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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer Deformation eines elektrischen Energiespeichers.
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Im Stand der Technik werden bei Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antriebsaggregaten Unfall- bzw. Crashsensoren - wie auch bei konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor - eingesetzt.
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Diese Sensoren ermöglichen, einen Unfall bzw. einen Aufprall des Kraftfahrzeuges zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen. Beispielsweise kann nach Erkennen eines Aufpralls ein Weiterfahren des Kraftfahrzeuges unterbunden werden. Insbesondere schützen diese Maßnahmen davor, dass ein durch den Aufprall deformierter Energiespeicher des elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges wieder in Betrieb genommen wird und ein unsicherer Zustand für die Insassen besteht.
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Eine Deformation des Energiespeichers selbst kann im Stand der Technik nicht festgestellt werden. Entsprechend könnte nach einem Aufprall das Kraftfahrzeug unnötigerweise am Weiterfahren gehindert werden, obwohl keine Deformation des Energiespeichers vorliegt.
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Diametral hierzu könnte der Energiespeicher bei einem Aufprall deformiert werden, wobei der Unfall- bzw. Crashsensor aufgrund der Charakteristik des Aufpralls, beispielsweise im Stand des Fahrzeuges oder bei langsamer Deformation, nicht anspricht. In diesem Fall könnte das Kraftfahrzeug wieder in den Betrieb genommen werden, obwohl der Energiespeicher zu stark beschädigt ist. Folgen könnten beispielsweise das Durchbrennen einzelner Energiespeicherzellen des Energiespeichers sein.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein Erkennen einer Deformation eines elektrischen Energiespeichers zulässt.
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Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer Deformation eines elektrischen Energiespeichers, wobei die Vorrichtung aufweist:
- eine Messvorrichtung, die eingerichtet ist, ein elektrisches Strom-/Spannungsverhalten des Energiespeichers zu messen; und
- eine Auswertungseinheit, die eingerichtet ist, eine Veränderung des Strom-/Spannungsverhalten zu detektieren und basierend auf der Veränderung die Deformation festzustellen.
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Der Energiespeicher ist beispielsweise aufgebaut aus einer Vielzahl einzelner Energiespeicherzellen, in denen entsprechende elektrochemische Komponenten aufgenommen sind. Bevorzugt handelt es sich bei dem Energiespeicher um einen solchen, der in einem Kraftfahrzeug zur Versorgung eines elektrischen Antriebsaggregats zum Einsatz kommt.
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Die Messvorrichtung kann beispielsweise durch eine gesonderte Sensorik verwirklicht sein. Die Auswertungseinheit kann beispielsweise durch Software, die auf einem Steuergerät installiert ist, realisiert sein.
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Die Messvorrichtung kann beispielsweise zur Ermittlung des Strom-/Spannungsverhalten des Energiespeichers eine elektrische Impedanz oder eine elektrische Admittanz des Energiespeichers messen. Diesbezüglich kann die Messvorrichtung einen Realteil und/oder einen Imaginärteil der Impedanz oder der Admittanz ermitteln und die Veränderung der Impedanz oder Admittanz unter Bezug auf den Realteil und/oder den Imaginärteil bewerten.
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Bevorzugt hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgestaltung, wobei
- die Messvorrichtung eingerichtet ist, einen Realteil und einen Imaginärteil einer elektrischen Impedanz oder Admittanz des Energiespeichers zu ermitteln; und
- die Auswertungseinheit eingerichtet ist, die Veränderung der Impedanz oder Admittanz festzustellen, indem sie eine Änderung des Realteils mit einer Änderung des Imaginärteils vergleicht.
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Der Vergleich zwischen dem Realteil und dem Imaginärteil ist dahingehend vorteilhaft, als dass andere Einflussgrößen auf die Impedanz oder Admittanz, wie beispielsweise die Temperatur des Energiespeichers, berücksichtigt werden können und sich die Deformation/Verformung des Energiespeichers sicherer erkennen lässt.
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Gemäß der Erfindung hat die Vorrichtung bevorzugt eine Ausgestaltung, wobei
- die Auswertungseinheit die Deformation feststellt, wenn der Vergleich zwischen Realteil und Imaginärteil ergibt, dass die Änderung des Realteils und die Änderung des Imaginärteils ungleichmäßig zueinander sind.
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Die Temperatur des Energiespeichers beispielsweise hat einen gleichmäßigen Einfluss auf den Realteil und Imaginärteil, wohingegen die Deformation/Verformung ungleichmäßige Einflüsse auf den Realteil und Imaginärteil hat. Ergo stellt in dieser Ausgestaltung die Auswertungseinheit die Deformation fest, wenn die Änderungen des Imaginärteils und des Realteils ungleichmäßig sind.
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Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgestaltung haben, wobei
- die Auswertungseinheit die Deformation feststellt, wenn die Veränderung der Impedanz einen bestimmten Schellenwert überschreitet.
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Der Schwellenwert kann beispielsweise in Bezug auf den Realteil und/oder den Imaginärteil festgelegt werden. Wenn das Ausmaß der Veränderung des Realteils und des Imaginärteils abhängig ist davon, aus welcher Richtung eine Kraft auf den Energiespeicher wirkt, wird der Schwellwert bevorzugt so festgelegt, dass eine Erkennung der Deformation bzw. der Veränderung unabhängig von der Richtung ist, aus der die Kraft wirkt. Anders ausgedrückt wird der Schwellenwert in Bezug auf die unempfindlichste Richtung festgelegt.
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Weiterhin bevorzugt hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgestaltung, wobei
- die Auswertungseinheit eingerichtet ist, einen Temperaturwert zu empfangen oder zu ermitteln, der eine Temperatur in einer Umgebung des Energiespeichers angibt, und den Temperaturwert mit der Veränderung der Impedanz oder Admittanz in Relation zu setzen.
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Diese Ausgestaltung lässt eine Konsistenzprüfung zu, ob eine gleichmäßige Änderung des Realteils und Imaginärteils mit einer Temperaturänderung plausibel ist.
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Weiterhin bevorzugt kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgestaltung haben, wobei
- die Messvorrichtung eingerichtet ist, die Impedanz oder Admittanz des elektrischen Energiespeichers zu messen, indem sie eine Impedanz-/Admittanzspektroskopie an dem Energiespeicher durchführt.
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Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil sie keine zusätzliche Sensorik erfordert. Die Spektroskopie wird durchgeführt, indem der Energiespeicher über seine Anschlüsse mit einer Wechselspannung angeregt und aus der Reaktion des Energiespeichers die Impedanz oder Admittanz ermittelt wird. Die Vermeidung zusätzlicher Sensorik führt zur Einsparung von Kosten.
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Ferner bevorzugt hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ausgestaltung, wobei
- die Auswertungseinheit eingerichtet ist, die Messvorrichtung die Messung der Impedanz oder Admittanz durchführen zu lassen und die Veränderung der Impedanz oder Admittanz zu detektieren, wenn ein Triggersignal empfangen wird.
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Das Triggersignal kann beispielsweise von einem Aufprallsensor oder einem Steuergerät eines Kraftfahrzeuges empfangen werden.
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Ferner bevorzugt betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug umfassend:
- eine Vorrichtung wie sie im Vorhergehenden beschrieben wurde; und
- einen Aufprallsensor, der eingerichtet ist, einen Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis festzustellen; wobei
- die Auswertungseinheit eingerichtet ist, die Impedanzmessvorrichtung die Messung der Impedanz durchführen zu lassen und die Veränderung der Impedanz zu detektieren, wenn das Triggersignal, das von dem Aufprallsensor bei Detektion des Aufpralls ausgegeben wird, empfangen wird.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung schützt Insassen des Kraftfahrzeuges, weil das Kraftfahrzeug bevorzugt so ausgestaltet werden kann, dass der Energiespeicher getrennt wird, wenn seine Deformation detektiert wurde.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert.
- 1A zeigt einen elektrischen Energiespeicher in Form einer einzelnen Energiespeicherzelle, auf die aus drei verschiedenen Richtungen eine Krafteinwirkung erfolgen kann;
- 1B zeigt eine Tabelle, in der Ergebnisse (Ereignis und Impedanzänderung) von drei Versuchsreihen eingetragen sind, wobei pro Versuchsreihe auf drei identisch aufgebaute Energiespeicherzellen jeweils eine bestimmte Krafteinwirkung aus einer der drei in 1A gezeigten Richtungen erfolgt;
- 2 zeigt zum einen ein Diagramm, das für jede der unter Bezug auf 1B genannten Versuchsreihen eine Verformung der jeweiligen Energiespeicherzelle bei Krafteinwirkung in Richtung a) angibt, als auch ein entsprechendes Diagramm, das einen jeweiligen Verlauf der Krafteinwirkung zeigt;
- 3A und 3B zeigen Diagramme, die Verläufe des Realteils der gemessenen Impedanz der Energiespeicherzellen und der entsprechenden Änderung über der Zeit darstellen, wobei die Verläufe den drei Versuchsreihen bei einer Krafteinwirkung aus der Richtung a) entsprechen;
- 3C und 3D zeigen Diagramme, die Verläufe des zu 3A und 3B entsprechenden Imaginärteils der gemessenen Impedanz der Energiespeicherzellen über der Zeit darstellen;
- 4 zeigt die Auswirkungen der Krafteinwirkungen bzw. der Deformationen der Energiespeicherzellen in Bezug auf die elektrischen Spannungen der Energiespeicherzellen als auch deren Temperatur.
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In 1A ist ein elektrischer Energiespeicher gezeigt. Der elektrische Energiespeicher ist in 1A als eine einzelne Energiespeicherzelle 1 dargestellt. Die Energiespeicherzelle 1 beinhaltet ein Gehäuse 2, das bevorzugt eine prismatische Form aufweist und in dem elektrochemische Komponenten der Energiespeicherzelle 1 aufgenommen sind. Auf einer oberen Seite des Gehäuses 2 sind elektrische Pole 3 angeordnet. Einer der elektrischen Pole 3 bildet einen Minuspol der Energiespeicherzelle 1 und der andere der elektrischen Pole 3 einen entsprechenden Pluspol der Energiespeicherzelle 1.
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Der elektrische Energiespeicher beinhaltet bevorzugt eine Vielzahl solcher Energiespeicherzellen 1, wie sie in 1A gezeigt ist, wobei die einzelnen Energiespeicherzellen 1 des Energiespeichers entsprechend miteinander verschaltet sind. Der elektrische Energiespeicher dient bevorzugt zur Versorgung eines elektrischen Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeuges.
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Bei einem Unfall bzw. Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis kann es zu einer Verformung bzw. Deformation des elektrischen Energiespeichers kommen. In diesem Fall besteht ein unsicherer Zustand des elektrischen Energiespeichers, weshalb das Kraftfahrzeug stillzulegen und an der Weiterfahrt zu hindern ist. Beispielsweise sollte in diesem Fall eine elektronische Steuerung des Kraftfahrzeuges den elektrischen Energiespeicher von dem elektrischen Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges trennen.
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Kräfte auf den elektrischen Energiespeicher können bei dem Unfall bzw. Aufprall aus verschiedenen Richtungen wirken und zu Verformungen führen. In 1A sind schematisch Krafteinwirkungen auf die Energiespeicherzelle 1 aus drei verschiedenen Richtungen angedeutet:
- • Die Krafteinwirkung in der gezeigten Richtung a) erfolgt auf eine Seitenfläche der Energiespeicherzelle 1, wobei die Richtung a) der Krafteinwirkung in einer Dicken- bzw. Tiefenrichtung des prismatischen Gehäuses 2 entspricht.
- • Die Krafteinwirkung in der gezeigten Richtung b) erfolgt hingegen auf eine Unterseite des Gehäuses 2, wobei die Richtung b) der Höhenrichtung der Energiespeicherzelle 1 entspricht.
- • Letztendlich erfolgt die Krafteinwirkung in der Richtung c) auf eine Seitenfläche des Gehäuses 2, wobei die Richtung c) einer Breitenrichtung des Gehäuses 2 entspricht.
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Bei jeder der in 1A gezeigten Krafteinwirkung auf den Energiespeicher kann es zu einer Deformation/Verformung des Energiespeichers bzw. der Energiespeicherzelle kommen. Diese Deformation/Verformung soll erfindungsgemäß erkannt werden.
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Im Rahmen der Forschungstätigkeit, die zu der vorliegenden Erfindung führte, wurde erkannt, dass der elektrische Energiespeicher bzw. die elektrische Energiespeicherzelle 1 ihre elektrischen Charakteristiken (Strom-/Spannungsverhalten) ändert, wenn es zu einer Deformation des Energiespeichers bzw. der Energiespeicherzelle 1 kommt. Insbesondere wurde erkannt, dass sich hierbei die elektrische Impedanz Z der Energiespeicherzelle 1 verändert.
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1B zeigt eine Tabelle, in der drei Versuchsreihen V01, V02 und V03 eingetragen sind. In jeder der Versuchsreihen wurden jeweils drei identisch aufgebaute elektrische Energiespeicherzellen 1, wie sie in 1A gezeigt sind, jeweils einer bestimmten Krafteinwirkung aus einer der Richtungen a)-c) unterzogen. Die Krafteinwirkung erfolgte durch in 1A mit Zylindern angedeuteten Werkzeugen.
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Das bei der jeweiligen Krafteinwirkung auftretende Ereignis und die Änderung der Impedanz (Z) der elektrischen Energiespeicherzelle 1 sind in der Tabelle in der jeweiligen Spalte der entsprechenden Versuchsreihe eingetragen.
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Wie in 1B gezeigt ist, war in der ersten Versuchsreihe V01 die bestimmte Krafteinwirkung so bemessen, dass die elektrischen Energiespeicherzellen 1 um jeweils 50% der entsprechenden Abmessung deformiert bzw. verformt wurden. Das bedeutet:
- • Eine erste Energiespeicherzelle 1 wurde durch Krafteinwirkung in der Richtung a) um 50% ihrer Dicke eingedrückt bzw. deformiert. Dies führte zu dem Ereignis, dass ein leichter Kurzschluss auftrat und sich die Impedanz der elektrischen Energiespeicherzelle stark und irreversibel veränderte.
- • In der gleichen Versuchsreihe V01 wurde eine zweite, identisch aufgebaute Energiespeicherzelle durch Krafteinwirkung aus der Richtung b) um 50 % ihrer Höhe deformiert. Dies führte zu keinem Kurzschluss und nur zu einer leichten, reversiblen Änderung der Impedanz der entsprechenden Energiespeicherzelle.
- • Letztendlich wurde in der Versuchsreihe V01 eine dritte, identisch aufgebaute Energiespeicherzelle 1 durch Krafteinwirkung aus der Richtung c) um 50 % ihrer Breite deformiert. Dies führte zu einem nur kurzzeitig auftretenden (wieder abheilenden) Kurzschluss in der Energiespeicherzelle. Die Änderung der Impedanz fiel hierbei niedrig aus und war im Wesentlichen reversibel.
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Die Erkenntnisse aus der Versuchsreihe V01 dienten zur Festlegung der „bestimmten Krafteinwirkung“ in den nachfolgenden Versuchsreihen V02, V03. Die Versuchsreihen V02 und V03 sind insbesondere gegenüber der Versuchsreihe V01 in der Festlegung der „bestimmten Krafteinwirkung“ dahingehend verschieden, als dass die Energiespeicherzellen nur soweit deformiert wurden, dass es gerade zu keinem Kurzschluss der Energiespeicherzelle kam. D.h. die die Energiespeicherzellen deformierenden Werkzeuge wurden auf Basis der Erkenntnisse aus der Versuchsreihe V01 bis zu einer Position kurz vor Auftreten von Kurzschlüssen in die entsprechende Energiespeicherzelle gefahren. Diese Festlegung für die Versuchsreihen V02, V03 stellte sicher, dass keine Zerstörung der Energiespeicherzelle stattfand und die Impedanz nach und während der Verformung gemessen werden konnte. Eine die Energiespeicherzelle zerstörende Krafteinwirkung kann durch Auswertung der Spannung der Energiespeicherzelle festgestellt werden; die Impedanz muss hierfür nicht zwingend ermittelt werden. Die den Versuchsreihen V02, V03 entsprechenden Ereignisse und die Änderungen der Impedanz der Energiespeicherzellen 1 sind in den entsprechenden Spalten der Tabelle aus 1B für die jeweiligen Richtungen der Krafteinwirkung gezeigt.
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In 2 sind zwei Diagramme mit jeweils drei Verläufen gezeigt.
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Das obere in 2 gezeigte Diagramm zeigt über der Zeit (Einheit: Sekunden) die Positionsänderung (Einheit: Millimeter) des den Druck aufbringenden Werkzeuges und damit die Deformation der entsprechenden Energiespeicherzelle 1. Die gezeigten drei Verläufe betreffen alle Versuchsreihen V01-V03, wobei die Richtung der Krafteinwirkung jeweils der Richtung a) entspricht.
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Das untere in 2 gezeigte Diagramm betrifft die Krafteinwirkung über der Zeit, wobei die drei gezeigten Verläufe wiederum den drei Versuchsreihen V01-V03 bei einer Krafteinwirkung in der Richtung a) entsprechen.
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Die Versuchsreihen V01-V03 wurden sehr langsam durchgeführt - daher Einheit Sekunden in den Diagrammen -, um eine Vielzahl von Messpunkten zu erhalten für die Ermittlung der Impedanz sowie für eine Korrelation der Positionen/Kräften mit den ermittelten Messwerten der Impedanz.
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Wie aus dem unteren Diagramm ersichtlich ist, wirkt die größte Kraft in der Versuchsreihe V01, die an ihrem Maximum 400kN (Einheit Kilonewton) übersteigt. Der entsprechende Kraftverlauf führt auch zu der größten Deformation der Energiespeicherzelle 1. Die Dauer bis zum Erreichen der maximalen Kraft betrug in der Versuchsreihe V01 ungefähr 1100s und führte zu einer Verformung der Energiespeicherzelle um ca. 7mm.
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In den Versuchsreihen V02 und V03 wirkt eine geringere maximale Kraft von knapp unter 400kN auf die entsprechenden Energiespeicherzellen. Beide Krafteinwirkungen führten - wie es aus dem oberen Diagramm der 2 ersichtlich ist - zu ungefähr derselben Deformation der Energiespeicherzellen.
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Während der Durchführung der Versuchsreihen wurde an den einzelnen Energiespeicherzellen eine Impedanzspektroskopie durchgeführt und hierdurch die entsprechende Impedanz der jeweiligen Energiespeicherzelle 1 gemessen. Die Impedanzspektroskopie wurde bei einer Frequenz von 5kHz (Kilohertz) durchgeführt. Andere Frequenzbereiche sind aber auch möglich, beispielsweise 1kHz, 2kHz, 3kHz, 4kHz oder 6kHz. Die Impedanzspektroskopie liefert sowohl den Realteil als auch den Imaginärteil der Impedanz der Energiespeicherzelle.
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In 3A ist der Realteil der Impedanz für jede der Versuchsreihen V01 bis V03 bei einer Kraftwirkung aus der Richtung a) gezeigt. In der Versuchsreihe V01 beträgt der Realteil der Impedanz vor Krafteinwirkung ungefähr 1,0 mΩ (Einheit: Milliohm) und in den Versuchsreihen V02 und V03 ungefähr 1,08 mΩ. Während der Krafteinwirkung und Deformation der einzelnen Energiespeicherzellen steigt der Realteil der Impedanz in jeder der Versuchsreihen V01-V03 stark an.
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Nach Beendigung der jeweiligen Krafteinwirkung erholen sich die Realteile der einzelnen Impedanzen wieder. Beispielsweise geht in der Versuchsreihe V01 der Realteil auf ungefähr 1,108 mΩ zurück. In den verbleibenden Versuchsreihen V02 und V03 verhält es sich ähnlich.
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An dieser Stelle kann festgehalten werden, dass eine Deformation der entsprechenden Energiespeicherzelle zu einem signifikanten Anstieg bzw. einer Veränderung des Realteils der entsprechenden Impedanz führt. Beispielsweise beträgt die Gesamtänderung der Impedanz in der Versuchsreihe V01 ungefähr 0,18 mΩ. In den anderen Versuchsreihen V02, V03 ist die Änderung zwar geringfügiger, allerdings auch sehr gut messbar (in der Versuchsreihe V02 beträgt die Gesamtänderung ca. 0,103 mΩ, in der Versuchsreihe V03 ca. 0,09 mΩ).
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3C und 3D zeigen entsprechende Ergebnisse des Imaginärteils der Impedanz, die während der durchgeführten Impedanzspektroskopie gewonnen wurden. 3C zeigt den absoluten Wert des Imaginärteils der Impedanz und 3D die entsprechende Änderung.
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Wie aus 3C und 3D ersichtlich wird, sinkt der Imaginärteil der Impedanz während der Deformation/Verformung stark ab. In der Versuchsreihe V01 verringert sich der Imaginärteil der Impedanz beispielsweise um ungefähr 0,14 mΩ. Die Änderung des Imaginärteils in den verbleibenden Versuchsreihen V02/V03 fällt den geringeren Krafteinwirkungen entsprechend ähnlich aus.
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Ein gravierender Unterschied zwischen der Änderung des Realteils und des Imaginärteils besteht allerdings darin, dass nach Beendigung der Krafteinwirkung eine signifikante Änderung des Realteils verbleibt, wohingegen der Imaginärteil in ungefähr seinen Ursprungswert zurückkehrt.
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Dieses Verhalten ist dahingehend vorteilhaft, als dass es eine Unterscheidung der Deformation/Verformung der Energiespeicherzellen von anderen Einflüssen unterscheidbar macht.
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Die Impedanz, d. h. der Realteil und der Imaginärteil, ist stark temperaturabhängig. Steigt die Temperatur der Energiespeicherzelle 1 an, verändern sich sowohl der Realteil als auch Imaginärteil der Impedanz. Die entsprechende Änderung ist allerdings gleichmäßig. Wird folglich während der Impedanzspektroskopie festgestellt, dass sich der Realteil und Imaginärteil der Impedanz gleichmäßig ändern, ist hieraus zu folgern, dass die Änderung nicht auf eine Deformation der Energiespeicherzelle 1 zurückzuführen ist, sondern auf eine entsprechende Erwärmung der Energiespeicherzelle 1.
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4 zeigt letztendlich noch die Auswirkungen der Deformation der Energiespeicherzellen in den Versuchsreihen V01 bis V03 bei der Kraftwirkung aus der Richtung a) in Bezug auf die Spannung der jeweiligen Energiespeicherzellen sowie deren Temperatur.
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In dem oberen Diagramm der 4 ist gut ersichtlich, dass lediglich in der Versuchsreihe V01 ein geringfügiger Kurzschluss in der Energiespeicherzelle 1 auftritt, wohingegen bei den verbleibenden Versuchsreihen V02 und V03 die Spannung der entsprechenden Energiespeicherzelle annähernd konstant bleibt.
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Das untere Diagramm der 4 bestätigt das Spannungsverhalten auch entsprechend. In der Versuchsreihe V01 führt der leichte Kurzschluss der Energiespeicherzelle zu einem Anstieg der entsprechenden Temperatur um ungefähr 2 °C. In den verbleibenden Versuchsreihen V02, V03 bleibt die Temperatur den Spannungsverläufen entsprechend ungefähr konstant.
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Die Erkenntnisse der Erfindung lassen sich sehr gut auf Anwendungen im Automobilbereich, insbesondere auf teilweise elektrisch betriebene Fahrzeuge (Hybridfahrzeuge) oder vollständig elektrisch betriebene Fahrzeuge, anwenden. Die Kraftfahrzeuge werden in diesem Fall mit einer Vorrichtung zur Detektion einer Deformation des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges ausgestattet, wobei die Vorrichtung aufweist:
- eine Messvorrichtung, die eingerichtet ist, eine elektrische Impedanz des Energiespeichers zu messen. Die Messvorrichtung führt die im Vorhergehenden erläuterte Impedanzspektroskopie durch. Hierbei wird der Energiespeicher des Kraftfahrzeuges, der aus einer Vielzahl der beschriebenen Energiespeicherzelle 1 aufgebaut ist, mit einer Wechselspannung angeregt und aus der Reaktion des Energiespeichers seine Impedanz ermittelt. Eine zusätzliche an dem Energiespeicher anzubringende Sensorik ist hierfür nicht notwendig.
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Zusätzlich beinhaltet die erwähnte Vorrichtung eine Auswertungseinheit, die eingerichtet ist, eine Veränderung der Impedanz zu detektieren und basierend auf der Veränderung die Deformation festzustellen.
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Insbesondere ist die Impedanzmessvorrichtung eingerichtet, einen Realteil und einen Imaginärteil der elektrischen Impedanz zu ermitteln, und ist die Auswertungseinheit eingerichtet, die Veränderung der Impedanz festzustellen, indem sie eine Änderung des Realteils mit einer Änderung des Imaginärteils vergleicht. Wenn die Änderungen gleichmäßig ausfallen, entscheidet die Auswertungseinheit, dass keine Deformation vorliegt, sondern sich der Energiespeicher lediglich erwärmt hat.
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Erkennt die Auswertungseinheit hingegen, dass der Realteil und der Imaginärteil sich unterschiedlich geändert haben, stellt die Auswertungseinheit die Deformation/Verformung des Energiespeichers fest und gibt ein entsprechendes Signal zur Trennung des Energiespeichers aus oder übernimmt diese Funktion selbst.
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Für die Realisierung dieser Funktionen der Auswertungseinheit ist es nicht zwingend erforderlich, die im Vorhergehenden erläuterte Vielzahl von Messwerten zu ermitteln. Bei einem Unfall ist die Dauer der Deformation im Vergleich zu den Versuchsreihen V01 bis V03 auch geringer. Im Prinzip reicht ein einziger Messwert des Realteils der Impedanz und ein einziger Messwert des Imaginärteils der Impedanz, beispielsweise nach Beendigung der Deformation, aus. Bevorzugt kann aber auch eine Vielzahl von jeweiligen Messwerten gewonnen werden.
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1B lässt erkennen, dass die Änderung der Impedanz des Energiespeichers sich unterschiedlich verhält in Abhängigkeit davon, aus welcher Richtung die Krafteinwirkung auf den Energiespeicher erfolgt. Die Auswertungseinheit ist bevorzugt so eingerichtet, dass sie die Deformation feststellt, wenn die Veränderung der Impedanz einen bestimmten Schellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann in Bezug auf den Realteil der Impedanz beispielsweise festgelegt werden und ist bevorzugt so bemessen, dass eine Deformation unabhängig von der Richtung, aus der die Krafteinwirkung erfolgt, detektiert wird.
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Die Impedanzmessvorrichtung kann die Impedanz bevorzugt messen, wenn sie ein Triggersignal erhält. Beispielsweise wird ein solches Triggersignal von einem Steuergerät bei Aktivierung des Fahrzeuges ausgegeben oder von einem Aufprall- bzw. Unfallsensor.
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Alternativ zu der Impedanz kann auch die entsprechende Admittanz gemessen werden und für die einzelnen Funktionen herangezogen werden.
