DE102019209718B4 - Battery and electrically powered motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Batterie (4), aufweisend- ein Batteriegehäuse (6) mit einem Gehäusedeckel (8) und mit einem Gehäuserahmen (12), welcher mittels zwei Gehäusequerwänden (16) und zwei zu diesen quer verlaufenden Gehäuselängswänden (14) gebildet ist, und- zwei erste Rauchsensoren (36), welche gehäuseinnenseitig an den Gehäuselängswänden (14) angeordnet sind,- wobei die ersten Rauchsensoren (36) mittig zwischen dem Gehäusedeckel (8) und einem Gehäuseboden (10) des Batteriegehäuses (6) an der jeweiligen Gehäuselängswand (14) angeordnet sind.Battery (4), comprising- a battery housing (6) with a housing cover (8) and with a housing frame (12) which is formed by means of two housing transverse walls (16) and two longitudinal housing walls (14) running transversely to these, and- two first Smoke sensors (36) which are arranged inside the housing on the longitudinal walls (14) of the housing, the first smoke sensors (36) being arranged centrally between the housing cover (8) and a housing base (10) of the battery housing (6) on the respective longitudinal wall (14) of the housing are.

Description

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.An electrically powered motor vehicle typically has a battery (traction battery) which supplies an electric motor for driving the motor vehicle with energy. An electrically powered motor vehicle is in particular an electric vehicle that only stores the energy required for the drive in the battery (BEV, battery electric vehicle), an electric vehicle with a range extender (REEV, range extended electric vehicle), a hybrid vehicle (HEV, hybrid electric vehicle), a plug-in hybrid vehicle (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) and/or a fuel cell vehicle (FCEV, fuel cell electric vehicle), which temporarily stores the electrical energy generated by a fuel cell in the battery.

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. Aufgrund dessen kann sich die Batteriezelle verformen, brennen oder sogar explodieren.Such a (traction) battery preferably has a comparatively high energy density, so that a correspondingly long range is achieved for a user of the motor vehicle. However, with such high energy densities of the battery or battery cells, for example due to an internal short circuit or overcharging of the battery cell, a self-reinforcing chain reaction can take place, which is referred to as thermal runaway. During thermal runaway, on the one hand a correspondingly high level of thermal energy is released, and on the other hand a gas is also produced in the energy storage cell, in particular due to decomposition of the electrolyte, which results in a high internal pressure in the battery cell. As a result, the battery cell may deform, burn or even explode.

Weitere Ursachen 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 oder durch einen Kurzschluss einer elektrischen oder elektronischen Batteriekomponente entsteht. Eine solche Batteriekomponente ist beispielsweise eine Batteriezelle, eine Platine, ein Steuergerät, ein Sensor, insbesondere ein Strom- oder Spannungssensor, oder eine Sensorleitung.Other causes of a fire in the battery, i.e. within its battery housing, are in particular an electrical spark or an arc, which sparks or which arc occurs, for example, due to faulty insulation or a short circuit in an electrical or electronic battery component. Such a battery component is, for example, a battery cell, a circuit board, a control device, a sensor, in particular a current or voltage sensor, or a sensor line.

Es ist bekannt, Spannungs- oder Stromsensoren für die Batteriekomponenten vorzusehen, anhand welcher eine Fehlfunktion der Batteriezelle erfasst wird. Weiterhin werden beispielsweise Temperatursensoren innerhalb des Batteriegehäuses angebracht, um ein thermisches Durchgehen möglichst schnell zu erfassen. Nachteilig ist, dass ein Brand im Batteriegehäuse mittels eines solchen Spannungs- oder Stromsensors nicht zuverlässig und mittels eines Temperatursensors erst nach einer vergleichsweise langen Zeitdauer nach entstehen des Brandes erkennbar ist.It is known to provide voltage or current sensors for the battery components, by means of which a malfunction of the battery cell is detected. Furthermore, for example, temperature sensors are installed inside the battery housing in order to detect a thermal runaway as quickly as possible. The disadvantage is that a fire in the battery housing cannot be detected reliably using such a voltage or current sensor and can only be detected using a temperature sensor after a comparatively long period of time after the fire has started.

Aus der US 2018/0 366 787 A1 ist ein Batteriesystem für ein Fahrzeug bekannt, bei welchem in einem Batteriegehäuse mehrere Sensoren zur Erfassung von Betriebsbedingungen innerhalb und außerhalb des Batteriegehäuses vorgesehen sind. Einer der Sensoren ist hierbei beispielsweise als ein Rauchsensor ausgeführt.From the US 2018/0 366 787 A1 a battery system for a vehicle is known, in which several sensors for detecting operating conditions inside and outside the battery housing are provided in a battery housing. One of the sensors is designed as a smoke sensor, for example.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Batterie anzugeben, bei welcher ein Brand möglichst schnell erkannt wird. Zudem soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie angegeben werden.The invention is based on the object of specifying a battery in which a fire is detected as quickly as possible. In addition, an electrically driven motor vehicle with such a battery is to be specified.

Bezüglich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Batterie sinngemäß auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.With regard to the battery, the object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the motor vehicle, the object is achieved by the features of claim 5 according to the invention. Advantageous refinements and developments are the subject of the dependent claims. The statements made in connection with the battery also apply analogously to the motor vehicle and vice versa.

Die Batterie weist ein Batteriegehäuse mit einem Gehäusedeckel und mit einem Gehäuserahmen auf. Der Gehäuserahmen ist mittels zwei Gehäusequerwänden und zweit zu diesen quer verlaufenden Gehäuselängswänden gebildet. Dabei erstrecken sich die Gehäusequerwände in einer Gehäusequerrichtung und die Gehäuselängswände in einer Gehäuselängsrichtung.The battery has a battery housing with a housing cover and with a housing frame. The housing frame is formed by means of two transverse housing walls and two longitudinal housing walls running transversely to these. The transverse walls of the housing extend in a transverse direction of the housing and the longitudinal walls of the housing in a longitudinal direction of the housing.

Das Batteriegehäuse bildet einen Gehäuseinnenraum. Mit anderen Worten umfasst oder umschließt das Batteriegehäuse den Gehäuseinnenraum.The battery case forms a case interior. In other words, the battery housing includes or encloses the interior of the housing.

Weiterhin weist die Batterie zwei erste Rauchsensoren auf, welche gehäuseinnenseitig an den Gehäuselängswänden angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die beiden ersten Rauchsensoren im Gehäuseinnenraum angeordnet, wobei einer der ersten Rauchsensoren an einer der Gehäuselängswände und der andere erste Rauchsensor an der anderen Gehäuselängswand angeordnet ist.Furthermore, the battery has two first smoke sensors, which are arranged inside the housing on the longitudinal walls of the housing. In other words, the two first smoke sensors are arranged in the interior of the housing, one of the first smoke sensors being arranged on one of the longitudinal walls of the housing and the other first smoke sensor being arranged on the other longitudinal wall of the housing.

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.The battery is designed in particular as a lithium-ion battery. Furthermore, the battery is in particular a traction battery of an electrically driven motor vehicle. Thus, the battery provides electrical energy for driving the motor vehicle.

Die ersten Rauchsensoren dienen der Erfassung von im Batteriegehäuse erzeugtem Rauch, welcher bei einem Brand aufgrund eines Fehlers oder bei einem Fehlverhalten einer im Batteriegehäuse aufgenommenen Batteriekomponente, beispielsweise einer Platine, eines Steuergeräts oder einer Stromleitung, insbesondere einer Batteriezelle, entsteht.The first smoke sensors are used to detect smoke generated in the battery case, which occurs in the event of a fire due to a fault or in the event of a malfunction of a battery component accommodated in the battery housing, for example a circuit board, a control device or a power line, in particular a battery cell.

Aufgrund der Anordnung der ersten Rauchsensoren an den Gehäuselängswänden ist vorteilhafterweise eine vergleichsweise zuverlässige Detektion von Rauch gegeben, auch wenn die Batterie gegen eine vorhergesehene Orientierung geneigt ist. Die vorhergesehene Orientierung ist dabei derart, dass der Gehäusedeckel im Montagezustand der Batterie in der diese aufweisenden Vorrichtung, insbesondere im Kraftfahrzeug, oben angeordnet und ein diesem gegenüberliegender Gehäuseboden dem Untergrund zugewandt ist. In dieser Orientierung steigt (strömt) der Rauch aufgrund dessen vergleichsweise hohen Temperatur nach oben, also zum Gehäusedeckel hin. Insbesondere erfolgt die Detektion von Rauch auch dann zuverlässig, wenn die Batterie um eine sich von einer der Gehäusequerseiten zur anderen Gehäusequerseite, also in Gehäuselängsrichtung oder im Wesentlichen in Gehäuselängsrichtung, erstreckenden Drehachse gedreht ist, denn dann ist eine der Gehäuselängswände und der an dieser angeordnete erste Rauchsensor bezüglich des Untergrunds oben angeordnet. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kraftfahrzeug auf einer geneigten Fläche geparkt ist, oder wenn das Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem Verkehrsunfall, auf einer Fahrzeugseite liegt.Due to the arrangement of the first smoke sensors on the longitudinal walls of the housing, there is advantageously a comparatively reliable detection of smoke, even if the battery is tilted against a foreseen orientation. The intended orientation is such that the housing cover is arranged at the top when the battery is assembled in the device that has it, in particular in the motor vehicle, and a housing base opposite this is facing the ground. In this orientation, the smoke rises (flows) due to its comparatively high temperature, i.e. towards the housing cover. In particular, smoke is also reliably detected when the battery is rotated about an axis of rotation extending from one of the transverse sides of the housing to the other transverse side of the housing, i.e. in the longitudinal direction of the housing or essentially in the longitudinal direction of the housing, because then one of the longitudinal housing walls and the first wall arranged on it Smoke sensor positioned above the ground. This is the case, for example, when the motor vehicle is parked on an inclined surface, or when the motor vehicle is lying on one side of the vehicle, in particular after a traffic accident.

Wird Rauch von einem der ersten Rauchsensoren detektiert, so gibt dieser ein Sensorsignal an eine Steuer-oder Auswerteeinheit. Die Steuer- oder die Auswerteeinheit leitet beispielsweise infolge des Sensorsignals Maßnahmen ein, 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. Beispielsweise wird die Batterie weiterhin von einem an diese angeschlossenen Verbraucher, beispielsweise dem Elektromotor des Kraftfahrzeugs, oder von einem an diese angeschlossenen Stromnetz, insbesondere von dem Hochvoltnetz des Kraftfahrzeugs, (elektrisch) getrennt.If smoke is detected by one of the first smoke sensors, this sends a sensor signal to a control or evaluation unit. As a result of the sensor signal, for example, the control or evaluation unit initiates measures which serve to ensure the safety of the user of the motor vehicle and/or by means of which damage to the motor vehicle is avoided or at least delayed. For example, an optical and/or an acoustic warning signal is output to the user. For example, the battery is also (electrically) disconnected from a consumer connected to it, for example the electric motor of the motor vehicle, or from a power supply network connected to it, in particular from the high-voltage network of the motor vehicle.

Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist einer der ersten Rauchsensoren an der jeweiligen Gehäuselängswand im Bereich einer der Gehäusequerwände angeordnet, und der andere erste Rauchsensor im Bereich der anderen Gehäusequerwand angeordnet. Somit sind die ersten Rauchsensoren zu den Gehäusequerwänden hin versetzt angeordnet.According to a suitable embodiment, one of the first smoke sensors is arranged on the respective longitudinal wall of the housing in the area of one of the transverse walls of the housing, and the other first smoke sensor is arranged in the area of the other transverse wall of the housing. The first smoke sensors are thus arranged offset towards the transverse walls of the housing.

Vorteilhafterweise ist aufgrund einer solchen Anordnung eine Detektion von Rauch auch bei einer Orientierung der Batterie, bei welcher das Batteriegehäuse um eine sich in Gehäusequerrichtung oder um eine sich im Wesentlichen in Gehäusequerrichtung erstreckenden Drehachse gedreht ist, denn dann ist eine der Gehäusequerwände und der in deren Bereich angeordnete erste Rauchsensor bezüglich des Untergrunds oben angeordnet. Eine solche Orientierung des Batteriegehäuses ist beispielsweise bei einer Bergfahrt oder bei einem Parken des Kraftfahrzeugs an einem Berg realisiert.Due to such an arrangement, it is advantageous to detect smoke even when the battery is oriented in such a way that the battery housing is rotated about an axis of rotation extending in the transverse direction of the housing or about an axis of rotation that extends essentially in the transverse direction of the housing, because then one of the transverse housing walls and the one in its area arranged first smoke sensor with respect to the ground above. Such an orientation of the battery housing is realized, for example, when driving uphill or when parking the motor vehicle on a hill.

Die ersten Rauchsensoren sind mittig zwischen dem Gehäusedeckel und einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses an der jeweiligen Gehäuselängswand angeordnet. Mit anderen Worten sind die ersten Rauchsensoren auf der Hälfte der Höhe des Batteriegehäuseinnenraums angeordnet.The first smoke sensors are arranged centrally between the housing cover and a housing base of the battery housing on the respective longitudinal wall of the housing. In other words, the first smoke sensors are arranged halfway up the height of the battery case interior.

Bei einer derartigen Anordnung der ersten Batteriesensoren ist weiterhin eine ausreichend zuverlässige und/oder eine ausreichend schnelle Erfassung von Rauch realisiert. Im Vergleich zur Anordnung eines Rauchsensors am Gehäusedeckel oder an der Gehäuselängswand im Bereich des Gehäusedeckels ist auf diese Weise auch dann Rauch ausreichend zuverlässig und/oder ausreichend schnell erfassbar, wenn das Batteriegehäuse so orientiert ist, dass der Gehäusedeckel dem Untergrund zugewandt ist. Beispielsweise ist eine solche Orientierung bei einem Kraftfahrzeug nach einem Verkehrsunfall realisiert, wobei das Kraftfahrzeug auf dessen Dach aufliegt.With such an arrangement of the first battery sensors, a sufficiently reliable and/or sufficiently fast detection of smoke is also realized. Compared to the arrangement of a smoke sensor on the housing cover or on the longitudinal wall of the housing in the area of the housing cover, smoke can also be detected sufficiently reliably and/or sufficiently quickly in this way if the battery housing is oriented in such a way that the housing cover faces the ground. For example, such an orientation is implemented in a motor vehicle after a traffic accident, with the motor vehicle resting on its roof.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Batterie zwei zweite Rauchsensoren auf, welche gehäuseinnenseitig, also im Gehäuseinnenraum, am Gehäusedeckel angeordnet sind. Dabei sind die zweiten Rauchsensoren jeweils im Bereich einer der Gehäusequerwände angeordnet. Mit anderen Worten ist einer der beiden zweiten Rauchsensoren zu einer der Gehäusequerwände und der andere der zweiten Rauchsensoren zur anderen Gehäusequerwand hin versetzt angeordnet.According to an advantageous development, the battery has two second smoke sensors, which are arranged on the inside of the housing, ie in the interior of the housing, on the housing cover. The second smoke sensors are each arranged in the area of one of the transverse walls of the housing. In other words, one of the two second smoke sensors is arranged offset towards one of the transverse walls of the housing and the other of the second smoke sensors towards the other transverse wall of the housing.

Mittels der beiden zweiten Rauchsensoren ist eine redundante und vergleichswiese schnelle Erfassung von Rauch ermöglicht. Damit einhergehend ist vorteilhaft eine Sicherheit für einen Benutzer der Batterie erhöht.The two second smoke sensors enable redundant and comparatively rapid detection of smoke. As a result, safety for a user of the battery is advantageously increased.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist zumindest einer der ersten Rauchsensoren und/oder zumindest einer der zweiten Rauchsensoren jeweils als ein Kondensator ausgebildet, welcher bei einer Wechselwirkung mit Rauch ein (Sensor-)Signal an ein Steuergerät ausgibt.According to an advantageous development, at least one of the first smoke sensors and/or at least one of the second smoke sensors is designed as a capacitor, which outputs a (sensor) signal to a control unit when it interacts with smoke.

Der Rauch wirkt als ein Dielektrikum für den Kondensator. Aufgrund eines Einströmens des Rauchs in den Bereich des Kondensators ändert sich folglich dessen Kapazität. Insbesondere bewirkt die Änderung der Kapazität eine Spannungsänderung am Kondensator und/oder einen Strom. Der Strom, die Spannung am Kondensator und/oder die Spannungsänderung am Kondensator sind als Sensorsignal erfassbar oder alternativ umfasst das Sensorsignal einen Solchen bzw. eine Solche.The smoke acts as a dielectric for the capacitor. Consequently, due to the inflow of smoke into the region of the capacitor, its capacitance changes. In particular, the change in capacitance causes a voltage change across the capacitor and/or a current. The current, the voltage across the capacitor and/or the change in voltage across the capacitor can be detected as a sensor signal, or alternatively the sensor signal includes such a signal.

Besonders vorteilhaft wechselwirkt der Kondensator in analoger Weise auch mit einem Gas, welches einen herkömmlichen (optischen) Rauchsensor oder Rauchmelder, welcher Rauch mittels eines am den Rauchpartikeln gestreuten Lichtstrahls erkennt, nicht auslöst, da der Lichtstrahl nicht oder nicht ausreichend am Gas gestreut wird. Ein solches Gas tritt beispielsweise bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle aus dieser aus. Somit ist eine Gefahrerkennung für einen Benutzer vorteilhaft verbessert.The capacitor also interacts particularly advantageously in an analogous manner with a gas, which does not trigger a conventional (optical) smoke sensor or smoke detector, which detects smoke by means of a light beam scattered by the smoke particles, since the light beam is not scattered or not sufficiently scattered by the gas. Such a gas escapes from a battery cell, for example, in the event of thermal runaway. A risk detection for a user is thus advantageously improved.

In zweckmäßiger Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Batterie in einer der oben dargestellten Varianten auf. Insbesondere weist die Batterie also gehäuseinnenseitig zwei erste Rauchsensoren auf, die an den beiden Gehäuselängswänden des Batteriegehäuses der Batterie angeordnet sind. Dabei erstrecken sich die Gehäuselängswände in Fahrzeuglängsrichtung.In an expedient embodiment, an electrically driven motor vehicle has a battery in one of the variants presented above. In particular, the battery has two first smoke sensors on the inside of the housing, which are arranged on the two longitudinal walls of the battery housing of the battery. The longitudinal walls of the housing extend in the longitudinal direction of the vehicle.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an Rauchsensoren ein zuverlässiges Erkennen von Rauch ermöglicht ist, insbesondere auch sofern die Batterie bzw. das diese aufweisende Kraftfahrzeug, beispielsweise aufgrund eines Verkehrsunfalls, eine Orientierung aufweist, die von der im Normalbetrieb vorgesehenen Orientierung abweicht.The advantages achieved by the invention are, in particular, that with a comparatively small number of smoke sensors, reliable detection of smoke is made possible, in particular if the battery or the motor vehicle having it, for example due to a traffic accident, has an orientation that differs from the orientation intended for normal operation.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1a schematisch ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Batterie, in deren Batteriegehäuse zwei erste Rauchsensoren und zwei zweite Rauchsensoren angeordnet sind, wobei die ersten Rauchsensoren an Gehäuselängswänden des Batteriegehäuses im Bereich der Gehäusequerwände des Batteriegehäuses angeordnet sind, und wobei die zweiten Rausensoren in Eckbereichen eines Gehäusedeckels des Batteriegehäuses angeordnet sind,
  • 1b schematisch in einer Seitenansicht die Batterie des Kraftfahrzeugs gemäß der 1a,
  • 2a schematisch das elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer alternativen Ausgestaltung der Batterie, wobei die ersten Rauchsensoren zentral an den Gehäuselängswänden des Batteriegehäuses angeordnet sind, und wobei die zweiten Rausensoren an einem Gehäusedeckel des Batteriegehäuses mittig im Bereich der Gehäusequerwände angeordnet sind, und
  • 2b schematisch in einer Seitenansicht die Batterie des Kraftfahrzeugs gemäß der 2a.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:
  • 1a schematically shows an electrically powered motor vehicle with a battery, in whose battery housing two first smoke sensors and two second smoke sensors are arranged, the first smoke sensors being arranged on the longitudinal walls of the battery housing in the area of the transverse walls of the battery housing, and the second smoke sensors being arranged in corner areas of a housing cover of the battery housing are arranged
  • 1b schematically in a side view the battery of the motor vehicle according to 1a ,
  • 2a schematically shows the electrically powered motor vehicle with an alternative configuration of the battery, the first smoke sensors being arranged centrally on the longitudinal walls of the battery housing, and the second smoke sensors being arranged on a housing cover of the battery housing in the middle in the area of the transverse walls of the housing, and
  • 2 B schematically in a side view the battery of the motor vehicle according to 2a .

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.

In den 1a und 1b ist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 dargestellt, welches eine (Traktions-) Batterie 4 mit einem Batteriegehäuse 6 aufweist. Das Batteriegehäuse 6 weist einen Gehäusedeckel 8, einen diesem gegenüberliegenden Gehäuseboden 10 sowie einen Gehäuserahmen 12 auf. Im Montagezustand der Batterie 4 im Kraftfahrzeug 2 ist der Gehäuseboden 10 dem Untergrund zugewandt. Der Gehäuserahmen 12 ist mittels zwei Gehäuselängswänden 14 und zwei zu diesen quer verlaufenden Gehäusequerwänden 16 gebildet.In the 1a and 1b an electrically powered motor vehicle 2 is shown, which has a (traction) battery 4 with a battery housing 6 . The battery housing 6 has a housing cover 8 , a housing base 10 opposite this, and a housing frame 12 . When the battery 4 is installed in the motor vehicle 2, the housing base 10 faces the ground. The housing frame 12 is formed by means of two longitudinal housing walls 14 and two transverse housing walls 16 running transversely thereto.

Die beiden Gehäuselängswände 14 liegen einander gegenüber und sind zueinander parallel und beabstandet. Diese sind also vorzugsweise parallel zueinander und zueinander beabstandet. Die Gehäuselängswände 14 erstrecken sich in Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung) und sind parallel zu einer mittels der Fahrzeuglängsrichtung und der Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) aufgespannten Ebene orientiert. Die Fahrzeuglängsrichtung (X-Richtung), eine Fahrzeugquerrichtung (Y-Richtung) sowie die Fahrzeughochrichtung (Z-Richtung) sind in einem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit X, Y bzw. Z bezeichnet.The two housing longitudinal walls 14 are opposite one another and are parallel to one another and spaced apart. These are therefore preferably parallel to one another and spaced apart from one another. The longitudinal housing walls 14 extend in the longitudinal direction of the vehicle (X-direction) and are oriented parallel to a plane defined by the longitudinal direction of the vehicle and the vertical direction of the vehicle (Z-direction). The vehicle longitudinal direction (X-direction), a vehicle transverse direction (Y-direction) and the vehicle vertical direction (Z-direction) are denoted by X, Y and Z in a direction diagram on the right.

Der Gehäuseboden 10 und der Gehäuserahmen 12 bilden eine wannenförmige Aufnahme für eine Anzahl an Zellmodulen 18, welche in das Batteriegehäuse 6 eingebracht sind. Das Batteriegehäuse 6 bildet also einen Gehäuseinnenraum, in welchem die Zellmodule 18 angeordnet sind. Zum Zwecke einer besseren Übersicht sind dabei lediglich zwei der Zellmodule 18 dargestellt. Beispielsweise sind zwei Zellmodule 8 in Fahrzeugquerrichtung Y und mehrere Zellmodule 8 in Fahrzeuglängsrichtung X nebeneinander im Batteriegehäuse 6 angeordnet.The housing base 10 and the housing frame 12 form a trough-shaped receptacle for a number of cell modules 18 which are placed in the battery housing 6 . The battery housing 6 thus forms a housing interior in which the cell modules 18 are arranged. For the purpose of a better overview, only two of the cell modules 18 are shown. For example, two cell modules 8 are arranged next to one another in the vehicle transverse direction Y and a plurality of cell modules 8 in the vehicle longitudinal direction X in the battery housing 6 .

Die Zellmodule 18 weisen wiederum eine Anzahl an Batteriezellen 20 auf, von denen lediglich drei Batteriezellen 20 je Zellmodul 18 dargestellt sind. Die Batteriezellen 20 sind dabei in einem jeweiligen Zellmodulgehäuse 22 angeordnet, welches zweckmäßigerweise nicht luftdicht ist. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative sind die Batteriezellen 20 nicht in einem Zellmodulgehäuse 22 aufgenommen, sondern lediglich miteinander verbunden.The cell modules 18 in turn have a number of battery cells 20, of which only three battery cells 20 per cell module 18 are shown. The battery cells 20 are in a jewei cell module housing 22 is arranged, which is expediently not airtight. According to an alternative that is not shown in any more detail, the battery cells 20 are not accommodated in a cell module housing 22 but merely connected to one another.

Die Zellmodule 18 und die Batteriezellen 20 sind mittels deren Terminals 24 in nicht näher dargestellter Weise in Serie und/ oder parallel zueinander verschaltet. Die miteinander verschalteten Zellmodule 18 sind weiterhin mit Batterieanschlüssen 26 der Batterie 4 elektrisch verbunden. An den Batterieanschlüssen 26 ist ein Verbraucher 28, insbesondere ein Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2, angeschlossen. Zusammenfassend versorgt die Batterie 4 den Verbraucher 28 mit elektrischer Energie. Dabei sind in die Strompfade 30 zwischen den Zellmodulen 18 und den Batterieanschlüssen 26 jeweils ein, insbesondere als Halbleiterschalter oder als Schütz ausgebildeter, Schalter 32 geschaltet. Mittels diesen können die Zellmodule 18 elektrisch von den Batterieanschlüssen 26 getrennt oder ein von der Batterie 4 an den Batterieanschlüssen 26 bereitgestellter Strom eingestellt werden. Die beiden Schalter 32 sind dabei an deren Steuereingängen mit einem Steuergerät 34 verbunden.The cell modules 18 and the battery cells 20 are connected in series and/or parallel to one another by means of their terminals 24 in a manner that is not shown in detail. The interconnected cell modules 18 are also electrically connected to battery connections 26 of the battery 4 . A consumer 28 , in particular an electric motor for driving the motor vehicle 2 , is connected to the battery terminals 26 . In summary, the battery 4 supplies the load 28 with electrical energy. In this case, a switch 32 embodied in particular as a semiconductor switch or as a contactor is connected into the current paths 30 between the cell modules 18 and the battery connections 26 . By means of these, the cell modules 18 can be electrically isolated from the battery connections 26 or a current provided by the battery 4 at the battery connections 26 can be adjusted. The two switches 32 are connected to a control device 34 at their control inputs.

Weiterhin ist an den beiden Gehäuselängswänden 14 im Gehäuseinnenraum, also gehäuseinnenseitig, jeweils ein erster Rauchsensor 36 angeordnet. Wie insbesondere in der 1b zu erkennen ist, sind die ersten Rauchsensoren 36 dabei mittig zwischen dem Gehäusedeckel 8 und dem Gehäuseboden 10 des Batteriegehäuses 6 an der jeweiligen Gehäuselängswand 14 angeordnet. Also sind die ersten Rauchsensoren 36 auf der Hälfte der Höhe des Batteriegehäuses 6 hinsichtlich der Fahrzeughochrichtung Z angeordnet. Zudem ist einer der beiden Rauchsensoren 36 im Bereich einer der Gehäusequerwände 16 angeordnet. Der andere erste Rauchsensor 36 ist im Bereich der anderen Gehäusequerwand 16 angeordnet. Somit sind die ersten Rauchsensoren 36 zur jeweiligen Gehäusequerwand 16 hin in Fahrzeuglängsrichtung X versetzt angeordnet.Furthermore, a first smoke sensor 36 is arranged on each of the two longitudinal walls 14 of the housing in the interior of the housing, that is to say on the inside of the housing. As in particular in the 1b As can be seen, the first smoke sensors 36 are arranged centrally between the housing cover 8 and the housing base 10 of the battery housing 6 on the respective longitudinal wall 14 of the housing. That is, the first smoke sensors 36 are arranged halfway up the height of the battery case 6 with respect to the vehicle vertical direction Z. In addition, one of the two smoke sensors 36 is arranged in the area of one of the transverse walls 16 of the housing. The other first smoke sensor 36 is arranged in the area of the other transverse wall 16 of the housing. Thus, the first smoke sensors 36 are offset toward the respective transverse wall 16 of the housing in the longitudinal direction X of the vehicle.

Des Weiteren sind in der Batterie 4, also gehäuseinnenseitig, am Gehäusedeckel 8 zwei zweite Rauchsensoren 38 angeordnet. Einer der beiden zweiten Rauchsensoren 38 ist im Bereich einer der Gehäusequerwände 16 und einer der beiden Gehäuselängswände 14 angeordnet. Der andere der beiden zweiten Rauchsensoren 38 ist im Bereich der anderen Gehäusequerwand 16 und der anderen Gehäuselängswand 14 angeordnet. Zusammenfassend sind die beiden Rauchsensoren in einander diagonal gegenüberliegenden Eckbereichen des Gehäusedeckels 8, also sowohl im Bereich der entsprechenden Gehäuselängswand 14 als auch im Bereich der entsprechenden Gehäusequerwand 16, angeordnet.Furthermore, two second smoke sensors 38 are arranged on the housing cover 8 in the battery 4, ie on the inside of the housing. One of the two second smoke sensors 38 is arranged in the area of one of the transverse walls 16 of the housing and one of the two longitudinal walls 14 of the housing. The other of the two second smoke sensors 38 is arranged in the region of the other transverse wall 16 of the housing and the other longitudinal wall 14 of the housing. In summary, the two smoke sensors are arranged in diagonally opposite corner areas of the housing cover 8, ie both in the area of the corresponding longitudinal wall 14 of the housing and in the area of the corresponding transverse wall 16 of the housing.

Dabei sind der im Bereich der jeweiligen Gehäusequerwand 16 angeordnete erste Rauchsensor 36 und der im Bereich dieser Gehäusequerwand 16 angeordnete zweite Rauchsensor 38 nicht an bzw. im Bereich derselben Gehäuselängswand 14, sondern an bzw. im Bereich der jeweils anderen Gehäuselängswand 14 angeordnet. Somit sind die vier Rauchsensoren 36,38 derart angeordnet, dass diese in den vier Eckbereich des Gehäusedeckels 8 angeordnet sind.The first smoke sensor 36 arranged in the area of the respective transverse housing wall 16 and the second smoke sensor 38 arranged in the area of this transverse housing wall 16 are not arranged on or in the area of the same longitudinal housing wall 14, but rather on or in the area of the respective other longitudinal housing wall 14. The four smoke sensors 36 , 38 are thus arranged in such a way that they are arranged in the four corner areas of the housing cover 8 .

Die ersten und zweiten Rauchsensoren 36 und 38 sind mit dem Steuergerät 34 verbunden. Bei Erkennen von Rauch von einem der ersten oder der zweiten Rauchsensoren 36 bzw. 38, gibt dieser ein Sensorsignal an das Steuergerät 34. Das Steuergerät 34 leitet aufgrund des Sensorsignals Maßnahmen ein, welche der Sicherheit des 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. Hierzu ist das Steuergerät 34 mit einer nicht weiter dargestellten optischen Anzeige und einem nicht weiter dargestellten Lautsprecher verbunden. Weiterhin werden die Zellmodule 18 anhand einer entsprechenden Ansteuerung der Schalter 32 von den Batterieanschlüssen (elektrisch) getrennt oder von der Batterie 4 bereitgestellter Strom geregelt.The first and second smoke sensors 36 and 38 are connected to the controller 34 . When smoke is detected by one of the first or second smoke sensors 36 or 38, it sends a sensor signal to control unit 34. Based on the sensor signal, control unit 34 initiates measures that serve to ensure the safety of the user of the motor vehicle and/or by means of which a Damage to the motor vehicle is avoided or at least delayed. For example, an optical and/or an acoustic warning signal is output to the user. For this purpose, the control unit 34 is connected to an optical display (not shown) and a loudspeaker (not shown). Furthermore, the cell modules 18 are separated (electrically) from the battery connections by means of a corresponding activation of the switches 32 or the current provided by the battery 4 is regulated.

Die ersten und die zweiten Rauchsensoren 36 und 38 sind dabei jeweils als ein Kondensator ausgebildet, dessen Kapazität sich aufgrund einer Wechselwirkung, insbesondere bei Kontakt von (Rauch-)Partikeln des Rauchs mit dem Kondensator, ändert. Dabei wirkt der Rauch bzw. die Rauchpartikel als ein Dielektrikum für den Kondensator. Die Änderung der Kapazität ist dabei als ein Strom, als eine Spannung oder eine Spannungsänderung erfassbar. Der Strom, die eine Spannung oder die Spannungsänderung bilden dabei das Sensorsignal. Gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausgestaltung der Batterie 4 sind lediglich einer der ersten Rauchsensoren 36 und einer der zweiten Rauchsensoren 38 als ein Kondensator und die jeweils anderen Rauchsensoren 36, 38 als ein optischer Rauchsensor (optischer Rauchmelder) ausgebildet.The first and the second smoke sensors 36 and 38 are each designed as a capacitor whose capacitance changes as a result of an interaction, in particular when (smoke) particles of the smoke come into contact with the capacitor. The smoke or the smoke particles act as a dielectric for the capacitor. The change in capacitance can be detected as a current, as a voltage or as a change in voltage. The current, the voltage or the change in voltage form the sensor signal. According to an embodiment of the battery 4 not shown in detail, only one of the first smoke sensors 36 and one of the second smoke sensors 38 is designed as a capacitor and the other smoke sensors 36, 38 as an optical smoke sensor (optical smoke detector).

In den 2a und 2b ist das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug 2 mit einer alternativen Ausgestaltung der 4 gezeigt. Dabei unterscheidet sich die Batterie 4 gemäß der 1a und 1b zu der Ausgestaltung der 2a und 2b in der Anordnung der ersten Rauchsensoren 36 und der zweiten Rauchsensoren 38. Mit Ausnahme des im Folgenden bezüglich der Anordnung der ersten Rauchsensoren 36 und der zweiten Rauchsensoren 38 Dargestellten gelten die Ausführungen zu den 1a und 1b, insbesondere auch hinsichtlich der Ausbildung der Rauchsensoren 36 und 38 als Kondensatoren, in analoger Weise für die Batterie 4 gemäß der 2a und 2b.In the 2a and 2 B the electrically driven motor vehicle 2 is shown with an alternative embodiment of FIG. The battery 4 differs according to the 1a and 1b to the design of 2a and 2 B in the arrangement of the first smoke sensors 36 and the second smoke sensors 38. With the exception of the im The following explanations regarding the arrangement of the first smoke sensors 36 and the second smoke sensors 38 apply 1a and 1b , In particular with regard to the formation of the smoke sensors 36 and 38 as capacitors, in an analogous manner for the battery 4 according to the 2a and 2 B .

Die ersten Rauchsensoren 36 sind gehäuseinnenseitig an den Gehäuselängswänden 14 angeordnet, wobei die beiden ersten Rauchsensoren 36 zentral an der jeweiligen Gehäuselängswand 14 angeordnet ist. Also sind die beiden ersten Rauchsensoren 36 sowohl hinsichtlich der Fahrzeuglängsrichtung X als auch hinsichtlich der Fahrzeughochrichtung Z mittig an der entsprechenden Gehäuselängswand 14 angeordnet. Die ersten Rauchsensoren 36 sind also nicht im Bereich einer der Gehäusequerwände 16 angeordnet.The first smoke sensors 36 are arranged inside the housing on the longitudinal walls 14 of the housing, with the two first smoke sensors 36 being arranged centrally on the respective longitudinal wall 14 of the housing. The two first smoke sensors 36 are therefore arranged centrally on the corresponding longitudinal wall 14 of the housing, both with regard to the longitudinal direction X of the vehicle and with regard to the vertical direction Z of the vehicle. The first smoke sensors 36 are therefore not arranged in the area of one of the transverse walls 16 of the housing.

Die beiden zweiten Rauchsensoren 38 sind gehäuseinnenseitig am Gehäusedeckel 8 angeordnet. Einer der zweiten Rauchsensoren 38 ist im Bereich einer der Gehäusequerwände 16, der andere zweite Rauchsensor ist im Bereich der anderen Gehäusequerwand 16 angeordnet. Dabei sind die beiden zweiten Rauchsensoren jeweils mittig hinsichtlich der Fahrzeugquerrichtung Y am Gehäusedeckel 8 angeordnet.The two second smoke sensors 38 are arranged on the inside of the housing on the housing cover 8 . One of the second smoke sensors 38 is arranged in the area of one of the transverse walls 16 of the housing, the other second smoke sensor is arranged in the area of the other transverse wall 16 of the housing. The two second smoke sensors are each arranged centrally with respect to the vehicle transverse direction Y on the housing cover 8 .

Weiterhin sind in den 1 b und 2b die in Blickrichtung vordere Gehäusequerwand 16 und in den 1a und 2a der Gehäusedeckel 8 zum Zwecke einer Erkennbarkeit der im Gehäuseinnenraum angeordneten Komponenten der Batterie 4 transparent dargestellt.Furthermore, in the 1 b and 2 B the front in the direction of view housing transverse wall 16 and in the 1a and 2a the housing cover 8 is shown transparently for the purpose of recognizing the components of the battery 4 arranged in the interior of the housing.

Gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausgestaltung der Batterie 4 sowohl gemäß der 1a und 1b als auch der Batterie 4 gemäß der 2a und 2b sind lediglich einer der ersten Rauchsensoren 36 und einer der zweiten Rauchsensoren 38 als ein Kondensator und die jeweils anderen Rauchsensoren 36, 38 als ein optischer Rauchsensor (optischer Rauchmelder) ausgebildet.According to an embodiment of the battery 4 not shown, both according to the 1a and 1b and the battery 4 according to the 2a and 2 B only one of the first smoke sensors 36 and one of the second smoke sensors 38 is designed as a capacitor and the other smoke sensors 36, 38 as an optical smoke sensor (optical smoke detector).

Bei den in den 1a bis 2b dargestellten Anordnungen der ersten Rauchsensoren 36 und der zweiten Rauchsensoren 38 ist anhand lediglich dieser vier Rauchsensoren 36, 38 ein zuverlässiges Erkennen von Rauch ermöglicht, insbesondere auch sofern die Batterie 4 bzw. das diese aufweisende Kraftfahrzeug 2, beispielsweise aufgrund eines Verkehrsunfalls, eine Orientierung aufweist, die von der im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs 2 vorgesehenen Orientierung abweicht.At the in the 1a until 2 B With the illustrated arrangements of the first smoke sensors 36 and the second smoke sensors 38, a reliable detection of smoke is made possible using only these four smoke sensors 36, 38, in particular if the battery 4 or the motor vehicle 2 having it, for example due to a traffic accident, has an orientation which deviates from the orientation provided during normal operation of the motor vehicle 2 .

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.The invention is not limited to the exemplary embodiments described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

22
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
Batteriebattery
66
Batteriegehäusebattery case
88th
Gehäusedeckelhousing cover
1010
Gehäusebodencaseback
1212
Gehäuserahmencase frame
1414
Gehäuselängswandhousing longitudinal wall
1616
Gehäusequerwandhousing bulkhead
1818
Zellmodulcell module
2020
Batteriezellebattery cell
2222
Zellmodulgehäusecell module housing
2424
Terminalterminal
2626
Batterieanschlussbattery connection
2828
Verbraucherconsumer
3030
Strompfadcurrent path
3232
SchalterSwitch
3434
Steuergerätcontrol unit
3636
erster Rauchsensorfirst smoke sensor
3838
zweiter Rauchsensor second smoke sensor
XX
Fahrzeuglängsrichtungvehicle longitudinal direction
YY
Fahrzeugquerrichtungvehicle transverse direction
ZZ
Fahrzeughochrichtungvehicle elevation

Claims (5)

Batterie (4), aufweisend - ein Batteriegehäuse (6) mit einem Gehäusedeckel (8) und mit einem Gehäuserahmen (12), welcher mittels zwei Gehäusequerwänden (16) und zwei zu diesen quer verlaufenden Gehäuselängswänden (14) gebildet ist, und - zwei erste Rauchsensoren (36), welche gehäuseinnenseitig an den Gehäuselängswänden (14) angeordnet sind, - wobei die ersten Rauchsensoren (36) mittig zwischen dem Gehäusedeckel (8) und einem Gehäuseboden (10) des Batteriegehäuses (6) an der jeweiligen Gehäuselängswand (14) angeordnet sind.battery (4), comprising - a battery housing (6) with a housing cover (8) and with a housing frame (12) which is formed by means of two housing transverse walls (16) and two housing longitudinal walls (14) running transversely to these, and - two first smoke sensors (36), which are arranged inside the housing on the longitudinal walls (14) of the housing, - The first smoke sensors (36) being arranged centrally between the housing cover (8) and a housing base (10) of the battery housing (6) on the respective longitudinal wall (14) of the housing. Batterie (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer der ersten Rauchsensoren (36) im Bereich einer der Gehäusequerwände (16) an der jeweiligen Gehäuselängswand (14) angeordnet ist, und der andere erste Rauchsensor (36) im Bereich der anderen Gehäusequerwand (16) angeordnet ist.battery (4) after claim 1 , characterized in that one of the first smoke sensors (36) is arranged in the area of one of the housing transverse walls (16) on the respective longitudinal housing wall (14), and the other first smoke sensor (36) is arranged in the area of the other housing transverse wall (16). Batterie (4) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei zweite Rauchsensoren (38), welche gehäuseinnenseitig am Gehäusedeckel (8) angeordnet sind, wobei die zweiten Rauchsensoren (38) jeweils im Bereich einer der Gehäusequerwände (16) angeordnet sind.battery (4) after claim 1 or 2 characterized by two second smoke sensors (38) which are arranged inside the housing on the housing cover (8), the second smoke sensors (38) each being arranged in the region of one of the housing transverse walls (16). Batterie (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der ersten Rauchsensoren (36) und/oder zumindest einer der zweiten Rauchsensoren (38) jeweils als ein Kondensator ausgebildet ist, welcher bei einer Wechselwirkung mit Rauch ein Sensorsignal an ein Steuergerät (34) ausgibt.Battery (4) after one of Claims 1 until 3 , characterized in that at least one of the first smoke sensors (36) and/or at least one of the second smoke sensors (38) is designed as a capacitor, which outputs a sensor signal to a control unit (34) when it interacts with smoke. Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2) mit einer Batterie (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Gehäuselängswände (14) in Fahrzeuglängsrichtung (X) erstrecken.Electrically driven motor vehicle (2) with a battery (4) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the housing longitudinal walls (14) extend in the vehicle longitudinal direction (X).
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