DE102016222763A1

DE102016222763A1 - Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102016222763A1
Application number: DE102016222763.7A
Authority: DE
Inventors: Roland KUBE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2036-11-19
Also published as: CN108075194B; CN108075194A; DE102016222763B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit (1), umfassend eine Gehäuse (2), in dem mindestens zwei Batteriemodule (8) angeordnet sind, wobei die Batteriemodule (8) Mess- und Steuereinheiten (9) aufweisen, die mit mindestens einem zentralen Steuergerät (11) datentechnisch verbunden sind, wobei die Mess- und Steuereinheiten (9) jeweils ein Funkmodul aufweisen, wobei die Antennen (10) der Funkmodule mindestens teilweise auf oder in einem geringen Abstand über einem Gehäuseboden (3) des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei das zentrale Steuergerät (11) ebenfalls ein Funkmodul aufweist, wobei mindestens das zentrale Steuergerät (11) derart ausgebildet ist, aufgrund der Qualität der empfangenen Signale der Mess- und Steuereinheiten (9) auf einen Feuchtigkeitseintritt in die Batterieeinheit (1) zu schließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit, insbesondere als Hochvoltbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Eine solche Batterieeinheit umfasst üblicherweise ein Gehäuse, in dem mehrere Batteriemodule angeordnet sind. Die Batteriemodule selbst weisen eine Vielzahl von Batteriezellen auf, die in Reihe und/oder parallel verschaltet sind. Die Batteriemodule sind dann ebenfalls in Reihe oder parallel verschaltet. Die äußeren Kontakte der zusammengeschalteten Batteriemodule bilden dann die Batteriepole. Dabei ist es weiter bekannt, den Batteriemodulen Mess- und Steuereinheiten zuzuordnen, die die Temperatur der Batteriezellen messen sowie ein Zellenbalancing durchführen können. Dabei sind die Mess- und Steuereinheiten mit einem zentralen Steuergerät der Batterieeinheit verbunden, an die die Messdaten übermittelt werden. Die Datenverbindung erfolgt dabei beispielsweise über einen CAN-Bus.
Hochvoltbatterien von Plug-In- und Elektrofahrzeugen werden aus Bauraumgründen üblicherweise zwischen Unterboden und Aerodynamikverkleidung unterhalb des Fahrzeugs verbaut. Da sie sich dort im Spritzwasserbereich befinden, besteht die Gefahr, dass bei Beschädigung des Batteriegehäuses während der Fahrt oder z.B. bei einem nicht ordnungsgemäßen Wiederverschließen im Servicefall Flüssigkeit eindringt. Bei Batterien mit intern verlaufender Wasserkühlung kann darüber hinaus Leckage auftreten, die ebenfalls einen Flüssigkeitseintritt in das Batteriegehäuse zur Folge hat.
Da die Hochvoltbatterien intern aus hochspannungsführenden, in der Regel nicht komplett abgedichteten Komponenten, z.B. den Batteriezellen mit frei zugänglichem Plus- und Minuspol, bestehen, hat das Eindringen von Flüssigkeit Kurzschlüsse zur Folge, die die Batterie schädigen. Im ungünstigsten Fall ist die Anfachung eines Brandes möglich, der auf benachbarte Komponenten übergreifen und somit das gesamte System zerstören kann. Es ist daher von großer Bedeutung, ein Eindringen von Flüssigkeit rechtzeitig zu detektieren und den Fahrer zu warnen.
Dabei ist es erforderlich, dass die Detektion auch bei Schräglage des Fahrzeugs möglich ist. Beispielsweise muss eine Flüssigkeitsdetektion sowohl bei bergauf als auch bergab fahrendem bzw. parkendem Fahrzeug erfolgen können. Vor diesem Hintergrund ist ein einziger punktförmiger Sensor auf dem Batterieboden nur bedingt geeignet. Selbst wenn dieser Sensor in der Mitte des Batteriebodens angebracht würde, könnte ein niedriger Flüssigkeitspegel bei einem bergauf oder bergab parkenden Fahrzeug nicht detektiert werden.
Ähnliches gilt für ein bergauf oder bergab fahrendes Fahrzeug. Zwar kann in diesem Fall davon ausgegangen werden, dass der punktförmige Sensor aufgrund der permanenten Steigungsänderungen während der Fahrt immer wieder benetzt wird, eine sichere Flüssigkeitsdetektion ist jedoch nur bei verteilter Anordnung mehrerer Sensoren über den Batterieboden möglich.
Theoretisch denkbar wären auch Ultraschall-Sensoren als Flüssigkeitsdetektoren, allerdings haben sich bisherige Versuche hierzu als nicht zufriedenstellend herausgestellt.
Aus der EP 2 327 357 A1 ist ein Sensor zur Erfassung von Wasser in einem elektronischen Gerät bekannt, wobei der Sensor ein Funkmodul ist, der beispielsweise bei 2,4 GHz sendet bzw. empfängt. Dabei wird die Empfangsleistung geprüft, wobei bei einem Abfall auf eindringendes Wasser geschlossen wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Batterieeinheit zu schaffen, die eine kostengünstige und zuverlässige Feuchtigkeitssensorik aufweist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Batterieeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Batterieeinheit umfasst ein Gehäuse, in dem mindestens zwei Batteriemodule angeordnet sind, wobei die Batteriemodule Mess- und Steuereinheiten aufweisen. Die Mess- und Steuereinheiten sind jeweils datentechnisch mit mindestens einem zentralen Steuergerät verbunden. Dabei weisen die Mess- und Steuereinheiten jeweils ein Funkmodul auf, wobei die Antennen der Funkmodule mindestens teilweise auf oder in geringem Abstand über einem Gehäuseboden des Batterie-Gehäuses angeordnet sind, wobei das zentrale Steuergerät ebenfalls ein Funkmodul aufweist, wobei mindestens das zentrale Steuergerät derart ausgebildet ist, aufgrund der Qualität der empfangenen Signale der Mess- und Steuereinheiten auf einen Feuchtigkeitseintritt in die Batterieeinheit zu schließen. Der geringe Abstand beträgt dabei beispielsweise weniger als 1 cm, weiter vorzugsweise weniger als 5 mm und weiter vorzugsweise weniger als 3 mm. Dabei sind die Antennen vorzugsweise an den Seitenwänden der Batteriemodule befestigt. Somit übernehmen die Funkmodule zwei Funktionen, nämlich die des regulären Datenaustausches und die eines Feuchtigkeitssensors, wobei gleichzeitig die Verdrahtung zwischen den Batteriemodulen und dem zentralen Steuergerät eingespart wird. Da die Funkmodule kostengünstiger als CAN-Transceiver sind, ist diese Lösung darüber hinaus sehr kostengünstig. Neben der Empfangsleistung kann dabei auch ein konstanter oder wiederholt temporärer Anstieg des Packet Errors bei der Datenübertragung zur Datenübertragung zur Detektion genutzt werden.
In einer Ausführungsform erstrecken sich mindestens zwei Antennen in Richtung gegenüberliegender Gehäusewände, um so besonders gut die Kanten an den Gehäusewänden zu detektieren, wo sich aufgrund minimaler Neigungen Feuchtigkeit ansammelt.
In einer weiteren Ausführungsform sind mindestens einzelne Antennen entlang zweier Gehäusewände geführt, um so noch mehr Kanten abzudecken.
In einer weiteren Ausführungsform umfassen mindestens einzelne Antennen ein Batteriemodul an drei Seiten mindestens teilweise.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Funkmodule als WLAN- oder Bluetooth-Funkmodule ausgebildet. Eine weitere Alternative stellt die Ausführung in Form von Infrarot-Sende-/Empfangsmodulen dar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf eine Batterieeinheit mit vier Batteriemodulen und
2 eine schematische Draufsicht auf eine Batterieeinheit mit acht Batteriemodulen.

In der 1 ist eine Batterieeinheit 1 dargestellt, die ein Gehäuse 2 mit einem Gehäuseboden 3 und vier Gehäusewänden 4-7 aufweist. In dem Gehäuse 2 sind vier Batteriemodule 8 angeordnet, die jeweils mit einer Mess- und Steuereinheit 9 mit integriertem Funkmodul ausgebildet sind, deren Antennen 10 jeweils zumindest teilweise auf oder in geringem Abstand über dem Gehäuseboden 3 geführt sind. Weiter weist die Batterieeinheit 1 ein zentrales Steuergerät 11 auf, das ebenfalls ein integriertes Funkmodul mit einer Antenne 12 aufweist.
Dabei sei angemerkt, dass die Mess- und Steuereinheit 9 auch innerhalb der Batteriemodule 8 angeordnet sein können und das zentrale Steuergerät 11 auch außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein kann. Die Verdrahtung der Batteriemodule 8 untereinander ist hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Antennen 10 sind nun derart auf dem Gehäuseboden 3 oder in geringem Abstand darüber verlegt, dass diese eine möglichst große Fläche abdecken. Dabei erstreckt sich die Antenne 10 des linken oberen Batteriemoduls 8 zunächst in Richtung der Gehäusewand 5 und winkelt dann ab, um parallel zur Gehäusewand 5 zu verlaufen. Die Antenne 10 des links unten angeordneten Batteriemoduls 8 erstreckt sich hingegen zunächst zu der der Gehäusewand 5 gegenüberliegenden Gehäusewand 7 und verläuft anschließend parallel zu dieser. Beide Antennen 10 verlaufen dabei entlang zweier Gehäusewände 4, 5 bzw. 4, 7. Somit sind die Antennen 10 insbesondere an den Kanten des Gehäuses 2 angeordnet, wo sich verstärkt Feuchtigkeit bei einem Eintritt in das Gehäuse sammelt (je nach Lage der Batterieeinheit 1).
Die Mess- und Steuereinheiten 9 senden nun regelmäßig Messdaten an das zentrale Steuergerät 11. Verschlechtert sich dann die Empfangsqualität der Signale aller oder einzelner Mess- und Steuereinheiten 9 an dem Steuergerät 11, so kann dies auf Feuchtigkeitseintritt zurückzuführen sein und das zentrale Steuergerät 11 kann entsprechende Warnsignale generieren. Die Signalqualität kann dabei die reine Empfangsstärke sein oder aber eine Anzahl fehlerhaft empfangener Datenpakete sein.
In der 2 ist eine Batterieeinheit 1 mit acht Batteriemodulen 8 dargestellt. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist, dass die Antennen 10 der oberen Batteriemodule 8 das Batteriemodul 8 an drei Seiten umfassen. Somit wird auch der Bereich zwischen den oberen und unteren Batteriemodulen 8 auf Feuchtigkeit sensiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2327357 A1 [0008]

Claims

Batterieeinheit (1), umfassend eine Gehäuse (2), in dem mindestens zwei Batteriemodule (8) angeordnet sind, wobei die Batteriemodule (8) Mess- und Steuereinheiten (9) aufweisen, die mit mindestens einem zentralen Steuergerät (11) datentechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Steuereinheiten (9) jeweils ein Funkmodul aufweisen, wobei die Antennen (10) der Funkmodule mindestens teilweise auf oder in einem geringen Abstand über einem Gehäuseboden (3) des Gehäuses (2) angeordnet sind, wobei das zentrale Steuergerät (11) ebenfalls ein Funkmodul aufweist, wobei mindestens das zentrale Steuergerät (11) derart ausgebildet ist, aufgrund der Qualität der empfangenen Signale der Mess- und Steuereinheiten (9) auf einen Feuchtigkeitseintritt in die Batterieeinheit (1) zu schließen.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Antennen (10) in Richtung gegenüberliegender Gehäusewände (5, 7) erstrecken.
Batterieeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens einzelne Antennen (10) entlang zweier Gehäusewände (4-7) geführt sind.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einzelne Antennen (10) ein Batteriemodul (8) an drei Seiten mindestens teilweise umfassen.
Batterieeinheit nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkmodule als WLAN- oder Bluetooth-Module oder als IR-Sende-/Empfangsmodule ausgebildet sind.