DE102017218959A1 - Überwachungssystem für ein elektrochemisches Energiespeichersystem - Google Patents

Überwachungssystem für ein elektrochemisches Energiespeichersystem Download PDF

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Abstract

Überwachungssystem für ein elektrochemisches Energiespeichersystem umfassend ein doppelwandiges Gehäuse mit einer Außenhülle und einer Innenhülle zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, einen Drucksensor zur Erfassung eines zwischen der Außenhülle und der Innenhülle herrschenden Drucks, wobei in Abhängigkeit des erfassten Drucks eine Beschädigung der Innenhülle und/oder der Außenhülle erkannt wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Überwachungssystem für ein elektrochemisches Energiespeichersystem, umfassend ein doppelwandiges Gehäuse mit einer Außenhülle und einer Innenhülle zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, einem Verfahren zur Überwachung eines elektrochemischen Energiespeichersystems sowie einer Verwendung des Überwachungssystems gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
  • Stand der Technik
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Überwachungssystem einen Drucksensor zur Erfassung eines zwischen der Außenhülle und der Innenhülle herrschenden Drucks umfasst, wobei in Abhängigkeit des erfassten Drucks eine Beschädigung der Innenhülle und/oder der Außenhülle erkannt wird. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit sowie ein Energieinhalt des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers erhalten werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Mittels eines zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordneten Temperatursensors und/oder Wärmesensors wird ein Wärmefluss zwischen der Innenhülle und der Außenhülle erfasst, wobei in Abhängigkeit des erfassten Drucks und/oder des erfassten Wärmeflusses eine Beschädigung der Innenhülle und/oder der Außenhülle erkannt wird. Dadurch wird eine Zuverlässigkeit der Erkennung einer Beschädigung weiter erhöht.
  • Der Drucksensor ist an der Außenhülle und/oder zwischen der Innenhülle und der Außenhülle angeordnet. Dadurch kann ein Absolutdruck, ein Relativdruck und/oder ein Differenzdruck in Abhängigkeit von bauvariantenspezifischen Anforderungen erfasst werden.
  • Der Drucksensor ist ein Pirani-Vakuummeter und/oder ein Ionisations-Vakuummeter. Dadurch kann in Abhängigkeit einer Art eines Vakuums zwischen der Innenhülle und der Außenhülle, beispielsweise ein Hochvakuum, und in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen des Überwachungssystems, beispielsweise elektromagnetischer Felder, ein zuverlässiger Drucksensor gewählt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines elektrochemischen Energiespeichersystems umfassend ein doppelwandiges Gehäuse mit einer Außenhülle und einer Innenhülle zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, umfasst folgende Schritte:
    1. a) Erfassen eines zwischen einer Außenhülle und einer Innenhülle herrschenden Drucks;
    2. b) Vergleichen des erfassten Drucks mit einem vorgegebenen Druckbereich;
    3. c) Erkennen einer Beschädigung der Innenhülle und/oder der Außenhülle, wenn der erfasste Druck außerhalb des Druckbereichs liegt.
  • Dadurch kann eine schlagartige Druckänderung, beispielsweise durch eine Beschädigung der Außenhülle, zuverlässig erkannt werden, die für einen Benutzer des Energiespeichersystems nur schwer erkennbar ist. Ist die Außenhülle beschädigt und damit keine reguläre Isolierung mehr möglich, kann beispielsweise das Energiespeichersystem nach einer längeren Nichtbenutzung, beispielsweise eine Hochtemperaturbatterie eines Fahrzeugs bei längerem Stillstand, nicht direkt benutzt werden, da die erforderliche Betriebstemperatur nicht vorliegt.
  • Ferner umfasst das Verfahren folgende Schritte:
    • d) Erfassen einer Temperatur in einem durch die Innenhülle gebildeten Raum und/oder des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers und/oder Erfassen einer Temperatur der Außenhülle;
    • e) Erkennen einer Beschädigung der Innenhülle und/oder der Außenhülle, wenn ein mittels der Temperaturen ermittelter Wärmefluss zwischen der Innenhülle und Außenhülle außerhalb eines vorgegeben Temperaturbereichs liegt.
  • Dadurch kann eine benötigte Energie zum Heizen des Batteriesystems bei einem langsamen Druckverlust über die gesamte Lebensdauer deutlich reduziert werden, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird.
  • Die Reihenfolge der Schritte a), b) und d), e) können zeitgleich oder in anderer zeitlicher Reihenfolge durchgeführt werden. Die Schritte c), f) können zeitgleich oder in anderer zeitlicher Reihenfolge nach Ausführung der Schritte a), b) und d), e) durchgeführt werden.
  • Ferner umfasst das Verfahren folgenden Schritt:
    • f) Erzeugen eines Signals, wenn eine Beschädigung der Innenhülle und/oder Außenhülle erkannt wird.
  • Dadurch kann ein Benutzer des elektrochemischen Energiespeichersystem, beispielsweise ein Fahrer eines Fahrzeugs umfassend das Energiespeichersystem, gewarnt werden. Weiter kann ein Flottenbetreiber des Fahrzeugs informiert werden. Alternativ kann automatisiert ein Reparaturtermin vereinbart werden oder eine dauerhafte Speicherung der Beschädigung für mögliche Garantiefälle erfolgen.
  • Vorteilhafterweise wird ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem für elektrochemische Energiespeicher für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie verwendet.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems; und
    • 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines elektrochemischen Energiespeichersystems.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems für ein elektrochemisches Energiespeichersystem. Ein Überwachungssystem umfasst ein doppelwandiges Gehäuse 101 mit einer Außenhülle 102 und einer Innenhülle 103 zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers 108(1), 108(n), einen Drucksensor 106, einen ersten Temperatursensor 107 und einen zweiten Temperatursensor 109. Durch die Außenhülle 102 und die Innenhülle 103 wird ein Zwischenraum 104 gebildet, welcher idealerweise einen anderen Druck als den Umgebungsdruck des Überwachungssystems und/oder ein in dem Zwischenraum 104 herrschenden Druck aufweist, beispielsweise wird bei einem Herstellungsverfahren des Gehäuses 101 ein Vakuum in dem Zwischenraum 104 zur Isolation erzeugt. Mittels des Drucksensor 106 wird der zwischen der Außenhülle 102 und der Innenhülle 103 herrschende Druck fortlaufend überwacht und mittels der Temperatursensoren 107, 109 ein Wärmefluss zwischen der Innenhülle 103 und der Außenhülle 102 ermittelt. Anhand des erfassten Drucks und des Wärmeflusses wird eine Beschädigung der Außenhülle 102 und/oder der Innenhülle 103 erkannt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann eine Standzeit des elektrochemischen Energiespeichersystems ohne Zuführung von Energie zum Heizen der elektrochemischen Energiespeicher 108(1), 108(n)abgeschätzt werden.
  • Das Gehäuse 101 kann mehrteilig ausgeführt sein, beispielsweise umfasst das Gehäuse 101 einen Grundkörper, der eine Außenfläche und eine Innenfläche umfasst, sowie ein Gehäuseteil, das eine Außenfläche und eine Innenfläche umfasst, die miteinander formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbindbar sind und der durch die Außenflächen und Innenflächen gebildete Zwischenraum gasdicht ist und beispielsweise während eines Herstellungsprozess evakuiert werden kann.
  • Ein Steuergerät 105, der Drucksensor 106, der Temperatursensor 107 und/oder der Temperatursensor 109 kommunizieren kabelgebunden und/oder kabellos.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Überwachungssystem weitere Sensoren, beispielsweise einen in dem Zwischenraum 104 angeordneten Infrarotsensor, beispielsweise zur Detektion von Gas und/oder Wärmestrahlung, zur Erkennung von in den Zwischenraum 104 eindringender Luft aufgrund einer Beschädigung der Innenhülle 103 und/oder der Außenhülle 102.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines elektrochemischen Energiespeichersystems. In einem Schritt 200 wird das Verfahren gestartet, beispielsweise bei einer Inbetriebnahme des Energiespeichersystems 100.
  • In einem Schritt 201 wird ein zwischen der Außenhülle 102 und der Innenhülle 103 eines doppelwandigen Gehäuses 101 herrschender Druck erfasst.
  • In einem Schritt 202 wird der erfasste Druck mit einem vorgegebenen Druckbereich, beispielsweise einem minimalen und einem maximalen zulässigen Druck, verglichen. Liegt der erfasste Druck außerhalb des Druckbereichs, so wird in Schritt 203 eine Beschädigung der Innenhülle 103 und/oder der Außenhülle 102 erkannt.
  • In einem Schritt 204 wird eine Temperatur in einem durch die Innenhülle 103 gebildeten Raums und/oder des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers 108(1), 108(n) erfasst. In einem Schritt 205 wird eine Temperatur der Außenhülle erfasst.
  • In einem Schritt 206 wird ein Wärmefluss zwischen der Innenhülle 103 und der Außenhülle 102 ermittelt. Liegt der ermittelte Wärmefluss außerhalb einen vorgegebenen Temperaturbereichs, so wird in Schritt 203 eine Beschädigung der Innenhülle 103 und/oder der Außenhülle 102 erkannt.
  • In einem Schritt 207 wird ein Signal erzeugt, wenn in Schritt 203 eine Beschädigung der Innenhülle 103 und/oder der Außenhülle 102 erkannt wird.
  • In einer alternativen Ausführungsform können für die Erkennung in Schritt 203 der erfasste Druck und die erfassten Temperaturen mathematisch miteinander verknüpft und/oder weitere physikalische Eigenschaften, beispielsweise ein Außendruck und/oder ein Entladestrom, des Energiespeichersystems 101 berücksichtigt werden.

Claims (8)

  1. Überwachungssystem für ein elektrochemisches Energiespeichersystem (100) umfassend ein doppelwandiges Gehäuse (101) mit einer Außenhülle (102) und einer Innenhülle (103) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers (108(1), 108(n)), mindestens einen Drucksensor (106) zur Erfassung eines zwischen der Außenhülle (102) und der Innenhülle (103) herrschenden Drucks, wobei in Abhängigkeit des erfassten Drucks eine Beschädigung der Innenhülle (103) und/oder der Außenhülle (102) erkannt wird.
  2. Überwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zwischen der Innenhülle (103) und der Außenhülle (104) angeordneten Temperatursensors (107) und/oder Wärmesensors ein Wärmefluss zwischen der Innenhülle (103) und der Außenhülle (102) erfasst wird, wobei in Abhängigkeit des erfassten Drucks und/oder des erfassten Wärmeflusses eine Beschädigung der Innenhülle (103) und/oder der Außenhülle (102) erkannt wird.
  3. Überwachungssystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dass der Drucksensor (106) an der Außenhülle (102) oder zwischen der Innenhülle (103) und der Außenhülle (102) angeordnet ist.
  4. Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (106) ein Pirani-Vakuummeter und/oder ein Ionisations-Vakuummeter ist.
  5. Verfahren für ein Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Überwachung eines elektrochemischen Energiespeichersystems (100) umfassend ein doppelwandiges Gehäuse (101) mit einer Außenhülle (102) und einer Innenhülle (103) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers (108(1), 108(n)), umfassend folgende Schritte: a) Erfassen (201) eines zwischen einer Außenhülle (102) und einer Innenhülle (103) herrschenden Drucks; b) Vergleichen (202) des erfassten Drucks mit einem vorgegebenen Druckbereich; c) Erkennen einer Beschädigung (203) der Innenhülle (103) und/oder der Außenhülle (102), wenn der erfasste Druck außerhalb des Druckbereichs liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend folgende Schritte: d) Erfassen einer Temperatur (204) in einem durch die Innenhülle (103) gebildeten Raum und/oder des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers (108(1), 108(n)), und/oder Erfassen einer Temperatur (205) der Außenhülle (102); e) Erkennen einer Beschädigung (203) der Innenhülle (103) und/oder der Außenhülle (102), wenn ein mittels der Temperaturen ermittelter Wärmefluss zwischen der Innenhülle (103) und der Außenhülle (102) außerhalb eines vorgegeben Temperaturbereichs liegt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, ferner umfassend folgenden Schritt: f) Erzeugen eines Signals (207), wenn eine Beschädigung der Innenhülle (103) und/oder Außenhülle (102) erkannt wird.
  8. Verwendung eines Überwachungssystems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 für elektrochemische Energiespeicher für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
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