DE102016205771A1 - High Voltage energy storage device with a test element - Google Patents

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DE102016205771A1 DE102016205771.5A DE102016205771A DE102016205771A1 DE 102016205771 A1 DE102016205771 A1 DE 102016205771A1 DE 102016205771 A DE102016205771 A DE 102016205771A DE 102016205771 A1 DE102016205771 A1 DE 102016205771A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Energiespeichervorrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Energiespeichervorrichtung aufweist: einen Energiespeicher, der eingerichtet ist, dem Fahrzeug elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, und ein Prüfelement, das derart an dem Energiespeicher vorgesehen ist, dass mechanische und/oder thermische Belastungen des Energiespeichers oder einer oder mehrerer von dem Energiespeicher aufgenommenen Energiespeicherkomponenten zumindest teilweise auf das Prüfelement wirken, wobei das Prüfelement hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit des Energiespeichers oder einer Energiespeicherkomponente derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente führt, eine Zustandsänderung erfährt, anhand deren Rückschlüsse auf das Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente gezogen werden können. The invention relates to an energy storage device for a vehicle, wherein the energy storage device comprises: an energy store, which is set up to provide electrical energy to the vehicle, and a test element, which is provided on the energy store, that mechanical and / or thermal loads of Energy storage or one or more of the energy storage absorbed energy storage components act at least partially on the test element, wherein the test element is dimensioned in terms of its thermal and / or mechanical strength in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the energy storage or an energy storage component such that the test element at a critical mechanical and / or thermal load of the energy storage device or the energy storage component, which to a failure of the intended operation of the energy storage or the Energiespeicherko leads mponent, a change of state undergoes, based on their conclusions on the failure of the intended operation of the energy storage or the energy storage component can be drawn.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere eine Hochvoltspeichervorrichtung, für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraft- oder Nutzfahrzeug wie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug. The invention relates to an energy storage device, in particular a high-voltage storage device, for a vehicle, preferably for a motor vehicle or utility vehicle such as an electric or hybrid vehicle.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Energiespeichervorrichtung. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such an energy storage device.

Derartige Energiespeichervorrichtungen sind aus dem Stand der Technik weitläufig bekannt, um Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen. Zu diesem Zweck weist eine solche Energiespeichervorrichtung üblicherweise ein oder mehrere Energiemodule auf, welche wiederum ein oder mehrere vorzugsweise parallel oder in Reihe geschaltete Energiezellen aufweisen. Such energy storage devices are well known in the art for supplying electric vehicles or hybrid vehicles with electrical energy. For this purpose, such an energy storage device usually has one or more energy modules, which in turn have one or more preferably parallel or series-connected energy cells.

Beispiele für Energiezellen sind Batteriezellen und Wandlerzellen, zum Beispiel elektrische Batterien aus elektrochemischen Speicherzellen, wie etwa Lithium-Ionen-Speicherzellen, Doppelschichtkondensatoren, Brennstoffzellen, etc. Examples of energy cells are battery cells and converter cells, for example electric batteries from electrochemical storage cells, such as lithium-ion storage cells, double-layer capacitors, fuel cells, etc.

Herkömmliche Energiespeichervorrichtungen umfassen einen Energiespeicher, der unter anderem durch ein strukturfestes Energiespeichergehäuse gebildet wird, welches einen Gehäuseunterteil und einen Gehäuseoberteil, beispielsweise in Form eines Gehäusedeckels, aufweisen kann, wobei die Gehäuseteile derart miteinander verbunden werden, dass diese die Energiemodule umschließen bzw. aufnehmen. Weiterhin sind am Gehäuse üblicherweise Anbringungsabschnitte vorgesehen, beispielsweise in Form von Befestigungsstellen, über welche das Gehäuse mit fahrzeugaufbauseitig bzw. fahrzeugkarosserieseitig angeordneten Elementen bzw. Bauteilen zur Halterung des Gehäuses mit dem Fahrzeug verbunden werden kann. Conventional energy storage devices comprise an energy store, which is formed, inter alia, by a structurally stable energy storage housing which may have a housing lower part and a housing upper part, for example in the form of a housing cover, wherein the housing parts are connected to one another in such a way that they surround or receive the energy modules. Furthermore, mounting portions are usually provided on the housing, for example in the form of attachment points, via which the housing can be connected to the vehicle body side or vehicle body side arranged elements or components for mounting the housing to the vehicle.

Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung des Antriebsstrangs bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen sind immer leistungsfähigere Energiespeicher wie Hochvoltspeicher erforderlich, um den stets steigenden Leistungsanforderungen von Fahrzeughaltern gerecht zu werden und um die Reichweite von Elektro- und Hybridfahrzeugen zu erhöhen. Against the background of the electrification of the powertrain in electric or hybrid vehicles more and more efficient energy storage such as high-voltage storage are required to meet the ever-increasing performance requirements of vehicle owners and to increase the range of electric and hybrid vehicles.

Um Sicherheitsrisiken wie z.B. Kurzschlüsse in den Batteriemodulen zu vermeiden, beispielsweise bei der weiteren Verwendung von solchen Hochvoltspeichern nach einem Unfall bzw. Fahrzeugcrash, spielt die „Crashsicherheit“ bzw. Unfallsicherheit der Hochvoltspeicher eine entscheidende Rolle, wenn diese auch nach einem Unfall weiter verwendet werden sollen. To address security risks, such as To avoid short circuits in the battery modules, for example, in the further use of such high-voltage storage after an accident or vehicle crash, the "crash safety" or accident safety of high-voltage storage plays a crucial role, if they should continue to be used after an accident.

Dementsprechend existiert eine Reihe von Prüfverfahren, die sich mit dem Aufprallschutz der Hochvoltspeicher befassen. Accordingly, there are a number of test methods that deal with the impact protection of high-voltage storage.

Wie bereits erwähnt ist, ist in Bezug auf Hochvoltspeicher nach einem Fahrzeugcrash insbesondere deren weitere Nutzbarkeit von Interesse. Als Kriterium für die Wiederverwendbarkeit bzw. die weitere Verwendbarkeit der Hochvoltspeicher auch nach einem Fahrzeugcrash dient momentan das Nicht-Auslösen des Airbags im Falle eines Fahrzeugcrashs, d.h. ein Hochvoltspeicher wird nach einem Fahrzeugcrash weiterhin für funktionstüchtig erachtet, wenn der Airbag im Fahrzeug während des Fahrzeugcrashs nicht ausgelöst wurde. Somit werden die bereits im Fahrzeug verbauten Fahrzeugsensoren verwendet, die anzeigen, ob ein Fahrzeugcrash mit Beschleunigungen über der Airbag-Auslöseschwelle oder ein anderer Schadensfall (z.B. Feuer) aufgetreten ist. Bei den verwendeten Sensoren des Airbagsystems kann es sich beispielsweise um Airbag-, Beschleunigungs- oder Temperatursensoren handeln. As already mentioned, with respect to high-voltage storage after a vehicle crash, in particular its further usability is of interest. As a criterion for the reusability or the further usability of the high-voltage accumulator even after a vehicle crash is currently serving the non-triggering of the airbag in the event of a vehicle crash, i. a high-voltage battery is still considered to be functional after a vehicle crash if the airbag in the vehicle has not been triggered during the vehicle crash. Thus, vehicle sensors already installed in the vehicle are used to indicate whether a vehicle crash has occurred with accelerations above the airbag deployment threshold or any other incident (e.g., fire). The sensors of the airbag system used may be, for example, airbag, acceleration or temperature sensors.

Allerdings sind diese Sensoren solcher Airbagsysteme nicht oder nur eingeschränkt bei einem parkendem Fahrzeug funktionsfähig, so dass keinerlei Rückschlüsse auf den Zustand der Energiespeichervorrichtung gezogen werden können, wenn der Hochvoltspeicher weiterhin nach einem Fahrzeugcrash verwendet wird und der Zustand des Hochvoltspeichers danach ermittelt werden soll. However, these sensors of such airbag systems are not or only partially functional in a parked vehicle, so that no conclusions can be drawn on the state of the energy storage device, if the high-voltage storage is still used after a vehicle crash and the state of the high-voltage memory is to be determined thereafter.

Zudem kann es bei Verwendung von Airbag-Auslöse-Sensoren für die Zustandsbewertung von Hochvoltspeichern nachteilig sein, dass Airbag-Entfaltungssysteme erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit reagieren und die Auslöseschwelle für die Airbagentfaltung nicht mit den Maximalbelastungen des Energiespeichers abgestimmt ist. Daher kann durch Auswertung der Ausgaben der Sensoren des Airbagsystems nur eine ungefähre Schätzung über den Zustand des Hochvoltspeichers vorgenommen werden. In addition, it may be disadvantageous when using airbag deployment sensors for the condition assessment of high-voltage storage that airbag deployment systems react only above a certain minimum speed and the triggering threshold for the airbag deployment is not tuned with the maximum load of the energy storage. Therefore, by evaluating the outputs of the sensors of the airbag system, only an approximate estimate of the state of the high-voltage memory can be made.

Weiterer Stand der Technik wird durch die DE 10 2012 024 965 A1 , DE 10 2012 109 430 A1 , US 2013/0187616 A1 und US 2013/0200855 A1 gebildet. Further prior art is by the DE 10 2012 024 965 A1 . DE 10 2012 109 430 A1 . US 2013/0187616 A1 and US 2013/0200855 A1 educated.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Energiespeichervorrichtungen und Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass der Zustand der Energiespeichervorrichtung auch nach einem Fahrzeugcrash präzise und auf kostengünstige Weise ermittelt werden kann. The invention is therefore based on the object, the known from the prior art energy storage devices and vehicles such that the state of the energy storage device can be determined precisely and in a cost effective manner even after a vehicle crash.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. This object is solved by the features of the independent claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung ist insbesondere eine Hochvoltspeichervorrichtung für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraft- oder Nutzfahrzeug wie ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei die Energiespeichervorrichtung aufweist: einen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher im Falle einer Hochvoltspeichervorrichtung, der eingerichtet ist, dem Fahrzeug elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, und ein Prüfelement, das derart an dem Energiespeicher vorgesehen ist, dass mechanische und/oder thermische Belastungen des Energiespeichers oder einer oder mehrerer von dem Energiespeicher aufgenommenen Energiespeicherkomponenten zumindest teilweise auf das Prüfelement wirken, wobei das Prüfelement hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit des Energiespeichers oder einer Energiespeicherkomponente derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente führt, eine Zustandsänderung erfährt, anhand deren Rückschlüsse auf das Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers oder der Energiespeicherkomponente gezogen werden können. The energy storage device according to the invention is in particular a high-voltage storage device for a vehicle, preferably for a motor vehicle or utility vehicle such as an electric or hybrid vehicle, wherein the energy storage device comprises: an energy storage, in particular a high-voltage storage in the case of a high-voltage storage device, which is adapted to the vehicle electrical energy To provide, and a test element which is provided on the energy storage such that mechanical and / or thermal loads of the energy storage or one or more of the energy storage absorbed energy storage components at least partially act on the test element, wherein the test element with respect to its thermal and / or mechanical load capacity in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the energy storage device or an energy storage component is dimensioned such that the test element at a critical n mechanical and / or thermal stress of the energy storage or the energy storage component, which leads to a failure of normal operation of the energy storage or the energy storage component undergoes a change of state, can be drawn from the conclusions of the failure of the intended operation of the energy storage or the energy storage component.

Dadurch kann auf äußerst kostengünstige Weise eine Bewertung der weiteren Nutzbarkeit des Hochvoltspeichers nach einem Fahrzeugcrash vorgenommen werden. Vorzugsweise wird zusammen mit dem Hochvoltspeicher ein kleines und kostengünstiges Bauteil als das Prüfelement vorgesehen bzw. in den Hochvoltspeicher montiert, das ähnlichen Belastungen standhalten kann wie das empfindlichste Bauteil bzw. die empfindlichste Komponente im Hochvoltspeicher selbst. Vorzugsweise kann das Prüfelement diese Belastungen auch detektieren. Zu diesem Zweck kann sowohl ein mechanisches als auch ein elektrisches Prüfelement dienen, das nach einem Fahrzeug-Crash untersucht wird, um Rückschlüsse auf das Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Hochvoltspeichers oder der Hochvoltspeicherkomponente ziehen zu können. Je nach Zustand des Prüfelements kann somit eine Aussage darüber getroffen werden, ob und inwieweit der Hochvoltspeicher weiterverwendet werden kann. Bei dem Prüfelement kann es sich beispielsweise um einen Kunststoffstab mit einer Materialanhäufung am Ende handeln. Die Materialanhäufung dient als Gewicht, das den Stab oberhalb einer definierten, vom Hochvoltspeicher maximal ertragbaren Beschleunigung so stark belastet, dass er bricht. Nach einem Fahrzeug-Crash kann das Prüfelement inspiziert und so eine Aussage über die Beschädigung und weitere Verwendbarkeit des Hochvoltspeichers gemacht werden. Wird weiterhin im Stab ein leitfähiger Draht eingebettet, der mit dem Stab bricht, kann eine kritische Beschleunigung auch elektronisch erkannt und nachfolgende Sicherheitssysteme, beispielsweise Warnmeldungen für den Fahrer, ausgelöst werden. As a result, an evaluation of the further usability of the high-voltage accumulator after a vehicle crash can be carried out in a very cost-effective manner. Preferably, together with the high-voltage accumulator, a small and inexpensive component is provided as the test element or mounted in the high-voltage storage, which can withstand similar loads as the most sensitive component or the most sensitive component in the high-voltage storage itself. Preferably, the test element can detect these loads as well. For this purpose, both a mechanical and an electrical test element can be used, which is examined after a vehicle crash in order to draw conclusions about the failure of the intended operation of the high-voltage storage or the high-voltage storage component can. Depending on the condition of the test element, it is thus possible to make a statement as to whether and to what extent the high-voltage memory can continue to be used. The test element may be, for example, a plastic rod with an accumulation of material at the end. The accumulation of material serves as a weight, which loads the rod above a defined, from the high-voltage accumulator maximum sustainable acceleration so strong that it breaks. After a vehicle crash, the inspection element can be inspected and thus a statement made about the damage and further usability of the high-voltage memory. If a conductive wire is also embedded in the rod and breaks with the rod, critical acceleration can also be detected electronically and subsequent safety systems, for example warning messages for the driver, triggered.

Das somit geschaffene Kriterium zur Bewertung der weiteren Nutzbarkeit des Hochvoltspeichers ist auf die Gegebenheiten des Hochvoltspeichers angepasst, was bei Verwendung der Sensoren des Airbagsystems nicht der Fall ist, wie vorstehend erläutert ist. Zudem wird ein äußerst kostengünstiges und zuverlässigeres Kriterium zur Bewertung der weiteren Nutzbarkeit eines Hochvoltspeichers geschaffen. The criterion thus created for evaluating the further usability of the high-voltage accumulator is adapted to the conditions of the high-voltage accumulator, which is not the case when using the sensors of the airbag system, as explained above. In addition, an extremely cost-effective and reliable criterion for evaluating the further usability of a high-voltage memory is created.

Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung kann in vorteilhafter Weise derart weitergebildet werden, dass das Prüfelement hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit des Energiespeichers oder einer Energiespeicherkomponente derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement bei einer kritischen Beschleunigung und/oder einer kritischen Temperatur eine Zustandsänderung erfährt. The energy storage device according to the invention can be developed in an advantageous manner such that the test element is dimensioned in terms of its thermal and / or mechanical load capacity in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the energy storage or energy storage component such that the test element at a critical acceleration and / or or a critical temperature undergoes a change of state.

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung so ausgestaltet werden, dass das Prüfelement hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit einer Energiespeicherkomponente, welche im Vergleich zu verbleibenden Energiespeicherkomponenten für die geringsten mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgelegt ist, derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung der Energiespeicherkomponente eine Zustandsänderung erfährt. Furthermore, the energy storage device according to the invention can be configured so that the test element with respect to its thermal and / or mechanical load capacity in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of an energy storage component, which is designed compared to remaining energy storage components for the lowest mechanical and / or thermal loads , Is dimensioned such that the test element undergoes a state change in a critical mechanical and / or thermal load of the energy storage component.

Darüber hinaus kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung derart verwirklicht werden, dass eine Energiespeicherkomponente des Energiespeichers durch eine oder mehrere der folgenden Komponenten gebildet wird:
ein Energiespeichergehäuse, das eingerichtet ist, eine oder mehrere Energiespeichermodule zu haltern bzw. zu halten und/oder aufzunehmen, und/oder
ein oder mehrere Energiespeichermodule, die eingerichtet sind, elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und/oder ein oder mehrere Energiezellen aufzunehmen, und/oder
eine oder mehrere Energiezellen, die eingerichtet sind, elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und/oder mit einer oder mehreren weiteren Energiezellen in Reihe oder parallel geschaltet zu werden, und/oder
ein oder mehrere elektrische oder elektronische Einrichtungen, die eingerichtet sind, die Abgabe elektrischer Energie von dem Energiespeicher zu steuern. In addition, the energy storage device according to the invention can be realized in such a way that an energy storage component of the energy storage device is formed by one or more of the following components:
an energy storage housing configured to support and / or hold one or more energy storage modules, and / or
one or more energy storage modules configured to provide electrical energy and / or to receive one or more energy cells, and / or
one or more energy cells configured to provide electrical energy and / or with one or more others Energy cells to be connected in series or in parallel, and / or
one or more electrical or electronic devices configured to control the delivery of electrical energy from the energy store.

Ferner kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung so realisiert werden, dass das Prüfelement als ein Stab mit definierter Sollbruchstelle ausgebildet ist, so dass das Prüfelement bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es (bevorzugt an der Sollbruchstelle) bricht. Furthermore, the energy storage device according to the invention can be realized so that the test element is designed as a rod with a defined predetermined breaking point, so that the test element undergoes a change in state when exposed to a critical load by it breaks (preferably at the predetermined breaking point).

Des Weiteren kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung derart ausgebildet werden, dass das Prüfelement als ein Kunststoffstab mit definierter Sollbruchstelle ausgebildet ist, so dass das Prüfelement bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es (bevorzugt an der Sollbruchstelle) bricht. Furthermore, the energy storage device according to the invention can be designed such that the test element is designed as a plastic rod with a defined predetermined breaking point, so that the test element undergoes a change of state upon exposure to a critical load by breaking (preferably at the predetermined breaking point).

Überdies kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung so umgesetzt werden, dass das Prüfelement als ein Stab mit integrierter Sensorleitung derart ausgebildet ist, dass das Prüfelement bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es sich verformt und dadurch die Sensorleitung beschädigt, wodurch das Auftreten der kritischen Belastung erfasst werden kann. Die Auswertung der Signale der Sensorleitung kann vorteilhafterweise durch bestehende Systeme erfolgen, beispielsweise durch eine Integration in eine „HV Interlock Loop“ bzw. eine „HV-Sicherheitslinie“ oder „HV-Pilotlinie“. Moreover, the energy storage device according to the invention can be implemented so that the test element is designed as a rod with integrated sensor line such that the test element undergoes a change in state under the influence of a critical load by deforming and thereby damage the sensor line, whereby the occurrence of the critical load can be detected. The evaluation of the signals of the sensor line can be advantageously carried out by existing systems, for example by integration in a "HV Interlock Loop" or a "HV security line" or "HV pilot line".

Weiterhin kann die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung derart ausgebildet sein, dass sie mehrere Prüfelemente aufweist, die derart an jeweiligen unterschiedlichen Energiespeicherkomponenten vorgesehen sind, dass mechanische und/oder thermische Belastungen der jeweiligen unterschiedlichen Energiespeicherkomponenten zumindest teilweise auf die jeweiligen Prüfelemente wirken. Dabei ist jedes Prüfelement hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit einer jeweiligen Energiespeicherkomponente derart dimensioniert, dass das jeweilige Prüfelement bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung der jeweiligen Energiespeicherkomponente, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs der jeweiligen Energiespeicherkomponente führt, eine entsprechende Zustandsänderung erfährt. Die jeweiligen Prüfelemente können somit für unterschiedliche kritische Belastungen der jeweiligen Energiespeicherkomponenten ausgelegt sein, d.h. die jeweiligen Prüfelemente weisen unterschiedliche Belastungsschwellen für verschiedene, unterschiedlich dimensionierte Bauteile auf und werden so an die jeweiligen zugehörigen Bauteile montiert. Furthermore, the energy storage device according to the invention can be designed such that it has a plurality of test elements, which are provided on respective different energy storage components such that mechanical and / or thermal loads of the respective different energy storage components at least partially act on the respective test elements. In this case, each test element in terms of its thermal and / or mechanical load capacity in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of a respective energy storage component dimensioned such that the respective test element at a critical mechanical and / or thermal load of the respective energy storage component, which leads to a failure of operation of the respective energy storage component performs appropriate, undergoes a corresponding change in state. The respective test elements may thus be designed for different critical loads of the respective energy storage components, i. the respective test elements have different load thresholds for different, differently dimensioned components and are thus mounted to the respective associated components.

So kann bei einer entsprechenden Belastung des Energiespeichers durch Inspektion der an den jeweiligen Energiespeicherkomponenten verbauten Prüfelemente ermittelt werden, welche Energiespeicherkomponente(n) ausgetauscht werden muss/müssen oder ob ein Komplettaustausch des Energiespeichers notwendig ist. Vorzugsweise ist das Prüfelement, wenn nicht nur der ganze Energiespeicher, sondern auch einzelne Energiespeicherkomponenten ausgetauscht werden können, auch austauschbar ausgeführt oder Teil einer austauschbaren Energiespeicherkomponente.Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere Nutz- oder Kraftfahrzeug, umfasst die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung. Thus, with a corresponding load on the energy storage device by inspection of the test elements installed on the respective energy storage components, it can be determined which energy storage component (s) need to be replaced or whether a complete replacement of the energy storage device is necessary. Preferably, the test element, if not only the entire energy storage but also individual energy storage components can be replaced, also designed interchangeable or part of an exchangeable Energiespeicherkomponente.Das inventive vehicle, especially utility or motor vehicle, comprising the energy storage device according to the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Preferred embodiments of the invention are explained below by way of example with reference to FIGS.

Es zeigen: Show it:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung; 1 a schematic representation of an energy storage device according to the invention;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Prüfelements der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung von 1; und 2 a first embodiment of a test element of the energy storage device of the invention 1 ; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Prüfelements der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung von 1. 3 a second embodiment of a test element of the energy storage device of the invention 1 ,

1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 10, die in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug, in diesem Fall Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb, vorgesehen ist. 1 shows a schematic representation of an energy storage device according to the invention 10 , which is provided in a vehicle according to the invention, in this case motor vehicle with electric drive.

Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 10 ist in diesem Fall eine Hochvoltspeichervorrichtung für das Kraftfahrzeug und dient unter anderem zur Versorgung des elektrischen Antriebs des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. The energy storage device according to the invention 10 is in this case a high-voltage storage device for the motor vehicle and is used inter alia to supply the electrical drive of the motor vehicle with electrical energy.

Wie in 1 dargestellt ist, weist die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung 10 zu diesem Zweck einen Energiespeicher 100 auf, der in diesem Fall als ein Hochvoltspeicher ausgebildet ist. Der Energiespeicher 100 weist mehrere Energiespeicherkomponenten auf, unter anderem ein Energiespeichergehäuse 101, das eingerichtet ist, mehrere Energiespeichermodule 110 zu haltern bzw. zu halten und aufzunehmen, wobei die jeweiligen Energiespeichermodule 110 wiederum mehrere Energiezellen 111 aufnehmen, welche in diesem Fall die elektrische Energie vorzugsweise durch Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung zur Verfügung stellen. As in 1 is shown, the energy storage device according to the invention 10 for this purpose an energy storage 100 on, which is designed in this case as a high-voltage storage. The energy storage 100 has several energy storage components, including an energy storage housing 101 that is set up multiple energy storage modules 110 to hold or record and record, with the respective energy storage modules 110 again several energy cells 111 record, which in this case the electrical energy preferably provide by series connection and / or parallel circuit.

Das Energiespeichergehäuse 101 ist über nicht näher erläuterte Anbringungsabschnitte 102 mit fahrzeugaufbauseitig bzw. fahrzeugkarosserieseitig angeordneten Elementen bzw. Bauteilen zur Halterung des Energiespeichergehäuses 101 verbunden. The energy storage housing 101 is about unspecified mounting sections 102 with vehicle body side or vehicle body side arranged elements or components for holding the energy storage housing 101 connected.

Weiterhin sind optional nicht näher dargestellte elektrische oder elektronische Einrichtungen vorgesehen, die eingerichtet sind, die Abgabe elektrischer Energie von dem Energiespeicher 100 zu steuern. Furthermore, optionally not shown electrical or electronic devices are provided, which are adapted to the delivery of electrical energy from the energy storage 100 to control.

Weiterhin weist der Energiespeicher 100 ein Prüfelement 103 auf, das – wie in 1 gezeigt ist – an dem Energiespeichergehäuse 101 des Energiespeichers 100 derart vorgesehen ist, dass mechanische Belastungen, insbesondere in diesem Ausführungsbeispiel eine Beschleunigung, des Energiespeichergehäuses 101 nahezu in gleichem Ausmaß auf das Prüfelement 103 wirken wie auf das Energiespeichergehäuse 101. Dabei ist das Prüfelement 103 hinsichtlich seiner mechanischen Belastbarkeit in Relation zu einer mechanischen Belastbarkeit einer Energiespeicherkomponente, beispielweise eine Energiezelle wie eine Batteriezelle, derart dimensioniert, dass das Prüfelement 103 bei einer kritischen mechanischen Belastung dieser Energiespeicherkomponente bzw. Batteriezelle, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs dieser Energiespeicherkomponente bzw. der Batteriezelle führt, eine Zustandsänderung erfährt, anhand deren Rückschlüsse auf das Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers 100 oder der Energiespeicherkomponente wie der Batteriezelle gezogen werden können. Furthermore, the energy store 100 a test element 103 on, that - as in 1 is shown - on the energy storage housing 101 of the energy store 100 is provided such that mechanical loads, in particular in this embodiment an acceleration of the energy storage housing 101 almost to the same extent on the test element 103 act like on the energy storage housing 101 , Here is the test element 103 in terms of its mechanical strength in relation to a mechanical load capacity of an energy storage component, for example, an energy cell such as a battery cell, dimensioned such that the test element 103 at a critical mechanical load of this energy storage component or battery cell, which leads to a failure of the intended operation of this energy storage component or the battery cell undergoes a change in state, based on their conclusions on the failure of the intended operation of the energy storage 100 or the energy storage component such as the battery cell can be pulled.

Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Energiespeicherkomponente, welche im Vergleich zu verbleibenden Energiespeicherkomponenten für die geringsten mechanischen Belastungen ausgelegt ist, so dass das Prüfelement 103 bei einer kritischen mechanischen Belastung dieser am schwächsten ausgelegten Energiespeicherkomponente eine Zustandsänderung erfährt. Preferably, this is an energy storage component, which is designed in comparison to remaining energy storage components for the lowest mechanical loads, so that the test element 103 undergoes a state change at a critical mechanical load of this most vulnerable energy storage component.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Prüfelements 103 der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 10 von 1, wobei das Prüfelement 103 in 2 als ein Stab, beispielsweise ein Kunststoffstab oder ein poröser Keramikstab, mit definierter Sollbruchstelle 104 ausgebildet ist, so dass das Prüfelement 103 bei Einwirkung einer kritischen Belastung wie einer kritischen Beschleunigung eine Zustandsänderung erfährt, indem es bricht. 2 shows a first embodiment of the test element 103 the energy storage device according to the invention 10 from 1 , wherein the test element 103 in 2 as a rod, for example a plastic rod or a porous ceramic rod, with a defined breaking point 104 is formed, so that the test element 103 undergoes a change of state when it breaks a critical load such as a critical acceleration.

Beispielsweise wird das Prüfelement 103 durch einen stabförmigen Abschnitt 103A gebildet, an dessen Ende ein im Vergleich zum stabförmigen Abschnitt 103A mit höherer Masse ausgelegter Gewichtsabschnitt 103B angrenzt. Dadurch wird bei entsprechend hoher, auf den Gewichtsabschnitt wirkender Beschleunigung ein Bruch des stabförmigen Abschnitt 103A bei der Sollbruchstelle 104 erzielt. For example, the test element becomes 103 through a rod-shaped section 103A formed at the end of a compared to the rod-shaped section 103A with a higher mass designed weight portion 103B borders. As a result, with a correspondingly high acceleration acting on the weight section, a fracture of the rod-shaped section takes place 103A at the breaking point 104 achieved.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Prüfelements 203 der erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung 10 von 1. 3 shows a second embodiment of a test element 203 the energy storage device according to the invention 10 from 1 ,

In diesem Fall ist das Prüfelement 203 als ein Stab mit integrierter Sensorleitung 205 sowie einer Sollbruchstelle 204 derart ausgebildet, dass das Prüfelement 203 bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es sich verformt, an der Sollbruchstelle 204 bricht und dadurch die Sensorleitung 205 an der Sollbruchstelle 204 beschädigt bzw. unterbricht, d.h. die elektrische Leitung unterbricht, wodurch das Auftreten der kritischen Belastung von einer externen Vorrichtung erfasst werden kann. Die Sensorleitung 205 weist zu diesem Zweck zwei Enden 206A und 206B in Form von Anschlüssen auf, welche mit einem externen Messgerät als externe Vorrichtung verbunden sein können, wobei über das Messgerät festgestellt werden kann, ob die elektrische Leitfähigkeit der Sensorleitung 205 unterbrochen ist oder nicht, wodurch Rückschlüsse auf den Zustand des Prüfelements 203 und damit auf den Zustand des Energiespeichers 100 gezogen werden könne, ohne eine visuelle Überprüfung des Prüfelements 203 vornehmen zu müssen. In this case the test element is 203 as a bar with integrated sensor line 205 as well as a predetermined breaking point 204 formed such that the test element 203 undergoes a change of state when deformed by the action of a critical load, at the predetermined breaking point 204 breaks and thereby the sensor line 205 at the breaking point 204 or breaks, ie the electrical line breaks, whereby the occurrence of the critical load can be detected by an external device. The sensor line 205 has two ends for this purpose 206A and 206B in the form of terminals, which may be connected to an external measuring device as an external device, wherein it can be determined via the measuring device, whether the electrical conductivity of the sensor line 205 is interrupted or not, allowing conclusions about the condition of the test element 203 and thus on the state of the energy storage 100 can be drawn without a visual inspection of the test element 203 to have to make.

Wenngleich in der in 1 dargestellten Energiespeichervorrichtung 10 bzw. in dem Energiespeicher 100 lediglich ein Prüfelement 103 verwendet wird, ist offensichtlich, dass in einer weiteren, nicht dargestellten, alternativen Ausführungsform mehrere solcher Prüfelemente 103 an unterschiedlichen Komponenten des Energiespeicher 100 vorgesehen sein können. Although in the in 1 illustrated energy storage device 10 or in the energy store 100 only a test element 103 is used, it is obvious that in a further, not shown, alternative embodiment, several such test elements 103 on different components of the energy storage 100 can be provided.

So können beispielsweise jeweilige Prüfelemente 103 an jeweiligen unterschiedlichen Energiespeicherkomponenten wie dem Energiespeichergehäuses 101 und den Energiespeichermodulen 110 vorgesehen sein, wobei die jeweiligen Prüfelemente 103 derart an den jeweiligen unterschiedlichen Energiespeicherkomponenten vorgesehen sind, dass mechanische Belastungen (beispielsweise Beschleunigungen) der jeweiligen unterschiedlichen Energiespeicherkomponenten zumindest teilweise auf die jeweiligen Prüfelemente 103 wirken. Dabei ist jedes Prüfelement 103 hinsichtlich seiner mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit der jeweiligen Energiespeicherkomponente wie dem Energiespeichergehäuses 101 und den Energiespeichermodulen 110 derart dimensioniert, dass das jeweilige Prüfelement 103 bei einer kritischen mechanischen Belastung der jeweiligen Energiespeicherkomponente, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs der jeweiligen Energiespeicherkomponente führt, eine entsprechende Zustandsänderung erfährt. For example, respective test elements 103 at respective different energy storage components such as the energy storage housing 101 and the energy storage modules 110 be provided, wherein the respective test elements 103 are provided on the respective different energy storage components such that mechanical loads (for example, accelerations) of the respective different energy storage components at least partially to the respective test elements 103 Act. Here is each test element 103 in terms of its mechanical strength in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the respective energy storage component such as the energy storage housing 101 and the energy storage modules 110 dimensioned such that the respective test element 103 at a critical mechanical load of respective energy storage component, which leads to a failure of the intended operation of the respective energy storage component, undergoes a corresponding change in state.

Die jeweiligen Prüfelemente 103 können somit für unterschiedliche kritische Belastungen der jeweiligen Energiespeicherkomponenten ausgelegt sein, d.h. die jeweiligen Prüfelemente 103 weisen unterschiedliche Belastungsschwellen für verschiedene, unterschiedlich dimensionierte Bauteile auf und werden so an die jeweiligen zugehörigen Bauteile montiert. The respective test elements 103 can thus be designed for different critical loads of the respective energy storage components, ie the respective test elements 103 have different load thresholds for different, different sized components and are mounted to the respective associated components.

So kann bei einer entsprechenden Belastung des Energiespeichers durch Inspektion der an den jeweiligen Energiespeicherkomponenten verbauten Prüfelemente 103 ermittelt werden, welche Energiespeicherkomponente(n) ausgetauscht werden muss/müssen oder ob ein Komplettaustausch des Energiespeichers 100 notwendig ist. Thus, with a corresponding load of the energy storage by inspection of the built-in the respective energy storage components test elements 103 it is determined which energy storage component (s) need to be replaced or whether a complete replacement of the energy storage 100 necessary is.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Energiespeichervorrichtung (10) für ein Fahrzeug, wobei die Energiespeichervorrichtung (10) aufweist: einen Energiespeicher (100), der eingerichtet ist, dem Fahrzeug elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, und ein Prüfelement (103; 203), das derart an dem Energiespeicher (100) vorgesehen ist, dass mechanische und/oder thermische Belastungen des Energiespeichers (100) oder einer oder mehrerer von dem Energiespeicher (100) aufgenommenen Energiespeicherkomponenten zumindest teilweise auf das Prüfelement (103; 203) wirken, wobei das Prüfelement (103; 203) hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit des Energiespeichers (100) oder einer Energiespeicherkomponente derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement (103; 203) bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung des Energiespeichers (100) oder der Energiespeicherkomponente, welche zu einem Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers (100) oder der Energiespeicherkomponente führt, eine Zustandsänderung erfährt, anhand deren Rückschlüsse auf das Versagen des bestimmungsgemäßen Betriebs des Energiespeichers (100) oder der Energiespeicherkomponente gezogen werden können. Energy storage device ( 10 ) for a vehicle, wherein the energy storage device ( 10 ) comprises: an energy store ( 100 ) arranged to provide the vehicle with electrical energy, and a test element ( 103 ; 203 ), which in such a way at the energy storage ( 100 ) is provided that mechanical and / or thermal loads of the energy store ( 100 ) or one or more of the energy storage ( 100 ) recorded energy storage components at least partially on the test element ( 103 ; 203 ), the test element ( 103 ; 203 ) in terms of its thermal and / or mechanical strength in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the energy store ( 100 ) or an energy storage component is dimensioned such that the test element ( 103 ; 203 ) at a critical mechanical and / or thermal load of the energy store ( 100 ) or the energy storage component, which leads to a failure of the intended operation of the energy store ( 100 ) or the energy storage component leads, undergoes a change of state, based on their conclusions on the failure of the intended operation of the energy storage ( 100 ) or the energy storage component can be pulled. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, wobei das Prüfelement (103; 203) hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit des Energiespeichers (100) oder einer Energiespeicherkomponente derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement (103; 203) bei einer kritischen Beschleunigung und/oder einer kritischen Temperatur eine Zustandsänderung erfährt. Energy storage device ( 10 ) according to claim 1, wherein the test element ( 103 ; 203 ) in terms of its thermal and / or mechanical strength in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of the energy store ( 100 ) or an energy storage component is dimensioned such that the test element ( 103 ; 203 ) undergoes a change of state at a critical acceleration and / or a critical temperature. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Prüfelement (103; 203) hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit in Relation zu der thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit einer Energiespeicherkomponente, welche im Vergleich zu verbleibenden Energiespeicherkomponenten für die geringsten mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgelegt ist, derart dimensioniert ist, dass das Prüfelement (103; 203) bei einer kritischen mechanischen und/oder thermischen Belastung der Energiespeicherkomponente eine Zustandsänderung erfährt. Energy storage device ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the test element ( 103 ; 203 ) in terms of its thermal and / or mechanical load capacity in relation to the thermal and / or mechanical load capacity of an energy storage component, which is designed in comparison to remaining energy storage components for the lowest mechanical and / or thermal loads, dimensioned such that the test element ( 103 ; 203 ) undergoes a change in state at a critical mechanical and / or thermal load of the energy storage component. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Energiespeicherkomponente des Energiespeichers (100) durch eine oder mehrere der folgenden Komponenten gebildet wird: ein Energiespeichergehäuse (101), das eingerichtet ist, eine oder mehrere Energiespeichermodule (110) zu haltern und/oder aufzunehmen, und/oder ein oder mehrere Energiespeichermodule (110), die eingerichtet sind, elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und/oder ein oder mehrere Energiezellen (111) aufzunehmen, und/oder eine oder mehrere Energiezellen (111), die eingerichtet sind, elektrische Energie zur Verfügung zu stellen und/oder mit einer oder mehreren weiteren Energiezellen (111) in Reihe oder parallel geschaltet zu werden, und/oder ein oder mehrere elektrische oder elektronische Einrichtungen, die eingerichtet sind, die Abgabe elektrischer Energie von dem Energiespeicher (100) zu steuern. Energy storage device ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein an energy storage component of the energy store ( 100 ) is formed by one or more of the following components: an energy storage housing ( 101 ), which is set up, one or more energy storage modules ( 110 ) and / or one or more energy storage modules ( 110 ), which are set up to provide electrical energy and / or one or more energy cells ( 111 ), and / or one or more energy cells ( 111 ), which are set up to provide electrical energy and / or with one or more further energy cells ( 111 ) be connected in series or in parallel, and / or one or more electrical or electronic devices which are adapted to the output of electrical energy from the energy storage ( 100 ) to control. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prüfelement (103; 203) als ein Stab mit definierter Sollbruchstelle ausgebildet ist, so dass das Prüfelement (103; 203) bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es bricht. Energy storage device ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the test element ( 103 ; 203 ) is designed as a rod with a defined predetermined breaking point, so that the test element ( 103 ; 203 ) undergoes a change of state when acting on a critical load, breaking it. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prüfelement (103; 203) als ein Kunststoffstab mit definierter Sollbruchstelle ausgebildet ist, so dass das Prüfelement (103; 203) bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es bricht. Energy storage device ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the test element ( 103 ; 203 ) is formed as a plastic rod with a defined predetermined breaking point, so that the test element ( 103 ; 203 ) undergoes a change of state when acting on a critical load, breaking it. Energiespeichervorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Prüfelement (203) als ein Stab mit integrierter Sensorleitung (205) derart ausgebildet ist, dass das Prüfelement (203) bei Einwirkung einer kritischen Belastung eine Zustandsänderung erfährt, indem es sich verformt und dadurch die Sensorleitung (205) beschädigt oder unterbricht, wodurch das Auftreten der kritischen Belastung erfasst werden kann. Energy storage device ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the test element ( 203 ) as a bar with integrated sensor line ( 205 ) is designed such that the test element ( 203 ) undergoes a change of state under the action of a critical load, in that it deforms and thereby the sensor line ( 205 ) damages or interrupts, whereby the occurrence of the critical load can be detected. Fahrzeug, insbesondere Nutz- oder Kraftfahrzeug, mit einer Energiespeichervorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche. Vehicle, in particular utility or motor vehicle, with an energy storage device ( 10 ) according to one of the preceding claims.
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