DE102019108371A1

DE102019108371A1 - Hochvoltbatterie mit Batteriezellenschwellungssensor sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019108371A1
Application number: DE102019108371.0A
Authority: DE
Inventors: Jose LOPEZ DE ARROYABE
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug mit- zumindest einem Batteriemodul (1) aufweisend• einen Zellstapel (3) aus aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen (4), wobei Zellgehäusewände (6) von metallischen Zellgehäusen (5) einer ersten und einer letzten Batteriezelle (5) in dem Zellstapel (3) zwei Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) ausbilden,• einen Zellmodulrahmen (8), in welchem der Zellstapel (3) angeordnet ist und welcher zwei metallische, an den Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) angeordnete Enddruckplatten (9) aufweist, und• zumindest einen elektrisch isolierenden Abstandshalter (12), welcher zwischen zumindest einer der Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) und der jeweiligen Enddruckplatte (9) angeordnet ist und dabei die Stirnseite (7) und die Enddruckplatte (9) unter Ausbildung eines Plattenkondensators (13) kapazitiv koppelt, und- eine Auswerteeinrichtung (14), welche dazu ausgelegt ist, die Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle (4) mittels Kapazitätsmessung zu erkennen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul aufweisend einen Zellstapel aus entlang einer Stapelrichtung aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen, wobei Zellgehäusewände von metallischen Zellgehäusen einer ersten und einer letzten Batteriezelle in dem Zellstapel zwei in Stapelrichtung einander gegenüberliegende Stirnseiten des Zellstapels ausbilden, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Bestimmen einer Ausdehnung zumindest einer der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Hochvoltbatterien weisen eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche in der Regel in Zellverbunden angeordnet sind und über Zellverbinder zu Batteriemodulen verschaltet sind. Die Batteriezellen können beispielsweise prismatische Lithium-Ionen-Zellen sein und in Zellverbunden in Form von Zellstapeln angeordnet sein. Solche Batteriezellen können betriebsbedingt und alterungsbedingt anschwellen bzw. sich ausdehnen. Um diese Ausdehnung bzw. Schwellung aufnehmen zu können, werden die Batteriezellen üblicherweise in massiven Zellmodulrahmen verbaut. Diese Zellmodulrahmen werden für ein Worst-Case-Szenario, also eine maximal mögliche Ausdehnung der Batteriezellen, ausgelegt und weisen daher ein hohes Gewicht auf, was wiederum eine elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs reduziert.
Um ein derart hohes Gewicht vermeiden zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Ausdehnung der Batteriezellen zu überwachen, indem beispielsweise ein Innendruck in den Zellgehäusen der Batteriezellen erfasst wird. Dazu können die Batteriezellen mit Sensoren, beispielsweise mit Temperatursensoren und Drucksensoren, ausgestattet sein und über Messleitungen mit einer zentralen Auswerteeinrichtung der Hochvoltbatterie gekoppelt sein. Dies erfordert jedoch einen hohen Materialaufwand und Verkabelungsaufwand. Zudem sind solche Sensoren teuer.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ausdehnung von Batteriezellen einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug besonders zuverlässig, kostengünstig und einfach erfassen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug weist zumindest ein Batteriemodul auf. Das zumindest eine Batteriemodul umfasst einen Zellstapel aus entlang einer Stapelrichtung aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen, wobei Zellgehäusewände von metallischen Zellgehäusen einer ersten und einer letzten Batteriezelle in dem Zellstapel zwei in Stapelrichtung einander gegenüberliegende Stirnseiten des Zellstapels ausbilden, und einen Zellmodulrahmen, in welchem der Zellstapel angeordnet ist und welcher zwei metallische, an den Stirnseiten des Zellstapels angeordnete Enddruckplatten aufweist. Das zumindest eine Batteriemodul umfasst außerdem zumindest einen Abstandshalter, welcher zwischen zumindest einer der Stirnseiten des Zellstapels und der jeweiligen Enddruckplatte angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, eine Zellatmung der Batteriezellen zu ermöglichen. Die Stirnseite und die Enddruckplatte sind über den dazwischen angeordneten, ein Dielektrikum ausbildenden Abstandshalter unter Ausbildung eines Plattenkondensators kapazitiv gekoppelt. Die Hochvoltbatterie umfasst außerdem eine Auswerteeinrichtung zum Erkennen einer Ausdehnung zumindest einer der Batteriezellen entlang der Stapelrichtung. Hierfür ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die den Abstandshalter entlang der Stapelrichtung komprimierende und eine Kapazität des Plattenkondensators verändernde Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle mittels Kapazitätsmessung zu erkennen.
Die Hochvoltbatterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Dazu kann die Hochvoltbatterie mehrere zusammengeschaltete Batteriemodule aufweisen. Jedes Batteriemodul weist insbesondere eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen auf. Die Batteriezellen sind prismatische Batteriezellen, welche jeweils ein flachquaderförmiges, metallisches Zellgehäuse aufweisen. Beispielsweise können die Zellgehäuse aus Aluminium gebildet sein. Jedes Zellgehäuse weist dabei Zellgehäusewände in Form von einem Zellgehäuseboden, einem Zellgehäusedeckel, einer Zellgehäusefrontwand, einer Zellgehäuserückwand sowie zwei Zellgehäuseseitenwänden auf. An dem Zellgehäusedeckel befinden sich üblicherweise Zellterminals, welche mit jeweils einer Elektrode eines galvanischen Elementes in einem Innenraum des Zellgehäuses verbunden sind. Über diese Zellterminals können die Batteriezellen miteinander verschaltet werden. Insbesondere sind die Zellgehäuse der Batteriezellen jeweils mit einer Elektrode ihres galvanischen Elementes verbunden, indem das mit der Elektrode elektrisch verbundene Zellterminal elektrisch mit dem Zellgehäusedeckel verbunden ist. Das jeweils andere Zellterminal ist insbesondere elektrisch von dem Zellgehäusedeckel isoliert.
Die prismatischen Batteriezellen werden entlang der Stapelrichtung gestapelt, indem die Zellgehäusefrontwand einer zweiten Batteriezelle an der Zellgehäuserückwand der ersten Batteriezelle angeordnet wird, usw. Dabei bildet die Zellgehäusefrontwand der ersten Batteriezelle in dem Zellstapel eine erste Stirnseite bzw. Frontseite des Zellstapels und die Zellgehäuserückwand der letzten Batteriezelle in dem Zellstapel bildet eine zweite Stirnseite bzw. Rückseite des Zellstapels. Aufgrund der metallischen Zellgehäuse der Batteriezellen sind die Stirnseiten des Zellstapels elektrisch leitfähige Platten.
Der Zellstapel wird in dem Zellmodulrahmen angeordnet, indem an der Frontseite des Zellstapels eine erste Enddruckplatte angeordnet wird und an der Rückseite des Zellstapels eine zweite Enddruckplatte angeordnet wird. Die Enddruckplatten sind ebenfalls metallisch und dadurch elektrisch leitfähig. Die Enddruckplatten werden insbesondere zusammengepresst, sodass die Batteriezellen aneinander gepresst werden. Dazu weist der Zellmodulrahmen insbesondere zwei entlang der Stapelrichtung an gegenüberliegenden Seitenbereichen des Zellstapels geführte Spannmittel auf, welche mit den Endruckplatten zum Zusammenpressen der Batteriezellen verbunden sind. Die Seitenbereiche des Zellstapels werden durch die Zellgehäuseseitenwände der Batteriezellen gebildet. Die Spannmittel können beispielsweise massive, metallische Zuganker sein. Der Zellmodulrahmen wird insbesondere mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden. Der mit der Karosserie verbundene Zellmodulrahmen ist dabei aus Sicherheitsgründen und funktional elektrisch von einem Potential der Batteriezellen isoliert. Dazu können die Batteriezellen beispielsweise zumindest bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein. Hierdurch kann erreicht werden, dass der Zellmodulrahmen und die davon elektrisch isolierten Zellgehäuse der Batteriezellen unterschiedliche Potentiale aufweisen.
Außerdem weist das zumindest eine Batteriemodul den zumindest einen Abstandshalter bzw. Spacer auf. Der Abstandshalter ist dabei zumindest zwischen einer Stirnseite des Zellstapels und der benachbarten Enddruckplatte angeordnet. Zusätzlich kann ein weiterer Abstandshalter zwischen der anderen Stirnseite des Zellstapels und der benachbarten Enddruckplatte angeordnet sein. Auch können weitere Abstandshalter zwischen den Batteriezellen angeordnet sein. Dazu kann jeweils ein Abstandshalter zwischen den einander zugwandten Zellgehäusefrontwänden und Zellgehäuserückwänden zweier benachbarter Zellgehäuse positioniert werden. Die Abstandshalter weisen ein elektrisch isolierendes Material auf, sodass sowohl die Zellgehäuse untereinander als auch die Zellgehäuse von dem Zellmodulrahmen elektrisch isoliert sind. Außerdem ermöglichen die Abstandshalter die Zellatmung bzw. Zellausdehnung der Batteriezellen im Betrieb der Hochvoltbatterie und sind dazu entlang der Stapelrichtung reversibel komprimierbar bzw. zusammendrückbar. Die Abstandshalter sind also als Kompressionsmatten ausgebildet.
Die elektrisch leitfähige Enddruckplatte des Zellmodulrahmens und die elektrisch leitfähige Stirnseite des Zellstapels bilden Kondensatorplatten des Plattenkondensators aus. Der aus einem elektrisch isolierenden Material gebildete Abstandshalter bildet das die Kondensatorplatten separierende Dielektrikum des Plattenkondensators aus. Die Enddruckplatte und die Stirnseite weisen dabei unterschiedliche Potentiale auf. Der Plattenkondensator weist aufgrund des komprimierbaren Abstandshalters einen variablen Plattenabstand und damit eine variable Kapazität auf. Der Plattenabstand verändert sich nämlich dann, wenn sich zumindest eine Batteriezelle in dem Zellstapel aufgrund eines, beispielsweise betriebsbedingten, alterungsbedingten oder fehlerbedingten, Innendruckanstiegs in dem Zellgehäuse der zumindest einen Batteriezelle ausdehnt und dadurch den Abstandshalter komprimiert. Diese Ausdehnung des Zellstapels resultiert in einer Änderung der Kapazität des Kondensators, was mittels der Auswerteeinrichtung der Hochvoltbatterie detektierbar ist.
Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise in ein Steuergerät der Hochvoltbatterie integriert sein. Die Auswerteeinrichtung kann zumindest zwei Verbindungsleitungen bzw. Kabel aufweisen, wobei ein erstes Kabel mit dem Zellmodulrahmen verbunden ist und ein zweites Kabel mit dem Zellgehäuse der an den Abstandshalter angrenzenden Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Die Kabel sind mit einer Auswerteelektronik der Auswerteschaltung verbunden, welche die Kapazität des Plattenkondensators messen kann. Aus einem aktuellen Wert der Kapazität kann die Auswerteeinrichtung, beispielsweise mit Hilfe einer vorbestimmten Umsetzungstabelle, die aktuelle Ausdehnung des Zellstapels bestimmen. In der Umsetzungstabelle können vorbestimmten Kapazitätswerten vorbestimmte Ausdehnungswerte zugeordnet sein. In Abhängigkeit von dem aktuell gemessenen Kapazitätswert kann dann aus der Umsetzungstabelle der zugehörige Ausdehnungswert ausgelesen werden.
Durch das Nutzen der ohnehin vorhandenen Komponenten in Form von dem Abstandshalter, dem Zellmodulrahmen und dem Zellstapels zur Erfassung der Ausdehnung bzw. Schwellung zumindest einer Batteriezelle in dem Zellstapel kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise, ohne zusätzlichen Materialaufwand, ein Batteriezellenschwellungssensor ausgebildet werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, dem Plattenkondensator ein Prüfsignal bereitzustellen, ein von der Kapazität des Kondensators abhängiges Reaktionssignal mit Reaktionen des Plattenkondensators auf das Prüfsignal zu empfangen, und anhand des Reaktionssignals die Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle zu erfassen. Beispielsweise wird das Prüfsignal, z.B. von der Auswerteelektronik über das erste Kabel, an den Plattenkondensator angelegt und über den Plattenkondensator übertragen, wobei der Abstandshalter in einem Übertragungspfad des Prüfsignals liegt. Die Reaktion des Plattenkondensators auf das Prüfsignal tritt als Signalantwort in dem Reaktionssignal auf, welches über das zweite Kabel wieder an die Auswerteelektronik übertragen wird, und ist abhängig von einer Kapazität des Plattenkondensators. Das Prüfsignal ist insbesondere ein Signal einer Übertragungsfunktionsanalyse und/oder einer Frequenzganganalyse. So kann beispielsweise als die Reaktion des Plattenkondensators eine ausdehnungsbedingte Verschiebung einer Resonanzfrequenz, eine ausdehnungsbedingte Änderung eines Dämpfungsverhaltens oder dergleichen von der Auswerteelektronik erfasst werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung Messkondensatoren aufweist, welche mit dem Plattenkondensator in einer Messbrücke angeordnet sind. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, die Kapazität des Plattenkondensators mittels der Messbrücke zu erkennen. Die Messbrücke ist eine Schaltung aus zwei parallelgeschalteten kapazitiven Spannungsteilern, wobei Kapazitäten der Messkondensatoren bekannt sind und der zu vermessende Plattenkondensator in einem der Spannungsteiler angeordnet ist. Der Messbrücke wird eine Gesamtspannung bereitgestellt, welche sich an den Messkondensatoren und dem Plattenkondensator aufteilt. Wenn das Verhältnis der Spannungsteilerkondensatoren gleich groß ist, ist die Messbrücke abgeglichen. Verändert sich die Kapazität des Plattenkondensators aufgrund der Ausdehnung zumindest einer Batteriezelle in dem Zellstapel, so ist die Messbrücke nicht mehr abgeglichen und es existiert ein Potentialunterschied zwischen den Spannungsteiler. Durch Erfassen dieses Potentialunterschiedes können von der Auswerteeinrichtung die Kapazität des Plattenkondensators und damit die Ausdehnung des Zellstapels erfasst werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, anhand eines Wertes der Kapazität im Vergleich zu einem vorbestimmten Anfangswert und/oder anhand einer Geschwindigkeit der Kapazitätsänderung eine Ursache für die Ausdehnung zu klassifizieren. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die Ursache als eine betriebsbedingte Ausdehnung oder als eine alterungsbedingte Ausdehnung oder als eine fehlerbedingte Ausdehnung zu klassifizieren. Die Auswerteeinrichtung kann also eine betriebsbedingte Ausdehnung, beispielsweise bei einem Schnellladevorgang der Hochvoltbatterie, eine alterungsbedingten Ausdehnung, beispielsweise über die Lebensdauer der Batteriezellen, und eine fehlerbedingte Ausdehnung, beispielsweise durch einen zu einer Notentgasung führenden zellinternen Kurzschluss zumindest einer der Batteriezellen, voneinander unterscheiden. So ist die Geschwindigkeit bei der betriebsbedingten Ausdehnung beispielsweise geringer als die Geschwindigkeit bei der fehlerbedingten Ausdehnung. Wenn die Geschwindigkeit also einen ersten Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet, kann die betriebsbedingte Ausdehnung erkannt werden, und wenn die Geschwindigkeit den ersten Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet, kann die fehlerbedingte Ausdehnung erkannt werden. Die alterungsbedingte Ausdehnung wird insbesondere anhand des Wertes der Kapazität im Vergleich zu dem vorbestimmten Anfangswert bestimmt. Auch ist die Geschwindigkeit der alterungsbedingten Ausdehnung deutlich kleiner als die Geschwindigkeit der betriebsbedingten Ausdehnung. Wenn also die Geschwindigkeit einen im Vergleich zum ersten Geschwindigkeitsschwellwert kleineren zweiten Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet, kann die alterungsbedingte Ausdehnung erkannt werden, und wenn die Geschwindigkeit den zweiten Geschwindigkeitsschwellwert überschreitet und den ersten Geschwindigkeitsschwellwert unterschreitet, kann die betriebsbedingte Ausdehnung erkannt werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, bei Erfassen einer einen vorbestimmten Grenzwert überschreitenden Ausdehnung ein Signal für Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs zu generieren. Das Signal kann beispielsweise spezifisch für die erkannte Ausdehnung generiert werden. Beispielsweise kann das Signal bei Erkennung einer alterungsbedingten Ausdehnung ein Informationssignal sein und bei Erkennung einer fehlerbedingten Ausdehnung ein Alarmsignal sein. Durch das Alarmsignal können die Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs beispielsweise angewiesen werden, das Kraftfahrzeug abzustellen und zu verlassen.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie aufweist. Der Zellmodulrahmen des zumindest einen Batteriemoduls ist insbesondere elektrisch mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Perspektivansicht eines Batteriemoduls einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie; und
2 eine schematische Seitenschnittansicht des Batteriemoduls mit einer Auswerteeinrichtung der Hochvoltbatterie.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Batteriemodul 1 einer Hochvoltbatterie 2 (siehe 2). Die Hochvoltbatterie 2 kann beispielsweise als Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Das Batteriemodul 1 weist einen Zellstapel 3 mit einer Vielzahl von in einer Stapelrichtung S aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen 4 auf. Die Batteriezellen 4 weisen ein Zellgehäuse 5 aus metallischen Zellgehäusewänden 6 auf. Die Zellgehäuse 5 sind beispielsweise mit jeweils einem der Zellterminals T1, T2 der Batteriezellen 4 elektrisch verbunden, welche wiederum mit Elektroden eines galvanischen Elementes der Batteriezellen 4 elektrisch verbunden sind. Die Zellgehäuse 5 weisen hier somit ein festes erstes Potential auf. Die Zellgehäusewand 6 einer ersten Batteriezelle 4 in dem Zellstapel 3 bildet eine erste Stirnseite 7 des Zellstapels 3. Die Zellgehäusewand 6 einer hier nicht gezeigten letzten Batteriezelle 4 in dem Zellstapel 3 bildet eine der ersten Stirnseite 7 in Stapelrichtung gegenüberliegende zweite Stirnseite des Zellstapels 3 aus.
Der Zellstapel 3 ist in einem Zellmodulrahmen 8 bzw. Zellmodulgehäuse angeordnet. Der Zellmodulrahmen 8 umfasst hier zwei einander in Stapelrichtung S gegenüberliegende metallische Enddruckplatten 9, zwei Seitenplatten 10 und eine Bodenplatte 11. Der Zellmodulrahmen 8 kann beispielsweise mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs, welches ein Bezugspotential ausbildet, verbunden. Die metallischen Zellgehäuse 5 der Batteriezellen 4 sind elektrisch von dem Zellmodulrahmen 8 isoliert. Der Zellmodulrahmen 8 weist somit ein von dem ersten Potential unterschiedliches zweites Potential auf.
Zumindest zwischen der ersten Stirnseite 7 und der Endruckplatte 9 ist ein Abstandshalter 12 angeordnet. Weitere Abstandshalter 12 sind hier auch zwischen den einzelnen Batteriezellen 4 angeordnet. Die Abstandshalter 12 ermöglichen eine Zellatmung der Batteriezellen 4 entlang der Stapelrichtung S. Die Abstandshalter 12 sind als Kompressionsmatten aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet. Die Enddruckpatte 9 und die erste Stirnseite 7 sind über den dazwischen liegenden Abstandshalter 12 kapazitiv gekoppelt und bilden somit einen Plattenkondensator 13 aus. Dieser Plattenkondensator 13 weist aufgrund des kompressiblen Abstandshalters 12 einen variablen Plattenabstand und damit eine variable Kapazität auf. Wenn sich also zumindest eine Batteriezelle 4 in dem Zellstapel 3 aufgrund eines Innendruckanstiegs in dem Zellgehäuse 5 ausdehnt, so dehnt sich der gesamte Zellstapel 3 aus und komprimiert den Abstandshalter 12 zwischen der Stirnseite 7 und der Enddruckplatte 9.
Eine Auswerteeinrichtung 14 kann die aktuelle Kapazität und/oder die aktuelle Kapazitätsänderung des Plattenkondensators 13 erfassen und anhand der aktuellen Kapazität und/oder der aktuellen Kapazitätsänderung die Ausdehnung zumindest einer der Batteriezellen 4, welche in einer Kompression des Abstandshalters 12 resultiert, erkennen. Dazu kann die Auswerteeinrichtung 14 zwei Kabeln 15 aufweisen, welche mit einer Auswerteelektronik 16 des Auswerteeinrichtung 14 verbunden sind.
Der Innendruckanstieg und damit die Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle 4 können beispielsweise alterungsbedingt, betriebsbedingt und/oder fehlerbedingt sein. Der betriebsbedingte Innendruckanstieg kann beispielsweise während eines Schnellladevorgangs der Batteriezellen 4 auftreten. Wenn der betriebsbedingte Innendruckanstieg von der Auswerteeinrichtung 14 erkannt wurde, kann beispielsweise die Ladeleistung während des Schnellladens angepasst werden, um eine Zerstörung der Batteriezellen 4 zu verhindern. Der fehlerbedingte Innendruckanstieg kann beispielsweise durch den zellinternen Kurzschluss einer Batteriezelle 4 verursacht werden, welcher ein thermisches Ereignis oder gar einen Brand der gesamten Hochvoltbatterie 2 verursachen kann. Wenn der fehlerbedingte Innendruckanstieg von der Auswerteeinrichtung 14 erkannt wurde, kann beispielsweise ein Alarmsignal an Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs generiert und ausgegeben werden.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
2: Hochvoltbatterie
3: Zellstapel
4: Batteriezelle
5: Zellgehäuse
6: Zellgehäusewände
7: Stirnseite
8: Zellmodulrahmen
9: Enddruckplatten
10: Seitenplatten
11: Bodenplatte
12: Abstandshalter
13: Plattenkondensator
14: Auswerteeinrichtung
15: Kabel
16: Auswerteelektronik
S: Stapelrichtung
T1,T2: Zellterminals

Claims

Hochvoltbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug mit - zumindest einem Batteriemodul (1) aufweisend • einen Zellstapel (3) aus entlang einer Stapelrichtung (S) aneinander gestapelten prismatischen Batteriezellen (4), wobei Zellgehäusewände (6) von metallischen Zellgehäusen (5) einer ersten und einer letzten Batteriezelle (5) in dem Zellstapel (3) zwei in Stapelrichtung (S) einander gegenüberliegende Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) ausbilden, • einen Zellmodulrahmen (8), in welchem der Zellstapel (3) angeordnet ist und welcher zwei metallische, an den Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) angeordnete Enddruckplatten (9) aufweist, und • zumindest einen elektrisch isolierenden Abstandshalter (12) zum Ermöglichen einer Zellatmung der Batteriezellen (4), welcher zwischen zumindest einer der Stirnseiten (7) des Zellstapels (3) und der jeweiligen Enddruckplatte (9) angeordnet ist und dabei die Stirnseite (7) und die Enddruckplatte (9) unter Ausbildung eines Plattenkondensators (13) kapazitiv koppelt, und - eine Auswerteeinrichtung (14) zum Erkennen einer Ausdehnung zumindest einer der Batteriezellen (4) entlang der Stapelrichtung (S), welche dazu ausgelegt ist, die den Abstandshalter (12) entlang der Stapelrichtung (S) komprimierende und eine Kapazität des Plattenkondensators (13) verändernde Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle (4) mittels Kapazitätsmessung zu erkennen.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellmodulrahmen (8) im elektrisch verbundenen Zustand mit einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ein Bezugspotential aufweist und die Zellgehäuse (5) der Batteriezellen (4) jeweils mit einer Elektrode eines galvanischen Elementes der Batteriezellen (4) verbunden sind, sodass der Zellmodulrahmen (8) und die davon elektrisch isolierten Zellgehäuse (5) der Batteriezellen (4) zum Ausbilden der kapazitiven Kopplung unterschiedliche Potentiale aufweisen.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, dem Plattenkondensator (13) ein Prüfsignal bereitzustellen, ein von der Kapazität des Plattenkondensators (13) abhängiges Reaktionssignal mit Reaktionen des Plattenkondensators (13) auf das Prüfsignal zu empfangen, und anhand des Reaktionssignals die Ausdehnung der zumindest einen Batteriezelle (4) zu erkennen.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) Messkondensatoren aufweist, welche mit dem Plattenkondensator (13) in einer Messbrücke angeordnet sind, und dazu ausgelegt ist, die Kapazität des Plattenkondensators (13) mittels der Messbrücke zu bestimmen.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, anhand eines Wertes der Kapazität im Vergleich zu einem vorbestimmten Anfangswert und/oder anhand einer Geschwindigkeit der Kapazitätsänderung eine Ursache für die Ausdehnung zu klassifizieren.
Hochvoltbatterie (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, die Ursache als eine betriebsbedingte Ausdehnung, eine alterungsbedingte Ausdehnung oder eine fehlerbedingte Ausdehnung zu klassifizieren.
Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (14) dazu ausgelegt ist, bei Erfassen einer einen vorbestimmten Grenzwert überschreitenden Ausdehnung ein Signal für Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs zu generieren.
Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.