DE102018215708A1 - Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen - Google Patents

Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug (1) mit wenigstens einer Batterie (3) sowie ein Kraftfahrzeug (1), das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen. Von der wenigstens einen Batterie (3) des Kraftfahrzeugs (1) wird fortlaufend eine Batterietemperatur mittels wenigstens eines Temperatursensors (6) erfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ein fortlaufendes Ermitteln einer Temperaturveränderung der Batterie (3) anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperatur; ein Überprüfen, ob die ermittelte Temperaturveränderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der einen brandkritischen Batteriezustand definiert; und ein Ansteuern von wenigstens einer Fahrzeugfunktion (15) zum Durchführen einer Schutzmaßnahme und/oder Warnmaßnahme mittels einer Steuereinrichtung (14), falls der brandkritische Batteriezustand erreicht wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Batterie sowie ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen.
  • Ein relevantes aktuelles Forschungsziel ist es, elektrisch betriebene Fahrzeuge derart zu entwickeln, dass diese mindestens genauso sicher sind wie konventionell betriebene Fahrzeuge. Allerdings besteht bei herkömmlichen elektrisch betriebenen Fahrzeugen ein gewisses Risiko eines Fahrzeugbrands aufgrund von Schädigungen der zum Betreiben der elektrischen betriebenen Fahrzeuge ausgelegten Batterie. Eine Geschwindigkeit einer Brandausbreitung bei einem derartigen Fahrzeugbrand, beispielsweise aufgrund einer in Brand geratenen Traktionsbatterie, die auf Lithium-Ionen-Technologie basiert, ist unter Umständen höher als bei Batteriebränden in konventionell betriebenen Fahrzeugen.
  • Heutige Sicherheitskonzepte für elektrisch betriebene Fahrzeuge konzentrieren sich hauptsächlich auf Möglichkeiten zur Brandvermeidung oder relativ einfache Warnfunktionen.
  • In der DE 20 2017 103 777 U1 wird eine Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle beschrieben, mit der einzelne, in Reihe und parallel zueinander geschaltete Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle hin überwacht werden können. Hierbei wird unter anderem berücksichtigt, dass es, wenn eine Batteriezelle eines Batteriemoduls im Betrieb gestört wird, zu einer Änderung der Oberflächentemperatur dieser Batteriezelle kommt, wodurch ein elektrischer Widerstand in der Batterie sowie die dortige Temperatur sehr stark ansteigen. Eine derartige Temperaturerhöhung wird hierbei anhand einer erhöhten Potentialdifferenz an den Eckpunkten einer Wheatstone-Brücke, die Bestandteil der Überwachungs- und Warnvorrichtung ist, festgestellt. Die Überwachungs- und Warnvorrichtung weist zudem einen Temperatursensor auf, mit dem die Oberflächentemperatur der einzelnen Batteriezellen im Batteriemodul unmittelbar überwacht wird.
  • In der DE 601 18 293 T2 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der elektrischen Energie in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Hierbei wird unter anderem mithilfe eines Batterietemperatursensors sowie einer Batterietemperaturdetektionsschaltung eine Batterietemperatur erfasst und bei einer Berechnung einer verfügbaren Leistung der Batterie berücksichtigt. Anhand der berechneten verfügbaren Leistung der Batterie wird letztendlich der Warnwert modifiziert, wodurch ein Überladen der Batterie verhindert wird.
  • In der DE 10 2016 119 144 A1 wird ein elektrisches System für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Dieses elektrische System umfasst unter anderem mehrere Fahrzeugbatterien sowie einen Temperatursensor, mit dem eine Batterietemperatur erfassbar ist. Zulässige Betriebszeiten und/oder zulässige Mindestspannungen der Batterie können hierbei zumindest teilweise anhand der erfassten Temperatur bestimmt werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mit der besonders schnell und frühzeitig auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug reagiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Batterie sowie ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen, gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Batterie, bei dem fortlaufend eine Batterietemperatur mittels wenigstens eines Temperatursensors erfasst wird, ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: fortlaufendes Ermitteln einer Temperaturveränderung der Batterie anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperatur; Überprüfen, ob die ermittelte Temperaturveränderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der einen brandkritischen Batteriezustand definiert; Ansteuern von wenigstens einer Fahrzeugfunktion zum Durchführen einer Schutzmaßname und/oder Warnmaßnahme mittels einer Steuereinrichtung, falls der brandkritische Batteriezustand erreicht wird.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Maßnahmen zur Fahrerinstruktion sowie zum Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs in einer Brandsituation dazu beitragen können, ein Risiko für den Fahrer sowie die Insassen des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Dies ist allerdings nur dann erreichbar, wenn diesen ausreichende und sinnvolle Instruktionen zu einem Verhalten in dieser Situation bereitgestellt werden. Die Zuverlässigkeit einer Fahrer- und Insassenwarnung ist also ein besonders wichtiges Thema im Hinblick auf ein vorteilhaftes Reagieren von betroffenen Personen aber auch automatisch ansteuerbaren Fahrzeugfunktionen in einer brandkritischen Situation.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert darauf, dass in einer Kraftfahrzeugbatterie, die beispielsweise als aus mehreren zusammengeschalteten Batterieelementen bestehende Traktionsbatterie ausgebildet ist, wiederholt die Temperatur der Batterie mittels zumindest eines dafür ausgelegten Temperatursensors bestimmt wird. Anhand der somit mehreren bereitgestellten Temperaturmesswerte für die Batterie kann der zeitliche Verlauf der Batterietemperatur bestimmt werden. Dieser zeitliche Verlauf beschreibt also die Temperaturveränderung der Batterie. Der hierbei ermittelte Wert für die Temperaturveränderung wird mit einem vorgegebenen Grenzwert abgeglichen. Falls die erfasste Temperaturveränderung diesen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird davon ausgegangen, dass sich die Batterie in einem brandkritischen Zustand befindet. Im Folgenden wird daher immer dann, wenn die ermittelte Temperaturveränderung den vorgegebenen Grenzwert überschritten hat, davon ausgegangen, dass der brandkritische Batteriezustand erreicht ist. In diesem Zustand muss es noch nicht zu einem tatsächlichen Batteriebrand gekommen sein. Allerdings weist eine besonders schnelle Temperaturerhöhung, das heißt eine besonders große Temperaturveränderung, darauf hin, dass die Batterie mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit in naher Zukunft in einen brennenden Zustand gelangen wird oder bereits brennt. Steigt beispielsweise die Temperatur der Batterie des Kraftfahrzeugs, die mithilfe eines dafür vorgesehenen Temperatursensors, der unmittelbar an dem Batteriegehäuse angeordnet sein kann besonders stark in einer relativ kurzen Zeit von wenigen Sekunden an, kann dies als Indiz dafür gewertet werden, dass sich die Batterie im brandkritischen Batteriezustand befindet.
  • Sobald erkannt wurde, dass sich die Batterie im brandkritischen Batteriezustand befindet, wird zumindest eine Fahrzeugfunktion mithilfe einer entsprechenden Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs aktiviert. Hierdurch ist es möglich, dass vorgegebene Maßnahmen zum Schutz von Fahrzeuginsassen sowie zum Warnen von Fahrzeuginsassen sowie anderer Verkehrsteilnehmer in der Umgebung des Kraftfahrzeugs über die ermittelte brandkritische Situation des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden können. Die derart durchgeführten Schutzmaßnahmen umfassen beispielsweise ein automatisches Schließen aktuell geöffneter Fahrzeugfenster mit dem Ziel, zu vermeiden, dass Rauch des erwarteten oder bereits ausgebrochenen Batteriebrandes durch die geöffneten Fenster in den Innenraum gelangen kann und die Insassen des Kraftfahrzeugs gesundheitlich gefährdet. Als Warnmaßnahme kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Warnsignal im Fahrzeuginnenraum für den Fahrer und gegebenenfalls auch für die weiteren Insassen des Kraftfahrzeugs sichtbar angezeigt wird oder ein Warnton ausgegeben wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Warnleuchte handeln, aber auch um die Anzeige eines Warntextes und/oder eines Warnsymbols auf einer dafür ausgelegten Anzeigeeinrichtung im Fahrzeuginnenraum.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist, dass ein brandkritischer Batteriezustand nicht nur, wie bisher häufig üblich, daran erkannt wird, dass ein Unfall des Kraftfahrzeugs detektiert wurde. Es wird also nicht mithilfe von Crashsensoren in Türen und im Front- und Heckbereich des Kraftfahrzeugs eine Deformation einer Fahrzeugkarosserie erfasst und/oder eine Verzögerung des Kraftfahrzeugs mittels dafür ausgelegter Sensoren festgestellt, woraus sich auf einen Unfall des Kraftfahrzeugs und eine erhöhte Batteriebrandgefahr schließen lässt. Anstatt dessen wird anhand einer besonders raschen Temperaturveränderung im Bereich der Batterie des Kraftfahrzeugs erkannt, dass in voraussichtlich naher Zukunft ein Batteriebrand stattfinden wird. Batteriebrände entstehen nämlich nicht nur im Rahmen von Fahrzeugunfällen sondern können relativ spontan auftreten, beispielsweise bedingt durch Verunreinigungen in dem Batteriematerial während der Produktion der Batterie. Hierdurch kann es beispielsweise zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Inbetriebnahme der Batterie zu einem Kurzschluss in der Batterie und darauf folgend zu einem Brand der Batterie kommen. Alterungserscheinungen in der Batterie können ebenfalls zu spontan auftretenden Batteriebränden führen. Es ist also möglich, dass die Batterie in einem brandkritischen Batteriezustand ist, obwohl keine äußeren Beschädigungen entstanden sind oder die Beschädigungen bereits eine relativ lange Zeit zurückliegen. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt daher zur Detektion des brandkritischen Batteriezustands fortlaufend erfolgende Temperaturmessungen an der Batterie und eignet sich somit auch zum Reagieren auf spontan auftretende Batteriebrände.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert hinsichtlich des Erkennens des brandkritischen Batteriezustands außerdem nicht auf einem Erfassen eines reinen Überschreitens eines Temperaturgrenzwerts. Der Grund hierfür ist, dass die ermittelte Temperaturveränderung der Batterie eine Messgröße darstellt, mit der deutlich früher als anhand eines reinen Temperaturgrenzwerts erkannt werden kann, dass eine Temperaturentwicklung in der Batterie auf den brandkritischen Batteriezustand hinweist. Der Grenzwert der Temperaturveränderungen lässt sich zudem eindeutig von beispielsweise Temperaturveränderungen aufgrund von Verlustleistung der Batterie durch Beschleunigung des Kraftfahrzeugs unterscheiden.
  • Sobald eine außergewöhnlich hohe Temperaturveränderung, die den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, festgestellt wird, kann davon ausgegangen werden, dass es mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Brand kommen wird beziehungsweise dass bereits ein Brand in der Batterie ausgebrochen ist. Durch eine derartige Auswertung der Temperaturveränderung in der Batterie kann ein womöglicher Batteriebrand besonders schnell und frühzeitig erkannt werden und folglich können auch besonders schnell und frühzeitig Maßnahmen eingeleitet werden, um die Insassen des Kraftfahrzeugs sowie weitere sich in der Umgebung des Kraftfahrzeugs aufhaltende Personen zu schützt und/oder zu warnen. Das Verfahren ermöglicht somit ein besonders vorteilhaftes Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug.
  • Um mit einer besonders großen Zuverlässigkeit den brandkritischen Batteriezustand zu detektieren, ist es vorteilhaft, wenn mehrere Temperatursensoren die Batterietemperatur erfassen, sodass auch bei einem Ausfall eines einzelnen oder mehrerer Temperatursensors sowie bei einer Fehlmessung eines Temperatursensors weiterhin besonders zuverlässig der brandkritische Batteriezustand erkennbar ist.
  • Zusätzlich zu den beschriebenen Verfahrensschritten kann es sinnvoll sein, dass im Kraftfahrzeug selbst bereits konstruktionstechnische Maßnahmen zur Verzögerung des Ausbrechens eines Brands bei erhöhten Temperaturen in der Batterie installiert sind. Hierfür eigenen sich beispielsweise eine Brandschutzschicht, die zwischen der Batterie und einem Fahrzeuginnenraum angeordnet ist. Eine derartige Brandschutzschicht aus feuerfesten und hitzebeständigen Materialien kann dazu dienen, dass besonders frühzeitig die Schutzmaßnahmen oder Warnmaßnahmen durchgeführt werden können, da durch die Brandschutzschicht ein Zeitpunkt einer tatsächlichen Gefährdung der Insassen herausgezögert werden, obwohl der brandkritische Batteriezustand bereits erreicht und detektiert wurde. Hierdurch können Sekunden bis Minuten Zeit gewonnen werden, in denen bereits auf den brandkritischen Batteriezustand reagiert werden kann, indem die Schutz- und/oder Warnmaßnahmen durchgeführt werden. Das Reagieren auf den brandkritischen Zustand kann somit ebenfalls besonders frühzeitig erfolgen, wodurch ein Gefahrrisiko für die Insassen des Kraftfahrzeugs durch den Batteriebrand reduziert wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass als Schutzmaßnahme zumindest eine der folgenden Maßnahmen im Kraftfahrzeug durchgeführt wird: Aktivieren eines Sicherheitsbetriebs einer Klimaanlage, indem die Klimaanlage deaktiviert oder in einem Umluftmodus ohne Lüftungsfunktion betrieben wird, Türentriegelung, automatisches Schließen von geöffneten Fahrzeugfenstern und insbesondere einer Fahrzeugdachöffnung, Unterbrechen einer Energieversorgung einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs. Die genannten Schutzmaßnahmen zielen alle darauf ab, die Insassen im Kraftfahrzeug vor den Auswirkungen des brandkritischen Batteriezustands und insbesondere dem erwarteten Batteriebrand selbst zu schützen.
  • Durch das Aktivieren des Sicherheitsbetriebs der Klimaanlage wird beispielsweise erreicht, dass die Belüftung des Kraftfahrzeugs im sogenannten Umluftmodus betrieben wird, das heißt, dass keine Luft aus der Fahrzeugumgebung, die beispielsweise Rauchgase vom bereits stattfindenden Batteriebrand enthält, in das Kraftfahrzeug geleitet wird. Alternativ dazu kann auch ein Abschalten der Klimaanlage, das heißt des Gebläses der Klimaanlage, durchgeführt werden. Diese Maßnahmen sind insbesondere bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs sinnvoll, um zu verhindern, dass Rauch vom Batteriebrand in den Fahrzeuginnenraum gelangt, wodurch ein Gesundheitszustand der Insassen des Kraftfahrzeugs gefährdet werden kann. Diese Maßnahme kann beispielsweise umgesetzt werden, indem ein entsprechendes Signal über eine CAN-Verbindung, eine Flexray-Verbindung oder andere Vernetzungstechnologien im Kraftfahrzeug von der Steuereinrichtung an ein entsprechendes Klimasteuergerät gesendet wird. Die spezifisch beschriebenen Aktionen werden dann vom Klimasteuergerät selbst durchgeführt.
  • Eine weitere zusätzliche oder alternative Schutzmaßnahme umfasst, dass Türen des Kraftfahrzeugs, die beispielsweise aufgrund einer automatischen Türschlossverriegelungsanlage während der Fahrt des Kraftfahrzeugs verriegelt wurden, entriegelt werden, sobald der brandkritische Batteriezustand erkannt wurde. Dies ermöglicht, dass sowohl die Insassen das Kraftfahrzeug besonders schnell verlassen können als auch dass Personen im Fahrzeugumfeld sowie Personen, die mit einer Bergung der Insassen beauftragt sind, besonders schnell zu den Insassen des Kraftfahrzeugs gelangen können, um diese beispielsweise aus dem brennenden Kraftfahrzeug retten zu können. Hierfür wird ebenfalls ein entsprechendes Steuersignal von der Steuereinrichtung über die dafür ausgelegten oben erwähnten Signalübermittlungseinrichtungen an ein Türsteuergerät oder ein Komfortsteuergerät, das dazu ausgelegt ist, die Türschlossanlage des Kraftfahrzeugs anzusteuern, gesendet.
  • Falls zum Zeitpunkt des Erreichens des brandkritischen Batteriezustands Fahrzeugfenster und/oder ein Dachsystem des Kraftfahrzeugs geöffnet sind, werden diese nun ebenfalls geschlossen, indem entsprechende Signale über die oben erwähnten Signalübermittlungseinrichtungen an die dafür ausgelegten Komfortsteuergeräte des Kraftfahrzeugs übermittelt werden. Hierdurch wird ebenfalls verhindert, dass Rauch des Batteriebrandes durch die Fahrzeugfensteröffnung beziehungsweise die Dachöffnung in den Fahrzeuginnenraum gelangt.
  • Zudem kann als Schutzmaßnahme unterbunden werden, dass der Vortrieb des Kraftfahrzeugs, das heißt die elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs, weiterhin manuell oder automatisch ansteuerbar ist. Der Grund hierfür ist, dass vor allem bei mit elektrischer Energie betriebenen Kraftfahrzeugen durch eine zusätzliche elektrische Belastung der Batterie des Kraftfahrzeugs das Brandrisiko bei einem brandkritischen Batteriezustand erhöht wird. Daher werden entsprechende Steuersignale über die oben erwähnten Signalübermittlungseinrichtungen an ein Motorsteuergerät gesendet und die Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs unterbrochen. Die beschriebenen Maßnahmen dienen somit dem Schutz der Insassen bei einem brandkritischen Batteriezustand, und zwar vor der mit dem Batteriebrand verbundenen Rauchentwicklung sowie hinsichtlich der Evakuierung der Insassen des Kraftfahrzeugs und einer weiteren Verstärkung des Brandrisikos durch weiteres Betreiben der betroffenen Batterie des Kraftfahrzeugs.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu, kann als Schutzmaßnahme ein Maximieren der Kühlleistung der Batterie vorgesehen sein. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass ein sogenannter Thermal Runaway in der Batterie verhindert wird. Dadurch kann der Brand zeitlich verzögert und gegebenenfalls sogar verhindert werden. Hierfür werden entsprechende Steuersignale über die oben erwähnten Signalübermittlungseinrichtungen von der Steuereinrichtung an das Steuergerät des Kühlsystems der Batterie übermittelt.
  • Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass als Wahlmaßnahme zumindest eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt wird: Automatisches Aktivieren eines Warnblinkers, Absetzen eines automatischen Notrufs an eine vorgegebene Leitstelle und Anzeigen eines Warnsignals im Fahrzeuginnenraum.
  • Falls der brandkritische Batteriezustand erreicht ist, kann also der Warnblinker des Kraftfahrzeugs automatisch aktiviert werden, indem beispielsweise entsprechende Signale an ein entsprechendes Komfortsteuergerät übermittelt wird. Hierdurch werden Personen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs darauf hingewiesen, dass ein Problem mit dem Kraftfahrzeug besteht und womöglich eine Gefahr von dem Kraftfahrzeug ausgeht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein automatischer Notruf abgesetzt werden, um Rettungskräfte und Bergungskräfte zu rufen, die zum Beispiel den Batteriebrand löschen, das Kraftfahrzeug bergen und/oder die Insassen des Kraftfahrzeugs, falls sich diese beim Eintreffen der Rettungs- und Bergungskräfte noch im Fahrzeuginnenraum aufhalten, retten können. Ein derartiger automatischer Notruf kann beispielsweise über ein E-Call-System des Kraftfahrzeugs abgesetzt werden, einem von der Europäischen Union vorgeschriebenen automatischen Notrufsystem für Kraftfahrzeuge. Des Weiteren können dem Fahrer sowie anderen Insassen des Kraftfahrzeugs mittels einer entsprechenden Anzeigeeinrichtung im Kraftfahrzeug, wie beispielsweise einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, und/oder mittels akustischer Signale Informationen sowie Aufforderungen übermittelt werden. Diese beinhalten zum Beispiel, dass die Insassen das Kraftfahrzeugs so schnell wie möglich aufgrund des brandkritischen Batteriezustands verlassen sollen. Hierbei können beispielsweise les- und/oder hörbare Meldungen über ein Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden und/oder eine entsprechende Warnleuchte im Fahrzeuginnenraum aktiviert werden. Die entsprechenden Steuersignale werden hierfür über die oben erwähnten Signalübermittlungseinrichtungen an eine Steuereinheit der Fahrzeugleuchten des Kraftfahrzeugs, das Infotainmentsystem, ein Kombisteuergerät oder ein E-Call-Steuergerät übermittelt.
  • Es sind also mehrere Maßnahmen vorgesehen, mit denen die Insassen des Kraftfahrzeugs besonders schnell und frühzeitig über den brandkritischen Batteriezustand informiert werden können. Zudem können andere Verkehrsteilnehmer und Personen in der Umgebung des Kraftfahrzeugs gewarnt sowie Hilfe herbeigerufen werden, indem die entsprechende Notleitstelle informiert wird.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass überprüft wird, ob die fortlaufend erfasste Batterietemperatur eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, die den brandkritischen Batteriezustand definiert. Zusätzlich zu der Überprüfung, ob die ermittelte Temperaturveränderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wird also auch erfasst, ob eine absolute Grenztemperatur überschritten wird. Hierdurch wird ein zweites Kriterium, das den brandkritischen Batteriezustand definiert, festgelegt, um beispielsweise auch im relativ unwahrscheinlichen Falle eines sehr langsamen Temperaturanstiegs in der Batterie zuverlässig den brandkritischen Batteriezustand erkennen zu können. Auch nach dem Überschreiten der Grenztemperatur durch einen Temperaturanstieg in der Batterie kommt es somit zum Durchführen der beschriebenen Schutzmaßnahme und/oder Warnmaßnahme.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass fortlaufend mittels mehrerer Temperatursensoren jeweils lokale Batterietemperaturen erfasst werden, ein räumlicher Temperaturgradient anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperatur ermittelt und überprüft wird, ob der ermittelte räumliche Temperaturgradient einen vorgegebenen Gradientengrenzwert überschreitet, der einen brandkritischen Batteriezustand definiert. Zusätzlich zu der bereits beschriebenen Erfassung der Temperaturveränderung sowie der absoluten Batterietemperatur wird als dritte Definition des brandkritischen Batteriezustands die räumliche Temperaturverteilung anhand des sogenannten räumlichen Temperaturgradienten in der Batterie berücksichtigt. Voraussetzung hierfür ist, dass nicht nur ein Temperatursensor in der Batterie vorhanden ist, sondern dass an mehreren Stellen, beispielsweise an verschiedenen Stellen im Inneren des Batteriegehäuses, jeweilige lokale Temperatursensoren angeordnet sind und die dortige Lokaltemperatur der Batterie messen. Anhand dieser lokalen Temperaturmesswerte kann für jeden Messzeitpunkt die räumliche Entwicklung der Temperatur erfasst werden, die beispielsweise anhand eines Temperaturgradienten angegeben werden kann. Falls es also nur an einer bestimmten Stelle der Batterie zu einer auffallenden Temperaturänderung kommt, kann dies zum einen anhand des entsprechenden Signals der Temperaturveränderung des dortigen Temperatursensors erkannt werden, aber auch anhand des räumlichen Temperaturgradienten. Es wird also zur zusätzlichen Absicherung der Zuverlässigkeit des Verfahrens der räumliche Temperaturgradient berücksichtigt und ein entsprechender Gradientengrenzwert zur Definition des brandkritischen Batteriezustands festgelegt.
  • Erfindungsgemäß ist zudem ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Dieses Kraftfahrzeug umfasst eine Batterie, wenigstens einen Temperatursensor zum fortlaufenden Erfassen einer Batterietemperatur sowie eine Steuereinrichtung zum Ansteuern wenigstens einer Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, ein Verfahren, wie es oben beschrieben wurde, durchzuführen. Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausgestaltungen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug verfügt somit über ein Sicherheitssystem für die fahrzeugeigene Batterie, das zumindest die Steuereinrichtung und den wenigstens einen Temperatursensor umfasst.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass die Batterie mehrere Batteriezellen aufweist und dazu ausgelegt ist, eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs mit Energie zu versorgen. Die Batterie des Kraftfahrzeugs kann also als ein mehrere Batteriezellen umfassendes Batteriemodul ausgebildet sein, beispielsweise als Traktionsbatterie, basierend auf Lithium-Ionen-Technologie, mit der beispielsweise eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs betrieben werden kann. Insbesondere bei einer Batterie, die mehrere Batteriezellen aufweist, eignet sich der Verbau von mehreren Temperatursensoren an verschiedenen Stellen innerhalb der Batterie, um besonders zuverlässig die Temperatur sowie die Temperaturänderungen innerhalb der Batterie lokal differenziert erfassen zu können.
  • Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass zwischen der Batterie und einem Fahrzeuginnenraum eine Brandschutzschicht angeordnet ist. Bei dieser Brandschutzschicht handelt es sich beispielsweise um eine Brandschutzmatte oder um ein brandhemmendes Material, wie beispielsweise ein aus mehreren Schichten aufgebautes Polymer-Metall-Schichtstoffsystem, ein sogenanntes Multi-layer Polymer Laminate (PML)-System. Ein derartiges Material ist aus mehreren laminaren Schichten aufgebaut, die sich bei einem Erwärmen des Materials vergrößern. Dadurch entstehen Hohlräume im Material, wodurch eine Temperaturübertragung in dem Material, das heißt die Wärmeleitfähigkeit des Materials, verschlechtert wird. Durch das Anbringen einer derartigen Brandschutzschicht zwischen der Batterie und dem Fahrzeuginnenraum kann somit eine Brandausbreitung in den Innenraum, in dem sich die Insassen des Kraftfahrzeugs aufhalten, verhindert oder zumindest verzögert werden. Hierdurch gewinnen die Insassen des Kraftfahrzeugs Zeit von mehreren Sekunden bis zu Minuten, in denen die Schutzmaßnahmen oder Warnmaßnahmen durchgeführt werden können. Mithilfe der Brandschutzschicht kann somit das Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand dahingehend unterstützt werden, dass mehr Zeit vorhanden ist, um die im Rahmen des Verfahrens genannten Schritte durchzuführen.
  • Eine weitere Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass die Batterie von einem Batteriegehäuse umfasst wird, das an einer nicht zum Fahrzeuginnenraum oder zu einem Aus- und Einstiegsbereich von Insassen des Kraftfahrzeugs gerichteten Stelle eine Entgasungsöffnung aufweist. Eine derartige Entgasungsöffnung kann beispielsweise an einem hinteren Teil der Batterie angeordnet sein, an der die Batterie an einen Kofferraum des Kraftfahrzeugs grenzt. Alternativ dazu kann die Entgasungsöffnung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Bei der Entgasungsöffnung handelt es sich um eine Öffnung einer prismatischen Batteriezelle oder auch einer als Rundzelle ausgeformten Batteriezelle, die bei Überdruck automatisch geöffnet wird. Bei einem Brand in der Batterie kann durch diese Öffnung das Elektrolyt der Batterie, das sich inzwischen gasförmig entwickelt hat, austreten. Zusätzlich oder alternativ zu einer Entgasungsöffnung kann auch ein Entgasungskanal vorgesehen sein, um Überdruck in der Batterie abzubauen und dadurch die Brandausbreitung zu verzögern.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs sieht vor, dass das Batteriegehäuse an einer nicht zum Fahrzeuginnenraum oder zu dem Aus- und Einstiegsbereich der Insassen des Kraftfahrzeugs gerichteten Stelle eine Berstöffnung aufweist. Eine Berstöffnung ist beispielsweise eine Stelle an dem Batteriegehäuse, die bei einem Überdruck in der Batterie besonders frühzeitig nachgibt, wodurch der Überdruck abgebaut werden kann. Hierdurch wird die Austrittstelle des Überdrucks sowie des damit verbundenen oder möglicherweise entstehenden Batteriebrands an die Stelle im Kraftfahrzeug gelegt, an der sich nicht die Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs befinden, wie beispielsweise in den Kofferraum.
  • Es ist beispielsweise besonders vorteilhaft, die Entgasungsöffnung oder die Berstöffnung möglichst unterhalb des Kraftfahrzeugs oder im Vorderwagen beziehungsweise Hinterwagen des Kraftfahrzeugs zu positionieren. Eine Entgasung auf eine heiße Oberfläche wie zum Beispiel einer Abgasanlage bei sogenannten Plug-in-Hybridfahrzeugen ist hierbei jedoch zu verhindern. Bei der Positionierung der Entgasungsöffnung und der Berstöffnung ist jedoch darauf zu achten, dass ein Aus- und Einstiegsbereich der Insassen des Kraftfahrzeugs nicht vom dort austretenden Gas sowie dort austretende Flammen beeinflusst und gefährdet wird. Hierdurch wird ein Verlassen des Kraftfahrzeugs durch die Insassen des Kraftfahrzeugs bei einem brandkritischen Batteriezustand besonders sicher möglich.
  • Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
  • Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
  • Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie, die sich in einem brandkritischen Batteriezustand befindet.
  • Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsform umfassen. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
  • In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
  • In der einzigen Figur ist ein Kraftfahrzeug 1 skizziert, das eine Batterie 3 zum Versorgen einer elektrischen Antriebsmaschine (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 mit Energie ausgelegt ist. Bei der hier dargestellten Batterie 3 handelt es sich beispielsweise um eine sogenannte Traktionsbatterie basierend auf Lithium-Ionen-Technologie, das heißt die Batterie 3 umfasst mehrere Batteriezellen 4 sowie ein Batteriegehäuse 5. Innerhalb des Batteriegehäuses 5 sind mehrere Temperatursensoren 6 angeordnet, die jeweils fortlaufend eine Batterietemperatur erfassen.
  • Zwischen dem Batteriegehäuse 5 und einem Fahrzeuginnenraum 7 ist eine Brandschutzschicht 8 angeordnet. Bei dieser Brandschutzschicht 8 handelt es sich beispielsweise um eine Brandschutzmatte oder ein anderes brandhemmendes Material. Der Fahrzeuginnenraum 7 ist zudem mithilfe einer Trennwand 10 von einem Kofferraum 9 des Kraftfahrzeugs 1 abgetrennt.
  • Im Kraftfahrzeug 1 befinden sich zwei Insassen 11. Während einer aktuellen Fahrt des Kraftfahrzeugs 1 ist eines der Fahrzeugfenster 12 des Kraftfahrzeugs 1 zur Hälfte geöffnet und eine automatische Türschlossverriegelung hat die Türschlösser 13 des Kraftfahrzeugs 1 verriegelt. Zur automatischen Ansteuerung der Fahrzeugfenster 12 sowie der Türschlösser 13 umfasst das Kraftfahrzeug 1 eine Fenstersteuerung 15a sowie eine Türschlossverriegelungsanlage 15b. Als weitere Fahrzeugfunktion 15 ist hier eine Fahrzeugleuchtenansteuereinrichtung 15c skizziert. Die drei genannten Fahrzeugfunktionen 15a, 15b, 15c sind dazu ausgelegt, mittels einer Steuereinrichtung 14 des Kraftfahrzeugs 1 angesteuert zu werden. Die Fahrzeugleuchtenansteuereinrichtung 15c ist hierbei insbesondere dazu ausgelegt, Fahrzeugleuchten des Kraftfahrzeugs 1 als Warnblinker 16 anzusteuern.
  • Die Steuereinrichtung 14 ermittelt anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperatur fortlaufend eine Temperaturveränderung der Batterie 3. Es wird also wiederholt die zeitliche Veränderung der Batterietemperatur der Batterie 3 erfasst. Daraufhin wird von der Steuereinrichtung 14 überprüft, ob die ermittelte Temperaturveränderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der einen brandkritischen Batteriezustand definiert. Alternativ oder zusätzlich zu der ermittelten Temperaturveränderung kann auch die fortlaufend erfasste Batterietemperatur selbst mit einer vorgegebenen Grenztemperatur abgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann anhand der mittels mehrerer Temperatursensoren 6 ermittelten lokalen Batterietemperaturen fortlaufend ein räumlicher Temperaturgradient erfasst werden. Dieser räumliche Temperaturgradient kann mit einem vorgegebenen Gradientengrenzwert abgeglichen werden. Sobald die fortlaufend erfasste Batterietemperatur die vorgegebene Grenztemperatur überschreitet und/oder der räumlich ermittelte Temperaturgradient den vorgegebenen Gradientengrenzwert überschreitet, ist ebenfalls der brandkritische Batteriezustand eingetroffen. Der brandkritische Batteriezustand wird also anhand einer auffallend großen Temperaturveränderung und/oder einer erhöhten Batterietemperatur und/oder eines erhöhten räumlichen Temperaturgradienten definiert.
  • Falls der brandkritische Batteriezustand erreicht ist, erfolgt ein Ansteuern von zumindest einer der Fahrzeugfunktionen 15 zum Durchführen einer Schutzmaßnahme oder Warnmaßnahme. Dieses Ansteuern der Fahrzeugfunktionen 15 erfolgt mittels der Steuereinrichtung 14.
  • Als Schutzmaßnahme kann beispielsweise ein automatisches Entriegeln der Türschlösser 13 des Kraftfahrzeugs 1 erfolgen. Es wird also ein entsprechender Steuerbefehl an die Türschlossverriegelungsanlage 15b von der Steuereinrichtung 14 übermittelt. Hierdurch wird den Insassen 11 die Flucht aus dem Kraftfahrzeug 1 ermöglicht sowie ein Bergen der Insassen 11 des Kraftfahrzeugs 1 durch herbeigerufene Rettungs- und Bergungskräfte erleichtert.
  • Als weitere Schutzmaßnahme kann zudem ein automatisches Schließen des geöffneten Fahrzeugfensters 12 durch entsprechende Steuerbefehle von der Steuereinrichtung 14 an die Fenstersteuerung 15a erfolgen. Weitere mögliche Schutzmaßnahmen umfassen ein Aktivieren eines Sicherheitsbetriebs einer Klimaanlage, indem die Klimaanlage deaktiviert oder in einem Umluftmodus ohne Lüftungsfunktion betrieben wird oder ein Unterbrechen einer Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs 1.
  • Zusätzlich zu den beiden genannten Schutzmaßnahmen wird in diesem Beispiel auch eine Warnmaßnahme durchgeführt. Hierfür wird ein entsprechendes Steuersignal von der Steuereinrichtung 14 an die Fahrzeugleuchtenansteuereinrichtung 15c übermittelt, die daraufhin den Warnblinker 16 des Kraftfahrzeugs 1 aktiviert. Alternativ oder zusätzlich kann ein automatischer Notruf an eine vorgegebene Leitstelle abgesetzt werden oder ein Warnsignal im Fahrzeuginnenraum 7 angezeigt werden, das beispielsweise die Insassen 11 dazu aufruft, so schnell wie möglich das Kraftfahrzeug 1 zu verlassen, wenn sich die Batterie 3 des Kraftfahrzeugs 1 im brandkritischen Batteriezustand befindet.
  • Zusätzlich oder alternativ zur Brandschutzschicht 8, die eine Brandentwicklung im Fahrzeuginnenraum 7 durch einen Brand der Batterie 3 verlangsamt oder sogar verhindern kann, weist die Batterie 3 eine Entgasungsöffnung 17 auf. Die Entgasungsöffnung 17 befindet sich an einer Stelle der Batterie 3, die nicht zum Fahrzeuginnenraum 7, sondern zum Kofferraum 9 hin gerichtet ist. Falls durch diese Entgasungsöffnung 17 ein Überdruck in der Batterie 3 abgebaut wird und/oder Flammen und Rauch austreten, erfolgt dies nicht in Richtung des Bereichs des Kraftfahrzeugs 1, in dem sich die Insassen 11 aufhalten, sondern in Richtung des womöglich nur mit Gepäckstücken beladenen Kofferraums 9, wodurch ebenfalls der Schutz der Insassen 11 im Rahmen des Möglichen erhöht wird.
  • Alternativ oder zusätzlich zu der Entgasungsöffnung 17 kann auch eine Berstöffnung an der nicht zum Fahrzeuginnenraum 7 gerichteten Stelle der Batterie 3 vorgesehen sein.
  • Insgesamt zeigt das Beispiel, wie mit dem Kraftfahrzeug 1 ein Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand im Kraftfahrzeug 1 mit wenigstens einer Batterie 3 erfolgen kann. Hierbei werden Insassen 11 des Kraftfahrzeugs 1 über einen brandkritischen Batteriezustand der Batterie 3 informiert, das heißt mithilfe von Warnmaßnahmen gewarnt, sowie Maßnahmen zum Schutz der Insassen 11 eingeleitet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202017103777 U1 [0004]
    • DE 60118293 T2 [0005]
    • DE 102016119144 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug (1) mit wenigstens einer Batterie (3), bei dem fortlaufend eine Batterietemperatur mittels wenigstens eines Temperatursensors (6) erfasst wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - fortlaufendes Ermitteln einer Temperaturveränderung der Batterie (3) anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperatur; - Überprüfen, ob die ermittelte Temperaturveränderung einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, der einen brandkritischen Batteriezustand definiert; - Ansteuern von wenigstens einer Fahrzeugfunktion (15) zum Durchführen einer Schutzmaßname und/oder Warnmaßnahme mittels einer Steuereinrichtung (14), falls der brandkritische Batteriezustand erreicht wird.
  2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzmaßnahme zumindest eine der folgenden Maßnahmen im Kraftfahrzeug (1) durchgeführt wird: - Aktivieren eines Sicherheitsbetriebs einer Klimaanlage, in dem die Klimaanlage deaktiviert oder in einem Umluft-Modus ohne Lüftungsfunktion betrieben wird; - Türentriegelung; - automatisches Schließen von geöffneten Fahrzeugfenstern (12) und insbesondere einer geöffneten Fahrzeugdachöffnung; - Unterbrechen einer Energieversorgung einer elektrischen Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs (1).
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Warnmaßnahme zumindest eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt wird: - automatisches Aktivieren eines Warnblinkers (16); - Absetzen eines automatischen Notrufs an eine vorgegebene Leitstelle; - Anzeigen eines Warnsignals in einem Fahrzeuginnenraum (7).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob die fortlaufend erfasste Batterietemperatur eine vorgegebene Grenztemperatur überschreitet, die den brandkritischen Batteriezustand definiert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass fortlaufend mittels mehrerer Temperatursensoren (6) jeweils lokale Batterietemperaturen erfasst werden, ein räumlicher Temperaturgradient anhand der fortlaufend erfassten Batterietemperaturen ermittelt und überprüft wird, ob der ermittelte räumliche Temperaturgradient einen vorgegebenen Gradientengrenzwert überschreitet, der den brandkritischen Batteriezustand definiert.
  6. Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Batterie (3), wenigstens einen Temperatursensor (6) zum fortlaufenden Erfassen einer Batterietemperatur sowie eine Steuereinrichtung (14) zum Ansteuern wenigstens einer Fahrzeugfunktion des Kraftfahrzeugs (1), wobei die Steuereinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  7. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) mehrere Batteriezellen (4) aufweist und dazu ausgelegt ist, eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs (1) mit Energie zu versorgen.
  8. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Batterie (3) und einem Fahrzeuginnenraum (7) eine Brandschutzschicht (8) angeordnet ist.
  9. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) von einem Batteriegehäuse (5) umfasst wird, das an einer nicht zum Fahrzeuginnenraum (7) oder zu einem Aus- und Einstiegsbereich von Insassen des Kraftfahrzeugs (1) gerichteten Stelle eine Entgasungsöffnung (17) aufweist.
  10. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (5) an der nicht zum Fahrzeuginnenraum (7) oder zu dem Aus- und Einstiegsbereich der Insassen gerichteten Stelle eine Berstöffnung aufweist.
DE102018215708.1A 2018-09-14 2018-09-14 Verfahren zum Reagieren auf einen brandkritischen Batteriezustand in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug, das dazu ausgelegt ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen Pending DE102018215708A1 (de)

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US16/549,058 US10960246B2 (en) 2018-09-14 2019-08-23 Method for responding to a fire-critical battery state in a vehicle, and a vehicle designed to carry out such a method
CN201910858824.5A CN110901394B (zh) 2018-09-14 2019-09-11 对机动车中的着火临界电池状态作出反应的方法和机动车

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