DE102016222763A1 - Batterieeinheit - Google Patents
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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 Batterieeinheit1 dargestellt, die ein Gehäuse2 mit einem Gehäuseboden3 und vier Gehäusewänden4 -7 aufweist. In dem Gehäuse2 sind vier Batteriemodule8 angeordnet, die jeweils mit einer Mess- und Steuereinheit9 mit integriertem Funkmodul ausgebildet sind, deren Antennen10 jeweils zumindest teilweise auf oder in geringem Abstand über dem Gehäuseboden3 geführt sind. Weiter weist die Batterieeinheit1 ein zentrales Steuergerät11 auf, das ebenfalls ein integriertes Funkmodul mit einer Antenne12 aufweist. - Dabei sei angemerkt, dass die Mess- und Steuereinheit
9 auch innerhalb der Batteriemodule8 angeordnet sein können und das zentrale Steuergerät11 auch außerhalb des Gehäuses2 angeordnet sein kann. Die Verdrahtung der Batteriemodule8 untereinander ist hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Antennen10 sind nun derart auf dem Gehäuseboden3 oder in geringem Abstand darüber verlegt, dass diese eine möglichst große Fläche abdecken. Dabei erstreckt sich die Antenne10 des linken oberen Batteriemoduls8 zunächst in Richtung der Gehäusewand5 und winkelt dann ab, um parallel zur Gehäusewand5 zu verlaufen. Die Antenne10 des links unten angeordneten Batteriemoduls8 erstreckt sich hingegen zunächst zu der der Gehäusewand5 gegenüberliegenden Gehäusewand7 und verläuft anschließend parallel zu dieser. Beide Antennen10 verlaufen dabei entlang zweier Gehäusewände4 ,5 bzw.4 ,7 . Somit sind die Antennen10 insbesondere an den Kanten des Gehäuses2 angeordnet, wo sich verstärkt Feuchtigkeit bei einem Eintritt in das Gehäuse sammelt (je nach Lage der Batterieeinheit1 ). - Die Mess- und Steuereinheiten
9 senden nun regelmäßig Messdaten an das zentrale Steuergerät11 . Verschlechtert sich dann die Empfangsqualität der Signale aller oder einzelner Mess- und Steuereinheiten9 an dem Steuergerät11 , so kann dies auf Feuchtigkeitseintritt zurückzuführen sein und das zentrale Steuergerät11 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 Batterieeinheit1 mit acht Batteriemodulen8 dargestellt. Der wesentliche Unterschied zur Ausführungsform gemäß1 ist, dass die Antennen10 der oberen Batteriemodule8 das Batteriemodul8 an drei Seiten umfassen. Somit wird auch der Bereich zwischen den oberen und unteren Batteriemodulen8 auf Feuchtigkeit sensiert. - 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
-
- EP 2327357 A1 [0008]
Claims (5)
- 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.
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