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Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche, insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildete Batterie ist beispielsweise bereits der
DE 10 2014 118 118 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Batterie weist wenigstens eine Batteriezelle zum Speichern von elektrischer Energie und wenigstens einen Zellspannungsabgriff auf. Der Zellspannungsabgriff umfasst zumindest einen elektrischen Leiter, mittels welche eine von der Batteriezelle bereitgestellte elektrische Spannung abgegriffen werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb der Batterie auf besonders einfache Weise realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine insbesondere als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildete Batterie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders sicherer Betrieb der Batterie auf besonders einfache Weise realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Zellspannungsabgriff wenigstens einen zusätzlich zu dem elektrischen Leiter vorgesehen und somit redundanten weiteren elektrischen Leiter zum Abgreifen der von der Batteriezelle bereitgestellten elektrischen Spannung umfasst. Somit ist ein redundanter Zellspannungsabgriff vorgesehen, da die von der Batteriezelle bereitgestellte elektrische Spannung nicht nur über den ersten elektrischen Leiter, sondern auch über den zusätzlich zu dem ersten elektrischen Leiter vorgesehenen weiteren elektrischen Leiter abgegriffen werden kann. Dies bedeutet, dass beispielsweise wenigstens eine elektrische Komponente über die elektrischen Leiter mit der von der elektrischen Batterie bereitgestellten elektrischen Spannung versorgt werden kann. Dabei weist der weitere elektrische Leiter wenigstens eine Soll-Versagensstelle, insbesondere eine Soll-Bruchstelle, auf, an welcher der weitere elektrische Leiter bei einer dimensionalen Änderung der Batteriezelle versagt, wodurch die dimensionale Änderung erfassbar ist.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste elektrische Leiter derart ausgebildet ist, dass der erste elektrische Leiter die dimensionale Änderung der Batteriezelle schadfrei mit ausführt. Hierzu erstreckt sich der erste elektrische Leiter beispielsweise zumindest in einem Längenbereich mäanderförmig. Unter der dimensionalen Änderung ist insbesondere eine Zunahme beziehungsweise eine Vergrößerung wenigstens einer in zumindest eine Raumrichtung verlaufenden Erstreckung beziehungsweise Abmessung der Batteriezelle zu verstehen. Beispielsweise alterungsbedingt kann es zu einer dimensionalen Änderung in Form einer Längenzunahme der Batteriezelle kommen, sodass sich die Batteriezellen im Rahmen der Längenzunahme längt, das heißt länger wird. Während beispielsweise der erste elektrische Leiter die Längenzunahme schadfrei mit ausführen kann, sodass der erste elektrische Leiter in Folge der Längenzunahme nicht versagt, versagt, insbesondere bricht, der weitere elektrische Leiter an der Soll-Versagensstelle in Folge der Längenzunahme. Durch dieses Versagen beziehungsweise Brechen des Weiteren elektrischen Leiters kann die Längenzunahme sicher, präzise und besonders frühzeitig erfasst werden.
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Dabei ist beispielsweise der weitere elektrische Leiter zumindest in einem die Soll-Versagensstelle aufweisenden Längenbereich gradlinig ausgebildet, sodass der weitere elektrische Leiter in Folge der dimensionalen Änderung besonders frühzeitig versagt. Die elektrischen Leiter sind beispielsweise an einer elastisch dehnbaren Folie, insbesondere aus einem Kunststoff, gehalten und insbesondere in die Folie eingebettet. Im Rahmen der dimensionalen Änderung wird die Folie beispielsweise gedehnt. Diese Dehnung der Folie kann der erste elektrische Leiter schadfrei mit ausführen, während der weitere elektrische Leiter versagt beziehungsweise bricht.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Aufgrund physikalischer Vorgänge innerhalb einer insbesondere als Hochvolt-Batterie ausgebildeten Batterie kann es zur Ausdehnung der einfach auch als Zelle bezeichneten Batteriezelle kommen. Unter einem solchen physikalischen Vorgang ist beispielsweise ein Dickenwachstum der insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildeten Batteriezelle aufgrund von Alterungseffekten zu verstehen. Üblicherweise weist die Batterie mehrere, insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildete Batteriezelle auf, welche einen so genannten Zellblock bilden. Aufgrund der zuvor genannten physikalischen Vorgänge kann es zu einer jeweiligen Zelllängenzunahme der Batteriezellen des Zellblocks kommen, sodass sich der Zellblock insgesamt ausdehnt und somit längt. Dies ist ein unerwünschter Effekt, welcher zu einer übermäßigen Beanspruchung bis hin zu einer Schädigung eines Zellblock-Gerüsts sowie weiteren Komponenten der Batterie führen kann. Üblicherweise kann diese Entwicklung innerhalb der geschlossenen Batterie nicht erkannt werden.
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Der redundante weitere elektrische Leiter ist nun eine Einrichtung oder Bestandteil einer Einrichtung, mittels welcher eine dimensionale Änderung der Batterie wie beispielsweise die zuvor beschriebene Ausdehnung des Zellblocks erkannt werden kann. Die zuvor genannte Einrichtung wird auch als Erkennungs- oder Detektionseinrichtung bezeichnet. Dabei kommt dem weiteren elektrischen Leiter beispielsweise eine Doppelfunktion zu, da er zum einen zum Spannungsabgriff und zum anderen zum Erkennen der dimensionalen Änderung genutzt wird. Der genannte Zellspannungsabgriff wird auch als Zellspannungsabgriffeinheit bezeichnet, die üblicherweise Spannungsabgriffe aufweist. Die Spannungsabgriffe sind üblicherweise über eine Seite des Zellblocks an eine Auswertelektronik angeschlossen. Der erste elektrische Leiter ist beispielsweise eine Leiterbahn, die als Mäander in der genannten Folie ausgeführt ist, um eine Ausdehnung des Zellblocks mit ausführen zu können. Dehnt sich der Zellblock aus, so kommt es zu einer Längenzunahme des mäanderförmigen ersten elektrischen Leiters, ohne dass der erste elektrische Leiter versagt beziehungsweise zerstört wird.
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Der auch als Potentialabgriff bezeichnete Spannungsabgriff der Batteriezelle, die geometrisch am weitesten von der Auswertelektronik entfernt ist, ist nun beispielsweise erfindungsgemäß redundant ausgeführt, sodass der Potentialabgriff nicht nur den ersten elektrischen Leiter, sondern auch den weiteren elektrischen Leiter zum Abgreifen der elektrischen Spannung aufweist. Die Soll-Versagensstelle ist beispielsweise als eine Einschnürung des als Leiterbahn ausgebildeten weiteren elektrischen Leiters ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann die Soll-Versagensstelle Perforationen der beispielsweise als Flex-Folie ausgebildeten Folie aufweisen. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die Einschnürung mit Perforationen innerhalb der Folie als Soll-Versagensstelle, insbesondere als Soll-Bruchstelle, dient beziehungsweise fungiert.
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Beide, auch als Abgriffe bezeichneten elektrisch gleichen elektrischen Leiter sind beispielsweise mit der genannten Auswerteelektronik verbunden und können mittels der Auswerteelektronik detektiert beziehungsweise überwacht oder überprüft werden. Unter dem Merkmal, dass die elektrischen Leiter elektrisch gleich sind, ist insbesondere zu verstehen, dass die elektrischen Leiter das gleiche Zellpotential aufweisen beziehungsweise die gleich, von der Batteriezelle bereitgestellte elektrische Spannung bereitstellen.
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Dehnt sich der Zellblock aus, so kommt es zu einer mechanischen Beanspruchung der Folie. Insbesondere kommt es zu einer Ausdehnung der Folie. Der erste elektrische Leiter kann die Ausdehnung der Folie kompensieren beziehungsweise mit ausführen, ohne dass es zu einem Versagen des ersten elektrischen Leiters kommt. Der die Soll-Versagensstelle aufweisende weitere elektrische Leiter jedoch versagt, insbesondere bricht, ab einer bestimmten Ausdehnung der Folie und somit ab einem bestimmten zurückgelegten Weg des Zellblocks, der den Weg im Zuge seiner Ausdehnung zurücklegt. Durch das Versagen des Weiteren elektrischen Leiters wird eine den weiteren elektrischen Leiter umfassende Verbindung der Auswerteelektronik mit der Batteriezelle unterbrochen, sodass beispielsweise ein elektrischer Kontakt zwischen der Auswerteelektronik und der Batteriezelle unterbrochen wird. Dies kann mittels der Auswerteelektronik insbesondere dadurch erfasst beziehungsweise ausgewertet werden, dass die Auswerteelektronik beispielsweise einen über den ersten elektrischen Leiter bereitgestellten und an die Auswerteelektronik übermittelten und von der Auswerteelektronik empfangenen ersten Wert, insbesondere ersten Spannungswert, mit einem von dem weiteren elektrischen Leiter bereitgestellten, an die Auswerteelektronik übermittelten und von der Auswerteelektronik empfangenen zweiten Wert, insbesondere zweiten Spannungswert, verglichen wird. In Folge des Versagens des Weiteren elektrischen Leiters beträgt beispielsweise der zweite Wert Null, während der erste Wert von Null unterschiedlich ist. Hierzu kommt es zu einem Unterschied zwischen den Werten, sodass mittels der Auswerteelektronik in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen den Werten das Versagen des Weiteren elektrischen Leiters und in der Folge die Ausdehnung des Zellblocks, das heißt die dimensionale Änderung, erkannt werden kann. In der Folge kann beispielsweise ein Batteriemanagementcontroller entsprechende Vorkehrungen beziehungsweise Gegenmaßnahmen in die Wege leiten, um ein unerwünschtes Zerstören des Zellblocks zu verhindern. Bei einer der Vorkehrungen kann es sich um eine Warnung handeln, welche beispielsweise im Rahmen eines Warnsignals im Innenraum eines Kraftfahrzeugs an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird.
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Auf die beschriebene Weise ist es möglich, eine dimensionale Änderung der Batterie beziehungsweise des Zellblocks zu erkennen, bevor das zuvor genannte Zellblock-Gerüst irreversibel beschädigt wird. Ein solcher Schaden des Zellblock-Gerüsts könnte zu einem Ausfall der Batterie führen. Da die dimensionale Änderung nun besonders frühzeitig erkannt werden kann, können entsprechende Maßnahmen zur Schadensbegrenzung eingeleitet werden. Im Rahmen einer solchen Maßnahme wird beispielsweise der Fahrer des Kraftfahrzeugs dazu gebracht, eine Werkstatt aufzusuchen, in welcher der Zellblock getauscht werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Darstellung einer Batterie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematische Darstellung eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet und umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug elektrisch antreibbar ist. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, welche mittels beziehungsweise in der vorzugsweise als Hochvolt-Batterie ausgebildeten Batterie gespeichert ist.
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Die Batterie umfasst beispielsweise wenigstens einen Zellblock, welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen zum Speichern der elektrischen Energie aufweist. Von den mehreren Batteriezellen ist in der Fig. eine mit 12 bezeichnete Batteriezelle gezeigt, welche einfach auch als Zelle bezeichnet wird. Die Zelle ist beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Mit zunehmenden Alter des Zellblocks können in den Zellen und somit in dem Zellblock physikalische Vorgänge ablaufen, in Folge derer es zu wenigstens einer dimensionalen Änderung der jeweiligen Zelle und somit des Zellblocks insgesamt kommt. Im Rahmen der dimensionalen Änderung nimmt beispielsweise eine entlang wenigstens einer Raumrichtung verlaufende Erstreckung der jeweiligen Batteriezelle zu, sodass beispielsweise auch eine entlang der Raumrichtung verlaufende Erstreckung des Zellblocks zunimmt. Dies bedeutet beispielsweise, dass es zu einer Längenzunahme des Zellblocks kommen kann, sodass im Rahmen der dimensionalen Änderung eine Länge des Zellblocks zunimmt. In Folge einer solchen Längenzunahme des Zellblocks kann es – falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen werden – zu einer unerwünschten Beschädigung eines Zellblock-Gerüsts der Batterie 10 kommen.
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Die Batterie 10 weist wenigstens einen Zellspannungsabgriff 14 auf, welcher zumindest einen elektrischen Leiter 16 zum Abgreifen einer von der Batteriezelle 12 bereitgestellten elektrischen Spannung aufweist. In der Fig. ist mit U1 ein erster Wert der elektrischen Spannung bezeichnet, die von der Batteriezelle 12 bereitgestellt wird. Über den elektrischen Leiter 16, welcher beispielsweise als Leiterbahn ausgebildet ist, kann wenigstens eine elektrische Komponente wie beispielsweise eine Auswerteelektronik elektrisch mit der Batteriezelle 12 verbunden sein, sodass beispielsweise mittels der Auswerteelektronik über den elektrischen Leiter 16 die elektrische Spannung beziehungsweise der erste Wert erfasst werden kann.
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Um nun auf besonders einfache und vorteilhafte Weise einen besonders sicheren Betrieb der Batterie 10 realisieren zu können, umfasst der Zellspannungsabgriff 14 wenigstens einen zusätzlich zu dem elektrischen Leiter 16 vorgesehenen und somit redundanten weiteren elektrischen Leiter 18 zum Abgreifen der von der Batteriezelle bereitgestellten Spannung. In der Fig. ist ein zweiter Wert der von der Batteriezelle 12 bereitgestellten elektrischen Spannung mit U2 bezeichnet, wobei insbesondere dann, wenn die elektrischen Leiter 16 und 18 intakt und somit funktionstüchtig sind, der erste Wert U1 dem zweiten Wert U2 entspricht beziehungsweise umgekehrt. Beispielsweise ist die Auswerteelektronik über den elektrischen Leiter 18 elektrisch mit der Batteriezelle 12 verbunden, sodass mittels der Auswerteelektronik über den elektrischen Leiter 18 der zweite Wert U2 erfasst werden kann. Sind die elektrischen Leiter 16 und 18 intakt, so entspricht der erste Wert dem zweiten Wert beziehungsweise umgekehrt.
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Dabei weist der weitere elektrische Leiter 18 wenigstens eine Soll-Versagensstelle 20 auf, an welcher der weitere elektrische Leiter 18 bei der zuvor beschriebenen dimensionalen Änderung der Batteriezelle 12 und somit des Zellblocks insgesamt versagt, wodurch die dimensionale Änderung, insbesondere mittels der Auswerteelektronik, erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird.
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Der erste elektrische Leiter 16 erstreckt sich zumindest in einem Längenbereich 22 mäanderförmig, wodurch der elektrische Leiter 16 derart ausgebildet ist, dass der erste elektrische Leiter 16 die genannte dimensionale Änderung der Batteriezelle 12 und somit des Zellblocks schadfrei mit ausführt. Mit anderen Worten, während der elektrische Leiter 16 die genannte dimensionale Änderung mit ausführt, ohne dass es zu einem Versagen des elektrischen Leiters 16 kommt, versagt der weitere elektrische Leiter 18 an der Soll-Versagensstelle 20. In der Folge ist die Auswerteelektronik über den elektrischen Leiter 16 mit der Batteriezelle 12 verbunden, während eine elektrische Verbindung der Auswerteelektronik mit der Batteriezelle 12 über den elektrischen Leiter 18 unterbrochen ist. In der Folge unterscheiden sich die genannten Werte U1 und U2, da der zweite Wert U2 beispielsweise Null beträgt, während der erste Wert U1 von Null unterschiedlich ist. In der Folge kann die Auswerteelektronik anhand des Unterschieds zwischen den Werten U1 und U2 erkennen, dass der elektrische Leiter 18 in Folge der dimensionalen Änderung versagt hat, insbesondere gebrochen ist, sodass in der Folge auf die dimensionale Änderung rückgeschlossen werden kann. Auf diese Weise kann die dimensionale Änderung frühzeitig erfasst werden, bevor es zu einer Beschädigung des Zellblock-Gerüsts kommt. Um eine unerwünschte Beschädigung des Zellblock-Gerüsts zu vermeiden, wird beispielsweise dann, wenn die dimensionale Änderung erkannt wurde, im Innenraum des Kraftfahrzeugs wenigstens ein Signal an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben, um den Fahrer auf die dimensionale Änderung hinzuweisen und beispielsweise einen Austausch des Zellblocks zu bewirken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- Batteriezelle
- 14
- Zellspannungsabgriff
- 16
- elektrischer Leiter
- 18
- weiterer elektrischer Leiter
- 20
- Soll-Versagensstelle
- 22
- Längenbereich
- U1
- erster Wert
- U2
- zweiter Wert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014118118 A1 [0002]
