezelle 86 ist.
Die Temperatur T_cell der Batteriezelle kann unter Verwendung der Gleichung (4) geschätzt werden, die im Folgenden wiedergegeben worden ist: BP_HG – HT_out = C_{p, cell}× (d(T_cell)/dt) Gleichung (4)
Das Lösen der obigen Gleichungen stellt T_cell bereit, was eine Schätzung der Wärmeenergie der Batteriezelle 86 ist, die der Position zugeordnet ist. Um die Verzögerung der durch den Sensor gemessenen Temperatur zu kompensieren, können Filter und/oder die theoretische Verzögerung verwendet werden, um den Messwert eines echten Sensors zu simulieren. In dem beispielhaften Verfahren wird davon ausgegangen, dass die Batteriegruppe 24 eine Undichtigkeit aufweist, falls die Temperatur der Batteriezelle 86 (wie sie durch einen oder mehrere der Sensoren 118b gemessen wird) signifikant von der geschätzten Temperatur der Batteriezelle T_cell verschieden ist.
In einigen Beispielen sind die vorhergesagte Wärmeenergiemenge und die tatsächliche Wärmeenergiemenge als Temperaturen dargestellt, die in Grad Celsius gemessen sind. Falls die vorhergesagte Menge gleich einem aufgestellten Schwellenwert ist oder diesen übersteigt, gibt das Verfahren 200 an, dass die Batteriegruppe 24 undicht ist. Falls z. B. der aufgestellte Schwellenwert ein Absolutwert von drei Grad Celsius ist und die vorhergesagte Menge drei oder mehr Grad Celsius größer als die gemessene Menge ist, gibt das Verfahren 200 an, dass die Batteriegruppe 24 undicht ist. Falls außerdem die vorhergesagte Menge drei oder mehr Grad Celsius kleiner als die tatsächliche Wärmeenergiemenge ist, gibt das Verfahren 200 an, dass die Batteriegruppe 24 nicht undicht ist. In diesem Beispiel ist der Schwellenwert eichbar und kann basierend auf spezifischen Anforderungen, wie z. B. der Größe der Batteriegruppe 24, eingestellt werden.
In einem Beispiel wird die Batteriegruppe 24 nur als undicht betrachtet, falls zusätzlich zu der vorhergesagten Menge, die sich um drei oder mehr Grad von der tatsächlichen Menge ändert, innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens, etwa dieses Fahrzyklus, nicht außerdem eine Störung, die dem Sensor 118b zugeordnet ist, detektiert worden ist. Eine beispielhafte Störung ist z. B. ein Sensor 118b, der ausgefallen ist und keinen Messwert bereitstellt.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform dieser Offenbarung kann die allgemeinen Positionen der Undichtigkeiten innerhalb der Batteriegruppe 24 bestimmen, um den Techniker, der die Batteriegruppe 24 prüft, zu unterstützen. Bei heißem Wetter ist z. B. die Luft außerhalb der Batteriegruppe 24 relativ heiß, wobei die Wärmeenergieniveaus der Batteriezellen 86 stromaufwärts der Undichtigkeit höher als jene stromabwärts der Undichtigkeit sind. Der Controller 122 berechnet den Ort innerhalb der Batteriegruppe 24, wo die Temperatur von einer niedrigeren zu einer höheren Temperatur übergeht. Dieser Ort wird dann als der wahrscheinliche Ort der Undichtigkeit gekennzeichnet.
Der Techniker beginnt eine Suche nach der Undichtigkeit an dem gekennzeichneten Ort, was eine Verringerung des Überprüfungszeitraums unterstützen kann. Der Controller 122 verwendet die durch die Sensoren 118b, den Sensor 118i oder beide gesammelten Informationen, um den Ort des Temperaturübergangs zu berechnen.
Das Identifizieren des allgemeinen Orts der Undichtigkeit könnte das Berechnen umfassen, ob sich die Undichtigkeit z. B. auf der Fahrer- oder Fahrgastseite der Batteriegruppe 24 befindet. Das Identifizieren des allgemeinen Ortes der Undichtigkeit könnte spezifischer sein, wie z. B. eine spezifische Batteriezelle 86, die sich am Nächsten bei der Undichtigkeit befindet.
Der Controller 122 kann in einem Beispiel identifizieren, dass die Undichtigkeit eine stromaufwärts gelegene Undichtigkeit L_u ist, wenn die Temperatur des Fluids, das sich aus dem Auslass 102 in die Fahrgastzelle 110 bewegt, erhöht ist. Dies kann auf die Strömung aus der Fahrgastzelle 110 zurückzuführen sein, die sich mit dem heißeren Fluid mischt, das durch die stromaufwärts gelegene Undichtigkeit L_u in den Strömungsweg F eintritt. Das Fluid, das sich aus dem Auslass bewegt, verursacht, dass die durch den Einlasssensor 118i gemessene Temperatur höher als die Temperatur ist, die durch die Sensoren 118b stromaufwärts der stromaufwärts gelegenen Undichtigkeit L_u gemessen werden.
In einem Beispiel kann der Controller 122 identifizieren, dass die Undichtigkeit eine stromabwärts gelegene Undichtigkeit L_d ist. Das Fluid kann sich anstelle durch den Auslass 102 durch die stromabwärts gelegene Undichtigkeit L_d aus der Batteriegruppe 24 bewegen. Das Fluid bewegt sich aufgrund des geringeren Luftwiderstands entlang dem Weg, der durch die stromabwärts gelegene Undichtigkeit L_d bereitgestellt wird, gegenüber dem Widerstand, der dem Auslass 102 zugeordnet ist, durch den Weg der stromabwärts gelegenen Undichtigkeit L_d anstatt durch den Auslass 102. Der Widerstand des Auslasses 102 ist aufgrund eines Rohrs 130 und der Struktur des Auslasses 102, der einen relativ offenen Weg zur Fahrgastzelle 110 bereitstellt, typischerweise höher als der Widerstand an dem Ort der Undichtigkeit.
Der Controller 122 berechnet einen Bereich, der die Undichtigkeit aufweist, wobei er erkennt, dass die Bereiche der Batteriegruppe 24 stromabwärts der Undichtigkeit bezüglich der Bereiche der Batteriegruppe 24 stromaufwärts der Undichtigkeit erhöhte Temperaturen aufweisen. Die relativ erhöhten Temperaturen sind auf die geringere Luftbewegung über die Bereiche stromabwärts der Undichtigkeit zurückzuführen.
In einigen Beispielen wird das Fluid, das sich durch die Undichtigkeitswege bewegt, aus der Batteriegruppe 24 zyklisch hinaus befördert, falls die Batteriegruppe 24 Undichtigkeiten sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Lüfters 90 enthält. Die Batteriegruppe 24 verwendet dann die Strömung von dem Bereich um die Gruppe anstatt der Fahrgastzelle 110, wobei die Batteriegruppe 24 sehr schnell erwärmt wird. Die Lüfterdrehzahl hat wenig Auswirkung auf die Fähigkeit des Lüfters 90, die Temperatur der Batteriezellen 86 innerhalb der Batteriegruppe 24 zu verringern.
Obwohl die verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen veranschaulicht sind, wie sie spezifische Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf jene speziellen Kombinationen eingeschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von irgendwelchen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit den Merkmalen oder Komponenten von irgendwelchen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden. Ferner können die Schritte in irgendeiner Reihenfolge ausgeführt werden, wenn es nicht anderweitig spezifiziert ist.
Die vorhergehende Beschreibung ist anstatt einschränkender beispielhafter Art. Den Fachleuten auf dem Gebiet werden Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele klar werden, die nicht notwendigerweise vom Wesen dieser Offenbarung abweichen. Folglich kann der Umfang des dieser Offenbarung gegebenen Rechtsschutzes nur durch das Studieren der folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Undichtigkeitsdetektionsanordnung für eine Batteriegruppe, die Folgendes umfasst: einen Sensor, um eine tatsächliche Wärmeenergiemenge an einer Position zu bestimmen; und einen Controller, um eine vorhergesagte Wärmeenergiemenge an der Position zu berechnen und um basierend auf einem Vergleich der vorhergesagten Menge mit der tatsächlichen Menge anzugeben, dass eine Batteriegruppe eine Undichtigkeit enthält.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 1, die eine Fluid-Bewegungsvorrichtung enthält, um ein Fluid von einem Einlass der Batteriegruppe zu einem Auslass der Batteriegruppe zu bewegen.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Fluid-Bewegungsvorrichtung einen Lüfter umfasst.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 2, wobei die Undichtigkeit die Bewegung des Fluids durch andere Bereiche als den Einlass zu der Batteriegruppe, die Bewegung des Fluids aus der Batteriegruppe durch andere Bereiche als den Auslass oder beides umfasst.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 2, die einen Einlasssensor, um eine Wärmeenergiemenge in dem Fluid zu messen, das durch den Einlass in die Batteriegruppe eintritt, enthält, wobei der Controller konfiguriert ist, um die Einlassfluidmenge mit einer vorhergesagten Menge zu vergleichen, um einen Ort der Undichtigkeit zu identifizieren.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Undichtigkeit angibt, wenn die vorhergesagte Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert größer als die tatsächliche Menge ist.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Controller eine Undichtigkeit angibt, wenn die tatsächliche Menge um wenigstens einen aufgestellten Schwellenwert größer als die vorhergesagte Menge ist.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Position innerhalb der Batteriegruppe befindet.
Undichtigkeitsdetektionsanordnung nach Anspruch 1, wobei sich die Position an einer oder benachbart einer Batteriezelle der Batteriegruppe befindet.