DE102016109283A1 - Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Montage einer Energiespeichereinheit - Google Patents

Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zur Montage einer Energiespeichereinheit Download PDF

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Abstract

Es ist eine Energiespeichereinheit (10) für eine Kraftfahrzeugbatterie vorgesehen mit einem, insbesondere als Batteriezellenmodul ausgestalteten, Energiespeicher zur Speicherung und Abgabe elektrischer Energie, einer Messeinrichtung zur Messung elektrischer Eigenschaften des Energiespeichers, einer mit der Messeinrichtung verbundenen Auswerteeinheit zur Ermittlung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers aus den Messergebnissen der Messeinrichtung und einer mit der Auswerteeinheit verbundenen Anzeigeeinheit (16) zur Darstellung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers. Durch die Ermittlung und Darstellung der Betriebsfähigkeit und nicht nur des Ladezustands des Energiespeichers können separate aufwändige Messungen bei der Montage des Energiespeichers eingespart werden, so dass eine schnelle und effiziente Überprüfung einer Energiespeichereinheit (10) bei der Montage in ein Kraftfahrzeug ermöglicht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Montage einer Energiespeichereinheit, mit deren Hilfe elektrische Energie für eine Kraftfahrzeugbatterie gespeichert und abgegeben werden kann.
  • Aus DE 10 2012 218 494 A1 ist eine Statusanzeige für eine Kraftfahrzeugbatterie bekannt, die den aktuellen Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie („state of charge“) mit Hilfe von sich farblich ändernden LED-Lampen darstellen kann.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis bei der Montage einer Energiespeichereinheit in ein Kraftfahrzeug den ordnungsgemäßen Zustand der Energiespeichereinheit schnell und effizient überprüfen zu können.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen anzugeben, die eine schnelle und effiziente Überprüfung einer Energiespeichereinheit bei der Montage in ein Kraftfahrzeug ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Energiespeichereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist eine Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug vorgesehen mit einem, insbesondere als Batteriezellenmodul ausgestalteten, Energiespeicher zur Speicherung und Abgabe elektrischer Energie, einer Messeinrichtung zur Messung elektrischer Eigenschaften des Energiespeichers, einer mit der Messeinrichtung verbundenen Auswerteeinheit zur Ermittlung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers aus den Messergebnissen der Messeinrichtung und einer mit der Auswerteeinheit verbundenen Anzeigeeinheit zur Darstellung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers.
  • Hierbei wird berücksichtigt, dass die Überwachung eines Ladezustands des Energiespeichers („state of charge“) für die Überwachung einer Betriebsfähigkeit des Energiespeichers („state of health“) nicht ausreichend sein kann. Beispielsweise kann die Feststellung eines zu 80% aufgeladenen Energiespeichers eine ausreichende Betriebsfähigkeit suggerieren, die in dem Fall, dass aufgrund des Alterungszustands des Energiespeichers eine weitere Aufladung über dieses Niveau hinaus nicht mehr möglich ist, den gewünschten Qualitätsanforderungen an die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers tatsächlich nicht entspricht. Mit Hilfe der Messeinrichtung können insbesondere mehrere elektrische Eigenschaften des Energiespeichers gemessen werden, die in Summe eine bessere Abschätzung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers ermöglichen als nur der Ladezustand. Beispielsweise kann mit Hilfe der Messeinrichtung und der Auswerteinheit eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers ermittelt werden, die ein Maß für den Alterungszustand des Energiespeichers darstellen kann. Mit Hilfe der Anzeigeeinheit kann die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers für einen Monteur deutlich erkennbar dargestellt werden, so dass es nicht erforderlich ist bei der Montage erst die elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers zu ermitteln und die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers festzustellen, um sich von dem ordnungsgemäßen elektrischen Zustand des Energiespeichers zu überzeugen. Die Montage kann dadurch mit deutlich geringerem Aufwand und somit kostengünstiger erfolgen. Hierbei kann berücksichtigt werden, dass insbesondere in dem Fall, dass bei einer Wartung oder einer Reparatur ein Energiespeicher ausgetauscht werden soll, der neue Energiespeicher gegebenenfalls bereits längere Zeit auf Lager gelegen hat und in dieser Lagerzeit bereits zu stark gealtert sein könnte. Die Montage eines durch Alterung unterhalb eines gewünschten Qualitätsniveaus abgefallenen Energiespeichers kann dadurch vermieden werden. Durch die Ermittlung und Darstellung der Betriebsfähigkeit und nicht nur des Ladezustands des Energiespeichers können separate aufwändige Messungen bei der Montage des Energiespeichers eingespart werden, so dass eine schnelle und effiziente Überprüfung einer Energiespeichereinheit bei der Montage in ein Kraftfahrzeug ermöglicht ist.
  • Die Energiespeichereinheit kann insbesondere ein Batteriemanagementsystem und/oder eine Batteriezellenmodulelektronik aufweisen, in welche die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinheit integriert sein kann. Beispielsweise kann die Batteriezellenmodulelektronik bereits Messgeräte aufweisen, die von der Messeinrichtung genutzt werden können, während die Auswerteeinheit als Teil des Batteriemanagementsystems die zur Ermittlung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers relevanten Messdaten verarbeiten kann. Die Anzeigeeinheit ist insbesondere mit dem Energiespeicher verbunden und vorzugsweise an einer von außen leicht einsehbaren Stelle positioniert. Die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinheit können insbesondere im Inneren des Energiespeichers vorgesehen sein. Die Messeinrichtung kann beispielsweise den Strom und/oder die Spannung und/oder die Temperatur und/oder den Ladezustand des Energiespeichers messen. Die Auswerteeinheit kann die Messdaten der Messeinrichtung verarbeiten und beispielsweise mit einem Datenkennfeld vergleichen, um auf die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers zu schließen. Eine mangelnde Betriebsfähigkeit des Energiespeichers kann insbesondere bei einer zu starken Alterung des Energiespeichers festgestellt werden. Es ist aber auch möglich, dass eine mangelnde Betriebsfähigkeit des Energiespeichers festgestellt wird, wenn ein Messwert außerhalb eines vorgesehenen Zielfensters liegt und/oder unplausible Messdaten ermittelt werden, die auf einen Defekt des Energiespeichers und/oder der verwendeten Messtechnik hindeuten könnten. Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise eine Darstellung ermöglichen, die einer mangelnden Betriebsfähigkeit des Energiespeichers („nicht in Ordnung“) entspricht, und eine davon leicht zu unterscheidende weitere Darstellung ermöglichen, die einer vorliegenden Betriebsfähigkeit des Energiespeichers („in Ordnung“) entspricht. Vorzugsweise kann die Anzeigeeinheit mindestens eine weitere Darstellung ermöglichen, die einem Zwischenzustand zwischen „in Ordnung“ und „nicht in Ordnung“ entspricht, beispielsweise wenn lediglich die Lebensdauer eingeschränkt aber noch ausreichend ist und/oder lediglich eine Wartung oder ein Austausch empfehlenswert aber nicht zwingend notwendig ist.
  • Insbesondere weist die Auswerteeinheit eine Speichereinheit zur Speicherung der Messergebnissen der Messeinrichtung zu verschiedenen Messzeitpunkten auf, wobei die Auswerteeinheit ausgestaltet ist die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers aus den Messergebnissen der Messeinrichtung zu verschiedenen Messzeitpunkten zu bestimmen. Mit Hilfe der Speichereinheit ist es möglich nicht nur aktuelle Messwerte, sondern auch vergangene Messwerte zu berücksichtigen. Dadurch ist es insbesondere möglich eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers sowie den zeitlicher Verlauf der Selbstentladungsrate festzuhalten und auszuwerten. Durch den zeitlichen Verlauf der von der Messeinrichtung gemessenen Messdaten und/oder daraus ermittelter Kennwerte kann insbesondere auf einen Alterungszustand des Energiespeichers geschlossen werden. Vorzugsweise weist die Messeinrichtung und/oder die Auswerteeinheit einen Zeitmesser auf, so dass auch die absolute Zeit und/oder eine relative Zeit beispielsweise seit Fertigstellung der Herstellung des Energiespeichermoduls berücksichtigt werden kann, um die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers zu bestimmen.
  • Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ausgestaltet aus den Messergebnissen der Messeinrichtung einen Alterungszustand des Energiespeichers und/oder eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers und/oder einen Ausfall eines Messgeräts der Messeinrichtung und/oder ein Erreichen eines kritischen und/oder überkritischen Ladezustands des Energiespeichers zu ermitteln. Diese Auswertungsergebnisse können jeweils für sich oder in Kombination mit weiteren Auswertungsergebnissen eine mangelnde Betriebsfähigkeit des Energiespeichers bedeuten, die in entsprechender Weise von der Anzeigeeinheit dargestellt werden soll.
  • Besonders bevorzugt ist die Anzeigeeinheit zur optischen Darstellung der Betriebsfähigkeit ausgestaltet. Haptische oder akustische Darstellungsformen können dadurch vermieden werden. Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise ein Symbol und/oder einen Schriftzug darstellen, der auf die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers hinweist.
  • Insbesondere weist die Anzeigeeinheit Piezokristalle und/oder Flüssigkristalle auf. Die Piezokristalle und/oder Flüssigkristalle und/oder vergleichbare Anzeigeelemente können durch einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung manipuliert werden, um ihr Aussehen zu ändern. Durch die Änderung des Aussehens kann ein Wechsel der Anzeigeeinheit von „in Ordnung“ in „nicht in Ordnung“ optisch dargestellt werden. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Energiespeicher selbst elektrische Energie bereitstellen kann, um die Anzeigeeinheit zu betreiben und den Wechsel der Anzeigeeinheit von „in Ordnung“ in „nicht in Ordnung“ vorzunehmen.
  • Vorzugsweise weist die Anzeigeeinheit ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbares Farbfeld auf. Das Farbfeld kann beispielsweise von grün für „in Ordnung“ gegebenenfalls über eine Zwischenstellung zu rot für „nicht in Ordnung“ wechseln. Dadurch ergibt sich eine intuitive Wahrnehmung dafür, ob der Energiespeicher betriebsfähig ist oder nicht. Die Ansteuerung des Farbfelds der Anzeigeeinheit kann von der Auswerteeinheit erfolgen, insbesondere durch die Nutzung der von dem Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Energie.
  • Besonders bevorzugt weist die Anzeigeeinheit ein irreversibel verfärbbares Farbfeld auf, wobei insbesondere eine Verfärbung des Farbfelds zurück in einen Ursprungszustand durch die Auswerteeinheit blockiert ist. Die irreversible Verfärbung des Farbfelds ermöglicht es eine einmal festgestellte fehlende Betriebsfähigkeit des Energiespeichers festzuhalten und nicht durch spätere Messungen, die eine ausreichende Betriebsfähigkeit feststellen, überschreiben zu lassen. Beispielsweise kann in der Energiespeichereinheit ein Wackelkontakt einer elektrischen Komponente vorliegen, so dass jederzeit mit einem zumindest zeitweiligen Ausfall des Energiespeichers zu rechnen ist. Wenn die Auswerteeinheit in diesem Fall einmal einen Ausfall des Energiespeichers festgestellt hat, bleibt diese Energiespeichereinheit als nicht betriebsfähig gekennzeichnet, auch wenn zu einem späteren Zeitpunkt der Ausfall durch die Messungen der Messeinrichtung nicht reproduziert werden kann. Das Risiko eine nicht ordnungsgemäß funktionierende Energiespeichereinheit zu montieren ist dadurch reduziert.
  • Insbesondere ist die Anzeigeeinheit, insbesondere das Farbfeld, lösbar, insbesondere abkratzbar, mit dem Energiespeicher verbunden. Durch das Abtrennen oder bewusste Beschädigen der Anzeigeeinheit kann ein Energiespeicher dauerhaft als nicht betriebsfähig gekennzeichnet werden. Eine Darstellung der Anzeigeeinheit in der für „in Ordnung“ vorgesehenen Weise kann dadurch unmöglich gemacht werden. Vorzugsweise erkennt die Auswerteeinheit das Abtrennen oder bewusste Beschädigen der Anzeigeeinheit, beispielsweise um einen entsprechenden Eintrag in einen internen Fehlerspeicher zu setzen. Dies kann die Fälschungssicherheit erhöhen, falls gebrauchte und nicht mehr betriebsfähige Energiespeichereinheiten mit einer gefälschten Anzeigeeinheit versehen werden sollten, die ein permanent auf „in Ordnung“ stehendes Farbfeld aufweisen.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Montage einer Energiespeichereinheit in ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Energiespeichereinheit, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, bereitgestellt wird, die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers mit Hilfe der Anzeigeeinheit überprüft wird und in dem Fall, dass die Anzeigeeinheit das Vorliegen einer Betriebsfähigkeit des Energiespeichers darstellt, nachfolgend die Energiespeichereinheit in dem Kraftfahrzeug, insbesondere als Teil einer Kraftfahrzeugbatterie, montiert wird. Falls die Anzeigeeinheit eine nicht ausreichende Betriebsfähigkeit darstellt, kann die entsprechende Energiespeichereinheit aussortiert werden. Durch die Ermittlung und Darstellung der Betriebsfähigkeit und nicht nur des Ladezustands des Energiespeichers können separate aufwändige Messungen bei der Montage des Energiespeichers eingespart werden, so dass eine schnelle und effiziente Überprüfung einer Energiespeichereinheit bei der Montage in ein Kraftfahrzeug ermöglicht ist.
  • Insbesondere wird nach dem Überprüfen der Energiespeichereinheit, insbesondere nach der Montage der Energiespeichereinheit, die Anzeigeeinheit zumindest teilweise entfernt. Die Energiespeichereinheit kann dadurch als bereits gebraucht gekennzeichnet werden, wodurch bei einem späteren Ausbau und einer Weiterverwendung in einem anderen Kraftfahrzeug eine nicht ausreichende Betriebsfähigkeit für den Energiespeicher attestiert wird. Dadurch kann beispielsweise verhindert werden, dass ein Energiespeicher mit einer fehlenden Gewährleistung montiert wird, dessen Zustand durch einen Vorbesitzer beeinträchtigt sein könnte. Insbesondere wenn die Anzeigeeinheit nach der Montage entfernt wird, kann ein Batteriemanagementsystem erkennen, dass die Energiespeichereinheit zuvor intakt war, so dass der Energiespeicher intern nicht als defekt geführt wird. Dies ermöglicht es erst nach einem Ausbau des Energiespeichers den Energiespeicher automatisch als „nicht in Ordnung“ zu führen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
  • 1: eine schematische perspektivische Darstellung einer Energiespeichereinheit,
  • 2: eine schematische Draufsicht einer Anzeigeeinheit der Energiespeichereinheit aus 1 in einem ersten Darstellungszustand,
  • 3: eine schematische Draufsicht der Anzeigeeinheit aus 2 in einem zweiten Darstellungszustand und
  • 4: eine schematische Draufsicht der Anzeigeeinheit aus 2 in einem dritten Darstellungszustand.
  • Die in 1 dargestellte Energiespeichereinheit 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem ein Energiespeicher vorgesehen ist. Der Energiespeicher kann beispielsweise eine Batteriezelle, insbesondere eine Taschenbatteriezelle („Pouch-Zelle“) sein. Es ist auch möglich, dass der Energiespeicher ein Batteriezellenmodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen ist, das mit anderen Batteriezellenmodulen zu einer Kraftfahrzeugbatterie zusammengeschaltet werden kann. Ferner kann der Energiespeicher eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere Traktionsbatterie zum elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl an Batteriezellenmodulen sein. Die Energiespeichereinheit 10 weist insbesondere innerhalb des Gehäuses 12 ein Batteriemanagementsystem 14 auf. Das Batteriemanagementsystem 14 kann eine mit einer Messeinrichtung verbundene Auswerteeinheit aufweisen, die aus den von der Messeinrichtung gemessenen Messwerten elektrischer Zustandsgrößen des Energiespeichers auf die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers schließen kann. Insbesondere kann ein Alterungszustand des Energiespeichers ermittelt werden, um die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers festzustellen. Die Auswerteeinheit ist mit einer Anzeigeeinheit 16 verbunden, die ein Farbfeld 18 aufweist. Das Farbfeld 18 kann seine Farbe irreversibel ändern.
  • Wenn eine Betriebsfähigkeit des Energiespeichers vorliegt, kann das Farbfeld 18 der Anzeigeeinheit 16 eine Färbung aufweisen, die einem „in Ordnung“-Zustand entspricht wie in 2 dargestellt. Beispielsweise ist das Farbfeld 18 vollständig grün eingefärbt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beispielsweise zur Anzeige einer halben Lebensdauer oder einer Wartungsbedürftigkeit des Energiespeichers das Farbfeld 18 teilweise verfärbt wird, wie in 3 dargestellt. Hierzu kann eine Teil des Farbfelds, beispielsweise die untere Hälfte, in eine andere Farbe, insbesondere rot, eingefärbt werden. Hierzu können beispielsweise Piezokristalle und/oder Flüssigkristalle durch eine elektrische Ansteuerung und/oder einen zumindest teilweisen Wegfall der elektrischen Ansteuerung umgefärbt werden. Wenn eine Betriebsfähigkeit des Energiespeichers nicht vorliegt, kann das Farbfeld 18 der Anzeigeeinheit 16 vollständig in eine Färbung umgefärbt sein, die einem „nicht in Ordnung“-Zustand entspricht wie in 4 dargestellt. Das Farbfeld 18 kann hierzu beispielsweise vollständig rot eingefärbt sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012218494 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug, mit einem, insbesondere als Batteriezellenmodul ausgestalteten, Energiespeicher zur Speicherung und Abgabe elektrischer Energie, einer Messeinrichtung zur Messung elektrischer Eigenschaften des Energiespeichers, einer mit der Messeinrichtung verbundenen Auswerteeinheit zur Ermittlung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers aus den Messergebnissen der Messeinrichtung und einer mit der Auswerteeinheit verbundenen Anzeigeeinheit (16) zur Darstellung der Betriebsfähigkeit des Energiespeichers.
  2. Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit eine Speichereinheit zur Speicherung der Messergebnissen der Messeinrichtung zu verschiedenen Messzeitpunkten aufweist, wobei die Auswerteeinheit ausgestaltet ist die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers aus den Messergebnissen der Messeinrichtung zu verschiedenen Messzeitpunkten zu bestimmen.
  3. Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ausgestaltet ist aus den Messergebnissen der Messeinrichtung einen Alterungszustand des Energiespeichers und/oder eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers und/oder einen Ausfall eines Messgeräts der Messeinrichtung und/oder ein Erreichen eines kritischen und/oder überkritischen Ladezustands des Energiespeichers zu ermitteln.
  4. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (16) zur optischen Darstellung der Betriebsfähigkeit ausgestaltet ist.
  5. Energiespeichereinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (16) Piezokristalle und/oder Flüssigkristalle aufweist.
  6. Energiespeichereinheit nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (16) ein elektrisch oder elektronisch ansteuerbares Farbfeld (18) aufweist.
  7. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (16) ein irreversibel verfärbbares Farbfeld (18) aufweist, wobei insbesondere eine Verfärbung des Farbfelds (18) zurück in einen Ursprungszustand durch die Auswerteeinheit blockiert ist.
  8. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinheit (16), insbesondere das Farbfeld (18), lösbar, insbesondere abkratzbar, mit dem Energiespeicher verbunden ist.
  9. Verfahren zur Montage einer Energiespeichereinheit (10) in ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Energiespeichereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bereitgestellt wird, die Betriebsfähigkeit des Energiespeichers mit Hilfe der Anzeigeeinheit (16) überprüft wird und in dem Fall, dass die Anzeigeeinheit (16) das Vorliegen einer Betriebsfähigkeit des Energiespeichers darstellt, nachfolgend die Energiespeichereinheit in dem Kraftfahrzeug, insbesondere als Teil einer Kraftfahrzeugbatterie, montiert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem nach dem Überprüfen der Energiespeichereinheit, insbesondere nach der Montage der Energiespeichereinheit, die Anzeigeeinheit (16) zumindest teilweise entfernt wird.
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