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Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein solches elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Batterie (Traktions-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Batterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Batterie zwischenspeichert.
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Eine solche Batterie weist insbesondere ein Batteriegehäuse auf, in welchem eine Anzahl an elektrischen oder elektronischen Batteriekomponenten aufgenommen ist. Beispielsweise ist die elektrische oder elektronische Batteriekomponente eine Batteriezelle, ein Sensor, eine Sensorleitung, eine Platine oder ein Steuergerät.
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Eine solche (Traktions-)Batterie weist vorzugsweise eine vergleichsweise hohe Energiedichte auf, so dass eine entsprechend hohe Reichweite für einen Nutzer des Kraftfahrzeugs realisiert ist. Jedoch kann bei solch hohen Energiedichten der Batterie bzw. der Batteriezellen, beispielsweise aufgrund eines internen Kurzschlusses oder eines Überladens der Batteriezelle eine sich selbst verstärkende Kettenreaktion stattfinden, welche als thermisches Durchgehen (engl.: thermal runaway) bezeichnet wird. Beim thermischen Durchgehen wird zum einen eine entsprechend hohe Wärmeenergie freigesetzt, zum anderen entsteht hierbei in der Energiespeicherzelle zusätzlich ein Gas, insbesondere aufgrund einer Zersetzung des Elektrolyts, wodurch in der Batteriezelle ein hoher Innendruck entsteht.
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Aufgrund dessen kann sich die Batteriezelle verformen, brennen oder sogar explodieren.
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Weitere Brandursachen für einen Brand in der Batterie, also innerhalb dessen Batteriegehäuses, sind insbesondere ein elektrischer Funken oder ein Lichtbogen, welcher Funken oder welcher Lichtbogen beispielsweise aufgrund einer fehlerhaften Isolierung der Batteriekomponente oder durch einen Kurzschluss entsteht.
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Es ist bekannt, Spannungs- oder Stromsensoren für die Batteriekomponenten vorzusehen, anhand welcher eine Fehlfunktion der Batteriekomponente erfasst wird. Weiterhin werden beispielsweise Temperatursensoren in das Batteriegehäuse eingebracht, um ein thermisches Durchgehen möglichst schnell zu erfassen.
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Nachteilig ist ein Brand im Batteriegehäuse mittels eines solchen Spannungs- oder Stromsensors nicht zuverlässig, und mittels eines Temperatursensors erst nach einer vergleichsweise langen Zeitdauer nach entstehen der Brandursache erkennbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Batterie anzugeben, bei welcher ein Brand und/oder eine Brandgefahr möglichst schnell erkannt werden. Zudem soll ein Verfahren zum Erkennen von Licht innerhalb des Batteriegehäuses einer solchen Batterie sowie ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie angegeben werden.
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Bezüglich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 und bezüglich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Batterie sinngemäß auch für das Verfahren sowie für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Die Batterie weist ein Batteriegehäuse auf. Dieses ist zweckmäßigerweise lichtdicht, also lichtundurchlässig, so dass kein Licht von (gehäuseaußen) außen in einen mittels des Batteriegehäuses gebildeten Gehäuseinnenraum eindringt. Weiterhin weist die Batterie einen Lichtsensor auf, welcher im Batteriegehäuse, also im Gehäuseinnenraum, aufgenommen ist. Der Lichtsensor ist dabei derart positioniert, dass eine im Batteriegehäuse aufgenommene elektrische oder elektronische Batteriekomponente im Erfassungsbereich (Überwachungsbereich) des Lichtsensors angeordnet ist.
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Mit anderen Worten ist die Batteriekomponente zumindest teilweise in einem Raumbereich angeordnet, von welchem Licht auf eine lichtsensitive Fläche des Lichtsensors auftreffen kann. Der Lichtsensor ist also im Bereich der Batteriekomponente angeordnet, so dass gegebenenfalls das von der Batteriekomponente ausgesendetes Licht vom Lichtsensor erfasst wird. Zusammenfassend wird die Batteriekomponente vom Lichtsensor überwacht.
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Die Batterie ist insbesondere als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Weiterhin ist die Batterie insbesondere eine Traktions-Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Also stellt die Batterie elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereit.
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Die elektrische oder elektronische Batteriekomponente ist beispielsweise eine Batteriezelle, eine Platine, ein Steuergerät, ein Sensor, insbesondere ein Strom- oder Spannungssensor, oder eine Sensorleitung.
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Beispielsweise sind für die Batteriekomponente weitere Lichtsensoren vorgesehen, wobei die Lichtsensoren unterschiedliche Abschnitte oder Bereiche der Batteriekomponente überwachen, und/oder wobei die Lichtsensoren die Batteriekomponente aus unterschiedlichen Winkeln überwachen. Vorzugsweise sind im Batteriegehäuse angeordnete weitere Batteriekomponenten in analoger Weise ebenfalls jeweils anhand eines Lichtsensors oder anhand mehrerer Lichtsensoren überwacht.
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Der Lichtsensor dient dabei zur Erfassung von im Batteriegehäuse erzeugtem Licht, welches bei einem Fehler oder bei einem Fehlverhalten der Batteriekomponente ausgesendet wird.
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Im Batteriegehäuse, bei dem im Normalbetrieb kein Licht in das Batteriegehäuse eindringt, entsteht Licht lediglich bei einer Fehlfunktion, beispielsweise bei einem Kurzschluss der elektrischen oder elektronischen Batteriekomponente oder bei einem thermischen Durchgehen der als Batteriezelle ausgebildeten Batteriekomponente. Ein solches Licht ist insbesondere durch einen Funken, einen Lichtbogen, oder einen Brand (Feuer) hervorgerufen. Erfasst der Lichtsensor Licht, so wird beispielsweis ein Brand oder zumindest ein Brandgefahr erkannt. Bei Erkennen einer solchen Brandgefahr oder eines Brandes werden beispielsweise Maßnahmen ergriffen, welche der Sicherheit der Benutzers des Kraftfahrzeugs dienen und/oder mittels welchen eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs vermieden oder zumindest verzögert wird. Beispielsweise werden dem Benutzer ein optisches und/oder ein akustisches Warnsignal ausgegeben. Weiterhin wird beispielsweise die Batterie vom Hochvoltnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere vom Elektromotor (elektrisch) getrennt.
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Ein solches Licht kann dabei eine vergleichsweise lange Zeitdauer vor einem Temperaturanstieg ausgesendet werden, so dass eine Brandgefahr vom Lichtsensor im Vergleich zu einem Temperatursensor schneller erkannt wird. Zusammenfassend ist vorteilhafterweise mittels des Lichtsensors ein zuverlässiges und vergleichsweise schnelles Erkennen eines Brandes oder einer Brandgefahr ermöglicht.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der Lichtsensor als eine Photodiode (Fotodiode) oder eine Fotozelle ausgebildet. Alternativ weist der Lichtsensor eine Photodiode bzw. eine Fotozelle auf. Beispielsweise weist der Lichtsensor eine Anzahl an Photodioden oder Fotozellen auf. Vorteilhafterweise können mit einem Lichtsensor, der eine Photodiode oder eine Fotozelle aufweist oder als solche ausgebildet ist, auch Licht mit einer vergleichsweise niedrigen Lichtintensität, wie beispielsweise bei einem Funken, erfasst werden. Die Lichtintensität wird im Folgenden kurz auch als Intensität bezeichnet.
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Geeigneter Weise weist die, insbesondere als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildete, Batterie eine Anzahl Batteriezellen auf, welche miteinander in Serie und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Beispielsweise ist dabei eine Teilanzahl der Batteriezellen zu jeweils einem Zellmodul zusammengefasst. Dabei sind die Batteriezellen des jeweiligen Zellmoduls in einem in das Batteriegehäuse eingebrachten Zellmodulgehäuse aufgenommen. Der Lichtsensor ist dann in zweckmäßiger Ausgestaltung im Zellmodulgehäuse im Bereich der von diesem zu überwachenden Batteriezelle angeordnet. Auf diese Weise ist auch eine in Zellmodulgehäuse angeordnete Batteriezelle überwacht. Dabei sind beispielsweise mehrere der Batteriezellen im Erfassungsbereich des Lichtsensors angeordnet, so dass eine effiziente Überwachung des Zellmoduls realisiert ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist dem Lichtsensor eine, zweckmäßigerweise als LED (light emitting diode) oder als ein Laser ausgebildete, Lichtquelle zugeordnet. Die Lichtquelle ist dabei im Batteriegehäuse derart angeordnet und orientiert, dass von dieser ausgesandtes Licht lediglich aufgrund einer Streuung an Rauchpartikeln vom Lichtsensor erfasst wird. Die Rauchpartikel entstehen dabei insbesondere aufgrund des Brandes, des Kurzschlusses oder durch den Lichtbogen. Hierbei ist zweckmäßigerweise das von der Lichtquelle ausgesandte Licht nicht direkt auf die lichtsensitive Fläche des Lichtsensors gerichtet. Beispielsweise ist die lichtsensitive Fläche zur einer Ausbreitungsrichtung des Lichtes der Lichtquelle (ohne Streuung an den Rauchpartikeln) gedreht und beabstandet zum entsprechenden Lichtstrahl angeordnet.
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Der Lichtsensor und die Lichtquelle wirken zusammen nach Art eines Rauchmelders. Der Brand oder die Brandgefahr kann somit sowohl anhand des Lichtes, welches von der Batteriekomponente im Fehlerfall ausgesandt wird, also auch anhand von Licht erkannt werden, welches von der Lichtquelle ausgesandt und an Rauchpartikeln gestreut wird.
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Es erfolgt somit eine redundante Erkennung des Brandes oder der Brandgefahr, weshalb eine Sicherheit für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Sofern die vom Lichtsensor zu überwachende Batteriekomponente eine Platine ist, ist der Lichtsensor gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung auf dieser Platine angeordnet und insbesondere mit dieser verschaltet. Somit sind ein Bauraum und gegebenenfalls ein Verschaltungsaufwand vorteilhaft reduziert.
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Gemäß einem Verfahren zum Erkennen von Licht innerhalb des Batteriegehäuse einer Batterie, welche gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist, wird Licht vom Lichtsensor erfasst und ein entsprechendes Sensorsignal vom Lichtsensor ausgegeben. Zweckmäßigerweise erfolgt die Ausgabe des Sensorsignals an eine Auswerteeinheit oder an eine Steuereinheit wie beispielswiese das sogenannte Batterie-Management-System.
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Das Sensorsignal ist beispielsweise als ein Strom oder als eine Spannung oder eine Spannungsänderung ausgebildet oder umfasst einen bzw. eine Solche.
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Das Licht wird dabei von der Batteriekomponente in Folge einer Fehlfunktion, aufgrund welcher ein (Licht-)Funke, ein Lichtbogen und/oder ein Brand (ein Feuer) erzeugt wird, ausgesendet. Alternativ oder zusätzlich ist das Licht das von der Lichtquelle ausgesandte und an Rauchpartikein gestreute Licht.
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Darauf folgend wird das Sensorsignal hinsichtlich einer Ursache, also dem Grund des Lichts, insbesondere ein Funke, ein Lichtbogen oder ein Feuer, und zusätzlich oder alternativ hinsichtlich der Quelle, also von welcher Batteriekomponente das Licht ausgesendet wurde, ausgewertet. Anhand der Auswertung wird dann eine Brandgefahr oder ein Brand ermittelt. Insbesondere wird bei Erfassen von Licht eine Brandgefahr geschlossen, wobei die Größe der Gefahr von der ermittelten Ursache und/oder Quelle abhängig ist.
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Bei Erkennen einer solchen Brandgefahr oder eines Brandes werden beispielsweise die oben beschriebenen Maßnahmen ergriffen, welche der Sicherheit der Benutzers des Kraftfahrzeugs dienen und/oder mittels welchen eine Beschädigung des Kraftfahrzeugs vermieden oder zumindest verzögert wird. Insbesondere wird dem Benutzer des Kraftfahrzeugs ein Warnsignal ausgegeben und beispielsweise die Batterie vom Hochvoltnetz des Kraftfahrzeugs, insbesondere vom Elektromotor, (elektrisch) getrennt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird zur Auswertung des Sensorsignals der zeitliche Verlauf des Sensorsignals herangezogen. Anhand des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals wird der zeitliche Verlauf der Lichtintensität des vom Lichtsensor erfassten Lichtes ermittelt. Insbesondere wird anhand des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals bzw. anhand des daraus ermittelten zeitlichen Verlaufs der Lichtintensität ein Maximalbetrag der Lichtintensität bzw. des Sensorsignals sowie eine Zeitdauer, während der das Licht erfasst wird, bestimmt. Zusammenfassend wird anhand des zeitlichen Verlaufs die Ursache des Lichts ermittelt. Weiterhin werden beispielsweise typische zeitliche Verläufe erkannt und einer Ursache des Lichts zugeordnet. Beispielsweise weist ein Funke eine vergleichsweise kurze Zeitdauer und einen Peak-artigen Verlauf auf, ein Feuer weist eine zeitlich vergleichsweise lange anhaltende und währenddessen vergleichsweise hohe Lichtintensität auf. Mittels des Maximalbetrags, der Zeitdauer und/oder des typischen Verlaufs sind somit Ursachen des Lichts unterscheidbar und folglich ermittelbar. Entsprechend der ermittelten Ursache werden dann beispielsweise unterschiedliche Maßnahmen ergriffen. Beispielsweise wird eine Leistung des Elektromotors des Kraftfahrzeugs reduziert oder der Elektromotor elektrisch von der Batterie getrennt oder lediglich eine Warnung an den Benutzer des Kraftfahrzeugs ausgegeben.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Auswertung des Sensorsignals zusätzlich oder alternativ zum zeitlichen Verlauf des Sensorsignals eine spektrale Zusammensetzung des Lichts herangezogen. Zur Bestimmung oder zumindest zur Abschätzung der spektralen Zusammensetzung wird beispielsweise ein Lichtsensor mit mehreren Photodioden verwendet, welche jeweils mit einem unterschiedlichen Farbfilter versehen sind. Die spektrale Zusammensetzung wird dann anhand der Lichtintensitäten des von der jeweiligen, mit dem Farbfilter versehenen, Photodiode erfassten Lichts ermittelt.
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Alternativ weisen die mehreren Photodioden zueinander unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten auf. Insbesondere sind die Photodioden hierzu mittels unterschiedlicher Materialien gebildet oder die sensitiven Flächen der Photodioden weisen zueinander unterschiedliche Dicken auf. Anhand der unterschiedlichen gemessenen Lichtintensitäten des von der Batteriekomponente ausgesandten und von den Photodioden erfassten Lichts wird dann die spektrale Zusammensetzung ermittelt.
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Mittels der ermittelten, also der bestimmten oder zumindest abgeschätzten, spektralen Zusammensetzung ist es ermöglicht, Ursachen wie einen Funken oder einen Lichtbogen oder ein Feuer und/oder Quellen des Lichts, beispielsweise eine Batteriezelle oder ein Sensorkabel zu unterscheiden. Ebenfalls ist es ermöglich Licht anderen Lichtquellen, insbesondere durch eine undichte Stelle des Batteriegehäuses in den Gehäuseinnenraum eindringendes Licht von einem Brand oder einer Brandgefahr aufgrund eines Funkens oder aufgrund eines Lichtbogens zu unterscheiden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung werden zur Auswertung des Sensorsignals die Position des Lichtsensors, also deren Einbauort und/oder eine Zuordnung des Lichtsensors zur Batteriekomponente herangezogen wird.
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Auf diese Weise kann dem Brand eine Quelle zugeordnet werden. Ist die Quelle des Brandes beispielsweise eine Batteriezelle, können bei einem Brandes aufgrund eines thermischen Durchgehens, wie eingangs beschrieben, eine Gasbildung erfolgen und/oder eine Explosionsgefahr entstehen. Ein Benutzer des Fahrzeugs kann entsprechend gewarnt und/oder entsprechende Maßnahmen, wie beispielsweise das Trennen der Batterie vom Hochvoltnetz oder das Aktivieren eines Löschsystems für einen Brand der Batterie, eingeleitet werden.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu können zur Auswertung des Sensorsignals Daten weiterer Sensoren, beispielsweise eines Strom- oder eines Spannungssensors, herangezogen werden. Diese werden beispielsweise für eine Plausibilitätsprüfung des vom Lichtsensor ausgegebenen Sensorsignals hinsichtlich der Ursache und oder einer Brandgefahr verwendet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Batterie auf, welche nach einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Insbesondere weist die Batterie also einen Lichtsensor auf, der in deren Batteriegehäuse aufgenommen ist, wobei der der Lichtsensor derart positioniert ist, dass eine elektrische oder elektronische Batteriekomponente im Erfassungsbereich des Lichtsensors angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Batterie eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, welche dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Hierzu versorgt die (Traktions-)Batterie einen Elektromotor mit elektrischer Energie.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Batterie, in deren Batteriegehäuse ein Lichtsensor aufgenommen ist, wobei der Lichtsensor auf einer als Platine eines Zellmoduls ausgebildeten elektrischen oder elektronischen Batteriekomponente angeordnet ist, und wobei die Platine vom Lichtsensor hinsichtlich eines Aussendens von Licht überwacht wird,
- 2 einen Querschnitt der Batterie des Kraftfahrzeugs, wobei in das Batteriegehäuse eine Anzahl an Zellmodulen mit darin aufgenommenen Batteriezellen eingebracht sind, wobei in den Zellmodulgehäuse der Zellmodule jeweils ein Lichtsensor mit mehreren Photodioden positioniert ist, und
- 3 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zum Erkennen von Licht innerhalb des Batteriegehäuses, bei dem Licht vom Lichtsensor erfasst wird, und bei dem ein entsprechendes Sensorsignal hinsichtlich einer Ursache und einer Quelle des Lichts ausgewertet wird.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 dargestellt, welches eine (Traktions-) Batterie 4 mit einem Batteriegehäuse 6 aufweist. In das Batteriegehäuse 6 ist dabei eine Anzahl an Zellmodulen 8 eingebracht, von denen zum Zwecke einer besseren Übersicht lediglich zwei dargestellt sind. So sind beispielsweise zwei Zellmodule 8 in Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) und mehrere Zellmodule 8 in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) nebeneinander im Batteriegehäuse 6 angeordnet. Die Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und die Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) sind in einem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit X bzw. Y bezeichnet.
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In Zellmodulgehäusen 10 der Zellmodule 8 sind wiederum jeweils eine Anzahl an Batteriezellen 12 aufgenommen ist, vgl. 2, von denen lediglich drei Batteriezellen 12 je Zellmodul 12 dargestellt sind. Die Zellmodule 8 und die Batteriezellen 12 sind dabei mittels deren Terminals 14 in Serie und/ oder parallel zueinander verschaltet, was schematisch in den 1 und 2 dargestellt ist. Die miteinander verschalteten Zellmodule 8 sind weiterhin mit Batterieanschlüssen 16 der Batterie 4 elektrisch verbunden. An den Batterieanschlüssen 16 ist ein Verbraucher 18, insbesondere ein Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2, angeschlossen. Zusammenfassend versorgt die Batterie 4 den Verbraucher 18 mit elektrischer Energie. Dabei sind in die Strompfade 20 zwischen den Zellmodulen 8 und den Batterieanschlüssen 16 jeweils ein, insbesondere also Halbleiterschalter ausgebildeter, Schalter 22 geschaltet, mittels welchem die Zellmodule 8 elektrisch von den Batterieanschlüssen 16 getrennt oder ein von der Batterie 4 an den Batterieanschlüssen 16 bereitgestellter Strom eingestellt werden kann. Die beiden Schalter 22 sind dabei an deren Steuereingängen mit einer Steuereinheit 23 verbunden.
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Auf den Zellmodulgehäusen 10 ist bezüglich einer Fahrzeughochrichtung Z über einem Modulgehäusedeckel 24 des Zellmodulgehäuses 10 jeweils eine Platine 26 angeordnet. Also ist die Platine 26 außerhalb des Zellmodulgehäuses 10 und innerhalb des Batteriegehäuses 6 zwischen einem Batteriegehäusedeckel 28 und dem Modulgehäusedeckel 24 angeordnet. Dabei ist ein Lichtsensor 30a auf jeder der Platinen 26 angeordnet und mit dieser verschaltet. Die Lichtsensoren 30a sind derart positioniert, dass die jeweilige Platine 26 in einem Erfassungsbereich 32 desjenigen Lichtsensors 30 angeordnet ist, welcher auf dieser Platine 26 positioniert ist. Der Erfassungsbereich ist dabei strichpunktiert dargestellt und mit dem Bezugszeichen 32 versehen.
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Weiterhin ist jedem der Lichtsensoren 30a jeweils eine als LED oder als Laser ausgebildete Lichtquelle 34 zugeordnet, die im Bereich der jeweiligen Platine 26 angeordnet ist. Dabei ist die Lichtquelle 34 derart positioniert und orientiert, dass von dieser ausgehendes Licht im Normalbetrieb der Batterie 4 nicht auf den Lichtsensor 30a trifft. Dies ist mittels eines Lichtstrahls 36 repräsentiert. Sofern aufgrund einer Fehlfunktion der Platine 26 oder einer der Batteriezellen 12 Rauch entsteht und in den Bereich des Lichtstrahls 36 einströmt, wird der das von der Lichtquelle 34 ausgesendete Licht gestreut und trifft auf den Lichtsensor 30a, was anhand eines strichliniert dargestellten Lichtstrahls 36` gezeigt ist.
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In der 2 ist die Batterie 4 des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 2 gezeigt, wobei die Schnittebene senkrecht zur Fahrzeuglängsrichtung X und durch die auf der Platine 26 angeordneten Lichtsensoren 30a verläuft.
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Die Batteriezellen 12 der Zellmodule 8 sind miteinander verschaltet, wobei in den zwischen den Terminals 14 der Batteriezellen verlaufenden Strompfad ein Strom- oder Spannungssensor 38 geschaltet ist. Der Strom- oder Spannungssensor 38 ist dabei mittels einer Sensorleitung 40 mit der dem Zellmodul 8 zugeordneten Platine 26 verbunden. Im Zellmodulgehäuse 10 ist dabei ein Lichtsensor 30b angeordnet, welcher derart positioniert ist, dass sowohl der Strom- oder Spannungssensor 38 als auch die Sensorleitung 40 in dessen Erfassungsbereich 32 angeordnet ist.
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Im Zellmodulgehäuse 10 ist des Weiteren ein Lichtsensor 30c mit drei Photodioden 42 aufgenommen. Jede der Photodioden 42 ist mit einem Farbfilter 44 versehen, wobei eine der Batteriezellen in den Erfassungsbereichen 32 der drei Photodioden 42 angeordnet ist, und wobei die Farbfilter 44 Licht unterschiedlicher Wellenlängen selektieren (durchlassen). Dabei sind lediglich zwei der Erfassungsbereiche 32 zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit gezeigt. Mit anderen Worten ist diese Batteriezelle 12 von einem Lichtsensor 30c mit drei Photodioden 42 hinsichtlich eines Aussendens von Licht überwacht, wobei der Lichtsensor 30c im Bereich dieser Batteriezelle 12 angeordnet ist.
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Die Lichtsensoren 30a, 30b und 30c sind mittels der jeweiligen Platine 26 mit der Steuereinheit 23 verbunden, so dass ein vom Lichtsensor 30a, 30b bzw. 30c ausgegebenes Sensorsignal S von der Steuereinheit 23 auswertbar ist. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Auswertung werden die Schalter 22 von der Steuereinheit 23 stromsperrend, stromleitend oder in eine Zwischenstellung geschaltet. Weiterhin ist die Steuereinheit 23 mit einer nicht weiter dargestellten optischen Anzeige und einem nicht weiter dargestellten Lautsprecher verbunden, mittels welchem ein optisches bzw. akustisches Warnsignal an einen Benutzer des Kraftfahrzeugs 2 ausgegeben werden kann.
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Die Lichtsensoren 30a und 30b sind dabei jeweils als eine Photodiode ausgebildet. Der Lichtsensor 30c weist die drei Photodioden auf, deren jeder mit einem Farbfilter versehen ist. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative sind Lichtsensoren 30a und 30b mittels jeweils einer Photozelle gebildet und der Lichtsensor 30c weist drei mit jeweils einem Farbfilter versehene Photozellen auf.
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Die Batteriezellen 12, die Strom oder Spannungssensoren 38, die Sensorleitung 40 sowie die Platine 26 sind elektrische oder elektronische Batteriekomponenten, welche zusammenfassend mit dem Bezugszeichen 41 versehen sind. Die Batteriekomponenten 41 sind im Batteriegehäuse 6 aufgenommen, wobei diese im Erfassungsbereich 32 des jeweils zugeordneten Lichtsensors 30 angeordnet sind.
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Im Folgenden werden die Lichtsensoren 30a, 30b und 30c zusammenfassend als Lichtsensoren 30 bezeichnet.
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Das in der 3 dargestellte Flussdiagramm repräsentiert ein Verfahren zum Erkennen von Licht im Batteriegehäuse 6 einer Batterie 4, welche gemäß der 1 oder 2 ausgebildet ist.
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Dabei wird in einem ersten Schritt I von einer elektrischen oder elektronischen Batteriekomponente 41 Licht ausgesendet. Dieses Licht entsteht dabei aufgrund einer Fehlfunktion der Batteriekomponente 41, wobei ein Funke, ein Lichtbogen oder ein Brand (Feuer) entsteht.
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Alternativ oder zusätzlich wird Licht, welches von der Lichtquelle 34 ausgesendet wird, an aufgrund der Fehlfunktion entstehendem Rauch gestreut, dass das das gestreute Licht auf den Lichtsensor 30 trifft.
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Das Licht wird in einem zweiten Schritt II vom Lichtsensor 30 erfasst (detektiert). Folglich wird vom Lichtsensor 30 ein Sensorsignal S an die Steuereinheit 23 ausgegeben.
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In einem darauf folgenden Schritt III wird das Sensorsignal S von der Steuereinheit 23 hinsichtlich einer Ursache und hinsichtlich einer Quelle des Lichts ausgewertet. Unter der Ursache ist dabei der Grund für die Erzeugung des Lichts, insbesondere ein Funke, ein Lichtbogen oder ein Feuer und unter der Quelle diejenige Batteriekomponente 41, welche das Licht ausgesendet hat, zu verstehen.
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Hierzu wird der zeitliche Verlauf des Sensorsignals S herangezogen, anhand dessen der zeitliche Verlauf der Lichtintensität des vom Lichtsensor 30 erfassten Lichtes ermittelt wird. Anhand dessen wird ein Maximalbetrag der Lichtintensität bzw. des Sensorsignals S sowie eine Zeitdauer, während der das Licht erfasst wird, bestimmt. Die Ursachen für das Licht können anhand des Maximalbetrags sowie anhand der Zeitdauer erkannt. So wird beispielsweise ein (Licht-) Funke anhand einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer und einem vergleichsweise kleinen Maximalbetrag gegenüber einem Brand, welcher eine zeitlich größere Zeitdauer und einen größeren Maximalbetrag umfasst, unterschieden. Insbesondere sind zur Zuordnung des Lichts zu einer Ursache entsprechende Schwellenwerte für den Maximalbetrag und der Zeitdauer auf einem Speicher der Steuereinheit 23 hinterlegt.
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Weiterhin wird zusätzlich hierzu, oder gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative alternativ hierzu, zur Auswertung des Sensorsignals S eine spektrale Zusammensetzung des Lichts herangezogen. Die spektrale Zusammensetzung wird hierbei anhand des Lichtsensors 30c mit mehreren Photodioden oder Photozellen, deren jeder mit einem Farbfilter versehen ist bestimmt. Dabei ist die von der jeweiligen Photodiode oder Photozelle erfasste Lichtintensität einer dem Farbfilter 44 entsprechenden Wellenlänge oder einem entsprechenden Wellenlängenbereich zuordenbar.
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In nicht gezeigter Alternative der Batterie 4 weist der Lichtsensor 30c mehreren Photodioden 42 mit zueinander unterschiedlichen spektrale Empfindlichkeiten auf, so dass anhand der unterschiedlich erfassen Lichtintensitäten des Licht die spektrale Zusammensetzung des Lichts abgeschätzt werden kann.
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Weiterhin werden zusätzlich hierzu, oder gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative alternativ hierzu, wird zur Auswertung des Sensorsignals S die Position des Lichtsensors 30 und eine Zuordnung des Lichtsensors 30 zur von dieser überwachten Batteriekomponente 41 herangezogen. Auf diese Weise kann dem Licht eine Quelle, beispielsweise eine der Batteriezellen 12 oder die Sensorleitung 40 zugeordnet werden.
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Zusätzlich oder alternativ hierzu können zur Auswertung des Sensorsignals S Daten weiterer Sensoren, beispielsweise des Strom- oder eines Spannungssensors 38 herangezogen werden. Diese werden beispielsweise für eine Plausibilitätsprüfung des vom Lichtsensor 30 ausgegebenen Sensorsignal S hinsichtlich der Gefahr eines Brandes und der Ursache verwendet.
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Wird Licht erfasst, so wird auf einen Brand oder zumindest eine Brandgefahr erkannt, mit anderen Worten der Brand bzw. die Brandgefahr erkannt. Dann wird in einem Schritt IV eine Maßnahme M für die Sicherheit des Benutzers des Kraftfahrzeugs 2 und/oder zur Vermeidung einer Beschädigung des Kraftfahrzeugs 2 durchgeführt. Entsprechend der ermittelten Ursache und der ermittelten Quelle, welche Ursache und welche Quelle anhand der spektralen Zusammensetzung, anhand des zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals S und der Zuordnung des Lichtsensors 30 zur Batteriekomponente 41 bestimmt sind, werden dann entsprechende Maßnahmen M eingeleitet. Wird beispielsweise ein Brand einer der Batteriezellen 12 erkannt, so wird der Benutzer zum Verlassen des Kraftfahrzeugs 2 aufgefordert und die Batteriezellen 12 mittels der Schalter 22 von den Batterieanschlüssen 16 elektrische getrennt. Wird beispielsweise ein Funke an der Sensorleitung 40 erkannt, wird eine Warnung an den Benutzer ausgegeben und der entsprechende Strom-oder Spannungssensor 38 abgeschaltet. Weiterhin wird beispielsweise bei Erkennen eines von der Platine 26 einer der Zellmodule 8 ausgesendetem Licht eine Leistung des Elektromotors des Kraftfahrzeugs 2 reduziert.
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Eine weitere Maßnahme M bei Erkennen eines Brandes oder einer Brandgefahr ist, dass über ein Kommunikationsmittel des Kraftfahrzeugs 2, wie beispielsweise eines im Kraftfahrzeug 2 vorhandenen Telefons oder einer anderen Telemetrie, Hilfe angefordert wird. Beispielsweise kann die Feuerwehr oder ein anderer Hilfsdienst benachrichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann derart der Hersteller über die Brandgefahr bzw. über den Brand informiert werden.
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Vorzugsweise erfolgt die Anforderung der Hilfe automatisch. Insbesondere bei autonomen Fahrzeugbetrieb und/oder sofern der Benutzer nicht im Kraftfahrzeug ist, wie beispielsweise bei einem geparkten Kraftfahrzeug 2, ist aufgrund der angeforderten oder benachrichtigten Hilfe eine Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer und/oder eine Gefahr der Beschädigung des Kraftfahrzeugs verringert.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Batterie
- 6
- Batteriegehäuse
- 8
- Zellmodul
- 10
- Zellmodulgehäuse
- 12
- Batteriezelle
- 14
- Terminal der Batteriezelle
- 16
- Batterieanschluss
- 18
- Verbraucher
- 20
- Strompfad
- 22
- Schalter
- 23
- Steuereinheit
- 24
- Deckel des Zellmodulgehäuses
- 26
- Platine
- 28
- Batteriegehäusedeckel
- 30, 30a, 30b, 30c
- Lichtsensor
- 32
- Erfassungsbereich
- 34
- Lichtquelle
- 36
- Lichtstrahl
- 36'
- gestreuter Lichtstrahl
- 38
- Strom- oder Spannungssensor
- 40
- Sensorleitung
- 41
- Batteriekomponente
- 42
- Photodiode
- 44
- Farbfilter
- S
- Sensorsignal
- M
- Maßnahme
- X
- Fahrzeuglängsrichtung
- Y
- Fahrzeugquerrichtung
- Z
- Fahrzeughochrichtung
- I
- Aussenden von Licht
- II
- Erfassen von Licht und Ausgeben eines Sensorsignals
- III
- Auswerten des Sensorsignals
- IV
- Einleiten von Maßnahmen
