DE102019218325A1 - Konzept zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Testverfahren (900) für ein System (1000) zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers (110) in einem Fahrzeug, umfassend• Erzeugen (910) wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals mittels eines Signalgenerators (1010), wobei das wenigstens eine artifizielle Sensorsignal eine Reaktion wenigstens eines im Fahrzeug verbauten Sensors (140; 302) ansprechend auf das thermische Ereignis des elektrischen Energiespeichers (110) nachbildet;• Übermitteln (920) des wenigstens einen artifiziellen Sensorsignals an wenigstens ein Steuergerät (160) des Fahrzeugs; und• Überprüfen (930), ansprechend auf das übermittelte artifizielle Sensorsignal, einer Reaktion des Steuergeräts (160) und/oder eines oder mehreren damit gekoppelten weiteren Geräten (1000).

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Erkennen eines thermischen Ereignisses betreffend einen elektrischen Energiespeicher in einem Fahrzeug.
• Heutige Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen sind überwiegend Lithium-Ionen-Batterien. Hierbei umfassen solche Fahrzeugbatterien eine Vielzahl zusammengeschalteter Batteriezellen. Lithium-Ionen-Batteriezellen können durch zahlreiche Ursachen chemisch instabil werden. In diesem Fall setzen in der Regel unerwünschte, die Batterie zersetzende exotherme Reaktionen ein, die unter dem Begriff „Thermal Runaway“ (dt. thermisches Durchgehen) bekannt sind. Wird gegen einen Thermal Runaway nicht interveniert, kann sich dieses thermische Ereignis auf weitere Batteriezellen übertragen. In diesem Fall wird von thermischer Propagation gesprochen.
• Um Fahrgastinsassen vor den Gefahren instabiler Batteriesysteme zu schützen, sind vom Gesetzgeber zahlreiche Tests der Batterie vorgeschrieben. Zudem ist eine Vielzahl von Anforderungen an Batteriesysteme verabschiedet worden. Eine Anforderung ist hierbei die frühzeitige Warnung der Fahrgastinsassen vor unerwünschten thermischen Ereignissen. Dies soll geschehen, damit die Fahrgastinsassen ausreichend Zeit besitzen, das Fahrzeug abzustellen und unversehrt zu verlassen. Es sind also zuverlässige Systeme zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug erforderlich.
• Zum jetzigen Zeitpunkt werden Batteriesysteme auf unerwünschte thermische Ereignisse, wie zum Beispiel thermische Propagation, mithilfe von zerstörenden Testverfahren wie einem Nagelpenetrationstest getestet. Ein weiteres Beispiel ist der thermische Triggertest. Solche Testverfahren fordern bei technischen Prüforganisationen mitunter die Einreichung umfassender vertraulicher technischer Informationen zu Systemen und Komponenten rund um das Thema thermische Propagation. Zudem muss zwangsläufig das vom Fahrzeughersteller ausgelegte Batteriesystem umfassend modifiziert werden, bevor es getestet werden kann. Ein Beispiel hierzu ist die Einbringung kleiner Heizelemente in eine Batteriezelle einer Fahrzeugbatterie. Dieses Heizelement soll dann wiederum einen Thermal Runaway auslösen, um das Fahrzeugsystem auf die Erkennung von unerwünschten thermischen Ereignissen zu prüfen. Hierzu muss die entsprechende Batteriezelle geöffnet, die Heizspirale eingebracht und anschließend der Zellendeckel ausgetauscht werden. Solche tiefgreifenden Manipulationen verringern jedoch die Aussagekraft des Testverfahrens, insbesondere vor dem Hintergrund einer Fahrzeughomologation.
• Bisherige Testverfahren sind zudem in der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse, der Wiederholbarkeit der Tests, sowie der Machbarkeit der Tests nur beschränkt geeignet. Es hat sich gezeigt, dass bekannte Testverfahren, wie zum Beispiel der Nagelpenetrationstest, mit zu vielen variablen Parametern (Nageldurchmesser, Eindringgeschwindigkeit, Eindringwinkel, Eindringtiefe, etc.) versehen sind. Somit ist eine statistische Absicherung des Tests faktisch unmöglich.
• Es existieren bereits zahlreiche bewährte Methoden und Standards zur Entwicklung von Automobilen (zum Beispiel DIN 1319 oder ISO 26262). Bisher ist eine konkrete Anwendung einer Kombination dieser Methoden und Standards (zusammen mit den für Batteriesystemen notwendigen Adaptionen) zur Realisierung eines gesamten Nachweisverfahrens zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen gegen thermische Propagation in Fahrzeugen nicht erfolgt.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Konzept für ein neuartiges, optimiertes und zerstörungsfreies Nachweisverfahren zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen in Fahrzeugen aufzuzeigen, mit dem die Sicherheit eines Fahrzeugs gegen unerwünschte thermische Ereignisse nachgewiesen werden könnte, sowie ein Verfahren und die dazugehörigen Prüfstände bereitzustellen, mit dem dieses Nachweisverfahren im realen Entwicklungsgebrauch implementiert werden kann.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch Verfahren und Systeme zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nachweis- beziehungsweise Testverfahren für ein System zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dazu ein Erzeugen wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals mittels eines Signalgenerators. Das wenigstens eine artifizielle Sensorsignal bildet eine Reaktion von wenigstens einem im Fahrzeug verbauten Sensor auf das thermische Ereignis des elektrischen Energiespeichers nach. Ein reales Sensorsignal wird also simuliert. Das wenigstens eine artifizielle Sensorsignal wird an wenigstens ein Steuergerät des Fahrzeugs übermittelt. Daraufhin wird eine Reaktion des Steuergeräts und/oder eines oder mehreren damit gekoppelter weiterer Geräte auf das übermittelte artifizielle Sensorsignal überprüft.
• Mit Nachweis- bzw. Testverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise eine Anzahl von physischen Manipulationen am zu testenden Fahrzeugbatteriesystem verringert oder sogar komplett abgeschafft werden. Ferner brauchen nur wenige bis gar keine vertraulichen technischen Informationen zu Systemen und Komponenten preisgegeben werden. Durch die Verwendung artifizieller Sensorsignale ist das Nachweisverfahren zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen in Fahrzeugen ferner wiederholbar und Testergebnisse sind reproduzierbar.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen des vorgeschlagenen Verfahrens wird das artifizielle Sensorsignal basierend auf für den Sensor vorher durchgeführten Komponententests bzw. Messungen betreffend das thermische Ereignis erzeugt. Anhand der Messungen, bei denen das thermische Ereignis entweder real ausgelöst oder bevorzugt mittels Effektquellen simuliert und mittels eines potenziell später im Fahrzeug zu verbauenden Sensors gemessen wird, können reale Sensorsignale erhalten werden, aus denen dann Kennlinienfelder und daraus wiederum artifizielle Sensorsignale abgeleitet werden können. Beispiele für im Fahrzeug verbaubare Sensoren für das thermische Ereignis sind Temperatursensoren, optische Sensoren Spannungssensoren, Stromsensoren, Drucksensoren, Gassensoren, Rauchsensoren, Magnetfeldsensoren, kapazitiver Sensoren bzw. Sensoren basierend auf dem Prinzip von Impedanzmessungen.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen können die Komponententests bzw. Messungen für den Sensor betreffend das thermische Ereignis mittels wenigstens einer Testkammer durchgeführt werden, in die der Sensor platziert und in der das thermische Ereignis quasi unter definierten Laborbedingungen mittels Effektquellen nachgebildet werden kann. Die Effektquellen können je nach getestetem Sensor unterschiedlich und können z.B. ein Heizelement für einen Temperatursensor, eine Photonenquelle für einen optischen Sensor, eine Magnetfeldquelle für einen Magnetfeldsensor, eine Testgasquelle für einen Gassensor/Rauchsensor, eine Druckquelle/mechanische Spannungsquelle für einen Drucksensor, eine Spannungsquelle für einen Spannungssensor oder eine Test-Impedanz für einen Sensor basierend auf Impedanzmessungen sein. So müssen Fahrzeugbatterien nicht zerstört werden. Gegenüber herkömmlichen Verfahren führt das unter anderem zur Schonung der Umwelt, da es sich um ein zerstörungsfreies Nachweisverfahren handelt, bei dem keine giftigen Reaktionsprodukte in die Umwelt gelangen.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen führen die vorher durchgeführten Komponententests bzw. Messungen zu unterschiedliche Messkurven für unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher. Dazu können Effektquellen in einer Testkammer an fest spezifizierten Raumpunkten P_n(x_n, y_n, z_n) relativ zum Volumenschwerpunkt des Sensors platziert werden. Hierbei können gegebenenfalls mehrere Testreihen aufgenommen werden, damit verschiedenen Raumpunkte P_n(x_n, y_n, z_n) unabhängig voneinander getestet werden. Dadurch, dass unterschiedliche Messkurven für unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher (z.B. simuliert durch Effektquelle(n) in Testkammer) aufgezeichnet werden, können mit dem Testverfahren zum Beispiel unterschiedliche Einbausituationen des Sensors im Fahrzeug getestet und daraufhin ohne physische Umbaumaßnahmen optimale Einbausituationen für Sensor und/oder Batterie ermittelt werden. Das führt zur Wahrung der Designflexibilität, indem einem Hersteller Anzahl und Form der Sensorik, Anzahl und Form der Aktorik, Anzahl und Form der Steuergeräte sowie Anzahl und Form der eingesetzten Übertragungsmittel freigestellt wird und sich der Testaufwand dem ausgewählten Gesamtsystem anpasst.
• Um mögliche Einbausituationen des Sensors relativ zum elektrischen Energiespeicher (z.B. simuliert durch Effektquelle(n) in Testkammer) zu testen, kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen basierend auf den vorher (z.B. mittels Testkammer) durchgeführten Messungen eine Messkurve und damit ein artifizielles Sensorsignal aus einer Mehrzahl von Messkurven für unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher ausgewählt werden, welches einer geplanten Einbausituationen des Sensors relativ zum elektrischen Energiespeicher am besten entspricht. Dafür müssen keine realen bzw. physischen Umbauten im Fahrzeug vorgenommen werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen werden zum Erzeugen des artifiziellen Sensorsignals Messwerte der ausgewählten Messkurve mittels des Signalgenerators in elektrische Signale (analog oder digital) umgewandelt, die so aussehen als würden sie von einem realen Sensor kommen. Die Messkurve kann auf für den Sensor vorher durchgeführten Komponententests bzw. Messungen betreffend das thermische Ereignis basieren. Durch die Verwendung eines Signalgenerators können verschiedenste Sensorausgangssignale nachgebildet werden, ohne dass die Sensoren tatschlich physisch vorhanden sind. Warn- und Detektionssysteme können somit unabhängig vom Rest des Fahrzeugs getestet werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird beim Überprüfen getestet ob dem thermischen Ereignis entsprechende Warn- und/oder Interventionssignale vom Steuergerät und/oder dem einen oder mehreren weiteren Geräten erzeugt werden. Warnsignale können beispielsweise mittels akustischer und/oder optischer Warnmittel Fahrzeuginsassen vor dem thermischen Ereignis des elektrischen Energiespeichers warnen. Interventionssignale können beispielsweise Gegenmaßnahmen gegen das thermische Ereignis einleiten (z.B. Kühlung des elektrischen Energiespeichers oder Löschen eines Brandes). Somit kann die Warnfunktionalität von im Fahrzeug verwendeter Steuergeräte getestet werden, welche Sensorsignale überwachen und auswerten.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Erzeugen mindestens eines anderen artifizielles Sensorsignals entsprechend mindestens einem anderen Sensor oder einer anderen Einbausituation des Sensors, wenn die Reaktion des wenigstens einen Steuergeräts und/oder des oder der weiteren Geräte auf das artifizielle Sensorsignal nicht einer vorgeschrieben Reaktion auf das thermische Ereignis entspricht. Führt ein getestetes artifizielles Sensorsignal also beispielsweise nicht zum Auslösen eines Warnsignals, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass der (simulierte) Sensor entweder ungeeignet oder an einer ungeeigneten Stelle im Fahrzeug relativ zum elektrischen Energiespeicher verbaut ist. In diesem Fall kann ein anderes artifizielles Sensorsignal simuliert werden, dass die Reaktion eines anderen Sensors oder einen anderen Einbauort desselben Sensors simuliert. Dazu kann gemäß manchen Ausführungsbeispielen basierend auf den vorher (z.B. mittels Testkammer) durchgeführten Messungen eine Messkurve und damit ein anderes artifizielles Sensorsignal aus einer Mehrzahl von Messkurven für unterschiedliche Sensoren oder unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher ausgewählt werden, welches einem anderen Sensor oder einer anderen Einbausituationen des Sensors relativ zum elektrischen Energiespeicher entspricht.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann durch das Nachweis- bzw. Testverfahren ein thermisches Ereignis in Form eines thermischen Durchgehens, einer thermischen Propagation des elektrischen Energiespeichers, eines Auswurfs von Elektrolytflüssigkeit und/oder Aktivmaterial des elektrischen Energiespeichers, eines Ausgasens eines heißen Gases, Dampfes oder Rauches durch eine/mehrere Öffnungen des elektrischen Energiespeichers, eines Berstens/Platzens des elektrischen Energiespeichers oder in Form einer Explosion des elektrischen Energiespeichers simuliert werden. Es können also unterschiedlichste thermische Ereignisse untersucht werden, ohne diese real auslösen zu müssen. Wie oben bereits beschrieben, kann das thermische Ereignis dazu vorab in einer Testkammer mittels einer oder mehrerer Effektquellen simuliert und mittels eines Sensors eine oder mehrere Messkurven aufgezeichnet werden, aus denen dann wiederum artifizielle Sensorsignale erhalten werden können.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird durch das Testverfahren ein thermisches Ereignis eines elektrischen Energiespeichers in Form einer Lithium-Ionen-Batterie, einer Lithium-Schwefel-Batterie, einer Lithium-Luft-Batterie oder einer Natrium-Luft-Batterie simuliert. Es können also basierend auf jeweiligen Labordaten zu realistischen thermischen Ereignissen unterschiedlichste Batterietypen untersucht werden. Beispielsweise können solche Labordaten Aussagen über eine Temperaturentwicklung in einer Umgebung eines elektrischen Energiespeichers bei einer thermischen Propagation enthalten. Die Labordaten können dann als Grundlage für eine möglichst realistische Simulation des thermischen Ereignisses mittels der Effektquellen (z.B. Heizelement) herangezogen werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird durch das Testverfahren ein Sensorsignal wenigstens eines Sensors aus der Gruppe Temperatursensor, Spannungssensor, Stromsensor, Drucksensor, Gassensor, Rauchsensor, Magnetfeldsensor, kapazitiver Sensor bzw. Sensor basierend auf dem Prinzip von Impedanzmessungen simuliert. Es können also unterschiedlichste Sensortypen untersucht bzw. simuliert werden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Nachweis- bzw. Testsystem zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Das System umfasst einen Signalgenerator zum Erzeugen wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals, das eine Reaktion wenigstens eines im Fahrzeug verbauten Sensors ansprechend auf das thermische Ereignis des elektrischen Energiespeichers nachbildet, ein Fahrzeugsteuergerät mit einer Schnittstelle zum Empfangen des wenigstens einen artifiziellen Sensorsignals, und ein Prüfgerät zum Überprüfen einer Reaktion des wenigstens einen Steuergeräts und/oder eines oder mehreren damit gekoppelten weiteren Geräten ansprechend auf das artifizielle Sensorsignal.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zum Testen eines Sensors vorgeschlagen, der zum Detektieren eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst ein Platzieren des Sensors in einer Testkammer, ein Platzieren wenigstens einer Effektquelle in der Testkammer an einer vordefinierten Position relativ zu dem Sensor, ein Erzeugen von vordefinierten Umgebungsbedingungen in der Testkammer, ein Senden eines vordefinierten Testsignalverlaufs an die wenigstens eine Effektquelle und ein Ermitteln von Sensormesswerten betreffend eine von der Effektquelle basierend auf dem Testsignalverlauf erzeugten physikalischen Größe. Mit einem derartigen Komponententestverfahren können für das vorher beschriebene Nachweis- bzw. Testverfahren bzw. Testsystem benötigte artifizielle Sensorsignale erzeugt werden. Mittels der Effektquelle kann dabei eine dem thermischen Ereignis entsprechende physikalische Größe (z.B. Temperatur, Licht, Magnetfeld etc.) nachgebildet werden, d.h. der Testsignalverlauf umfasst eine Nachahmungskurve des thermischen Ereignisses. Diese physikalische Größe wird dann mittels des Sensors erfasst und entsprechende Sensorsignale aufgezeichnet. Somit kann eine Vielzahl unterschiedlicher artifizieller Sensorsignale erzeugt werden, welche für den Test des Warnsystems herangezogen werden können. Anhand der Messungen in der Testkammer können reale Sensorsignale für das thermische Ereignis erhalten werden, aus denen dann Kennlinienfelder und daraus wiederum artifizielle Sensorsignale abgeleitet werden können. Beispiele für im Fahrzeug verbaubare Sensoren für das thermische Ereignis sind Temperatursensoren, optische Sensoren Spannungssensoren, Stromsensoren, Drucksensoren, Gassensoren, Rauchsensoren, Magnetfeldsensoren, kapazitiver Sensoren bzw. Sensoren basierend auf dem Prinzip von Impedanzmessungen.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Umgeben des Sensors in der Testkammer mit einem Medium, welches eine Einbausituation des Sensors im Fahrzeug nachbildet. Beispiele für solche Medien sind Luft, Dämm- oder Isolierstoffe, Kunststoff- oder Metallgehäuse, etc.. Ein Medium kann z.B. auch eine Nachbildung einer Batterie enthalten. In diesem Fall wird von einer Dummybatterie gesprochen. Die Nachbildung kann über zumindest ähnliche physikalische Eigenschaften (z.B. Wärmeleitfähigkeit) wie die nachzubildende Batterie verfügen, braucht jedoch nicht über dieselbe technische Funktionalität verfügen. Eine Auswahlbedingung für ein Medium kann hierbei sein, dass die Art des Mediums mit der späteren realen Einbausituation übereinstimmt. Somit können reale Einbaubedingungen des Sensors im Fahrzeug geometrisch und/oder materialbezogen nachgeahmt werden und somit realistischere artifizielle Sensorsignale gewonnen werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird das Verfahren für unterschiedliche vordefinierte Positionen der Effektquelle relativ zum Sensor wiederholt. Dazu kann die Effektquelle in einer Testkammer an fest spezifizierten Raumpunkten P_n(x_n, y_n, z_n) relativ zum Volumenschwerpunkt des Sensors platziert werden. Hierbei können gegebenenfalls mehrere Testreihen aufgenommen werden, damit verschiedenen Raumpunkte P_n(X_n, y_n, z_n) unabhängig voneinander getestet werden. Somit können artifizielle Sensorsignale für unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher erhalten werden, die unterschiedlichen Einbaupositionen des Sensors im Fahrzeug entsprechen. Mit dem vorher beschriebenen Nachweisverfahren zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen in Fahrzeugen können dann simulativ unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor und Energiespeicher getestet werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Ermitteln wenigstens eines Kennlinienfeldes aus den Sensormesswerten für die unterschiedlichen vordefinierten Positionen der Effektquelle relativ zum Sensor. Ein so erzeugtes dreidimensionales Kennlinienfeld kann Raumpunkten P_n(x_n, y_n, z_n) eine Eignung zur Detektion unerwünschter thermischer Ereignisse in Form eines Zahlenwertes zuordnen. Unter anderem kann ein solch charakteristisches Kennlinienfeld Aufschluss darüber geben, wie weit ein Sensor maximal von seiner Effektquelle (z.B. Batterie) im Fahrzeug entfernt sein darf, um noch ordnungsgemäß zu funktionieren bzw. zu detektieren. Es kann außerdem zur Auslegung von Detektionssystemen herangezogen werden, weil das Kennlinienfeld den effektiven Wirkradius der Sensoren in Bezug auf das thermische Ereignis beschreibt. So kann bereits während der Auslegung des Detektionssystems beurteilt werden, ob alle potenziell gefährdeten Bereiche eines Batteriesystems durch Sensoren ausreichend abgesichert sind. Das Kennlinienfeld kann umso realitätsnäher und fahrzeugbezogener werden, je besser das den Sensor während des Tests umgebende Medium reale Einbaubedingungen geometrisch und materialbezogen nachahmt.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Effektquelle ein Heizelement für einen Temperatursensor, eine Photonenquelle für einen optischen Sensor, eine Magnetfeldquelle für einen Magnetsensor, eine Druckquelle/mechanische Spannungsquelle für einen Drucksensor, eine Spannungsquelle für einen Spannungssensor, eine Test-Impedanz für einen Sensor basierend auf Impedanzmessungen oder eine Testgasquelle für einen Gassensor/Rauchsensor. Durch derartige Effektquellen und mit Labordaten kann ein thermisches Ereignis eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug nachgebildet bzw. simuliert werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner eine Ermittlung, aus den Sensormesswerten, wenigstens eines Sensormerkmals aus der Gruppe Sensorempfindlichkeit, Sensoreinstelldauer, Sensorbetriebstemperaturbereich, Sensorübertragungsverhalten zwischen Messgröße zu Ausgangsgröße, Sensoransprechverhalten, Sensorauflösung, Sensorgenauigkeit (Offset, Gain, Nichtlinearität), Sensorausfallrate, Sensormessfrequenz. Durch Auswertung und Aufbereitung der Testdaten können beispielsweise 3D-Kennlinienfelder der Sensoren für den Einsatz bei thermischer Propagation in Fahrzeugbatterien und/oder das Ausfallverhalten über die Lebenszeit des Fahrzeugs erhalten werden. Diese Ergebnisse können dann für Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene verwendet werden. Mit derartigen Sensormerkmalen kann eine Erzeugung der artifiziellen Sensorsignale für das Nachweisverfahren zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen in Fahrzeugen noch realistischer erfolgen.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen umfasst der Testsignalverlauf ein oder mehrere Sprungsignale oder folgende weitere Signale: Impulsfunktion, Rampenfunktion, harmonische Funktion, Sägezahnfunktion, Chirpfunktion, Rechteckfunktion, weißes Rauschen. Unterschiedliche Signalverläufe können zur Ermittlung unterschiedlicher Sensormerkmale herangezogen werden. Beispielsweise kann mit einem Sprungsignal eine Sensoreinstelldauer oder eine Sensorempfindlichkeit ermittelt werden. Andere Signalformen eignen sich zur Ermittlung von anderen Sensormerkmalen.
• Eine erste Phase des Testsignalverlaufs kann beispielsweise ein einfaches Sprungsignal von einem definierten Startzustand zu einem Endzustand sein, dass von der Effektquelle als physikalisches Signal erzeugt werden soll. Dieses Sprungsignal erzeugt eine Sprungantwort vom Sensor. Aus der Sprungantwort des Sensors kann durch Anlegen eines Toleranzbandes um den Endzustand eine Einstelldauer des Sensors ermittelt werden. Nach Beendigung der ersten Phase kann eine kurze Pause eingelegt werden. In dieser kurzen Pause können ursprünglich anliegende Testbedingungen wiederhergestellt werden (z.B. Luftdruck, Umgebungstemperatur, Startzustand des Sensors insbesondere dann, wenn er eventuell einer möglichen Hysterese unterliegt etc.). Eine zweite Phase des Testsignalverlaufs kann beispielsweise eine Abfolge von sich abschwächenden Sprungsignalen sein. Ausgehend von einem definierten Startzustand werden verschiedene Endzustände durch die Effektquelle angenommen. Mit jedem neuen Sprungsignal kann zum Beispiel die Amplitude des Endzustandes zum vorherigen Zustand halbiert werden (oder um einen anderweitigen Faktor vermindert). Diese Verminderung der Sprungsignalamplitude wird zu einer Verringerung der Sprungantwortamplitude führen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Testphase wird das Anlegen der Sprungsignalamplitude nicht mehr zu einer Änderung der Sprungantwortamplitude führen. In diesem Moment kann die zweite Phase abgeschlossen sein. Aus den letzten Amplituden mit einer signifikanten Änderung können Auflösung und Ansprechschwelle des Sensors ermittelt werden. Aus der Abfolge der Sprungsignale kann eine Anfangsempfindlichkeit, eine mittlere Empfindlichkeit und eine Endempfindlichkeit ermittelt werden. Nach Beendigung der zweiten Phase kann eine kurze Pause eingelegt werden. In dieser kurzen Pause können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden. Ein einer weiteren Phase des Testsignalverlaufs kann beispielsweise eine Abfolge von treppenförmig sich verstärkenden bzw. sich abschwächenden Sprungsignalen sein. Ausgehend von einem Startzustand werden verschiedene Endzustände durch die Effektquelle angenommen. Diese Verstärkung bzw. Abschwächung kann n-mal (n = 1, 2, 3, ...) geschehen. Es kann hierbei darauf geachtet werden, ob eine Änderung der Messgröße zu einer Änderung der Ausgangsgröße führt. Ändert sich das Signal der Ausgangsgröße trotz Änderung der Messgröße nicht mehr oder nur unzureichend stark, so gilt in diesem Moment die Testphase als abgeschlossen. Aus der höchsten bzw. niedrigsten Amplitude der Sprungantwort können die Werte für den maximalen bzw. minimalen Wert des Messbereichs des Sensors ermittelt werden. Nach Beendigung der weiteren Phase können kurze Pausen eingelegt werden. In diesen kurzen Pausen können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden. In einer sich daran anschließenden Phase des Testsignalverlaufs kann eine Nachahmungskurve eines realen unerwünschten thermischen Ereignisses (z.B. thermische Propagation) sein. Die Nachahmungskurven des realen unerwünschten Ereignisses können beispielsweise durch vorherige Laborversuche oder Simulationen des thermischen Ereignisses gewonnen und in einem Testsignalkatalog für jeden Sensor(typ) definiert sein. Ausgehend von einem Startzustand kann die Nachahmungskurve durchlaufen und das Signal des Sensors durch ein Prüfgerät aufgezeichnet werden. Nach Beendigung der Phase kann eine kurze Pause eingelegt werden. In dieser kurzen Pause können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können zur Schonung der Umwelt dienen, da es sich um zerstörungsfreie Nachweisverfahren handelt, bei denen keine giftigen Reaktionsprodukte in die Umwelt gelangen. Ferner müssen keine Testfahrzeuge zerstört werden, wodurch sich eine erhöhte Wirtschaftlichkeit beim Prüfen von Fahrzeugen im Betrieb und beim Prüfen von Fahrzeugen zur Homologation ergeben kann. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dienen der Sicherheit für Entwickler von Warn- und Detektionssystemen gegen thermische Propagation, die nach den vorgeschlagenen Nachweisverfahren entwickeln können. Die Sicherheit für Prüfbehörden, die dieses Verfahren einsetzen, kann erhöht werden, da sie sicher sein können, dass Fahrzeuge, die dieses Nachweisverfahren einhalten, funktional sicher in Bezug auf die frühzeitige Warnung gegen unerwünschte thermische Ereignisse sind. Die Sicherheit für den Endkunden kann erhöht werden, da er sicher sein kann, dass sein Fahrzeug sicher vor thermischer Propagation ist. Die Sicherheit für den Hersteller kann erhöht werden, der sicher sein kann, dass sein Fahrzeug rechtlich konform ist. Mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann die Designflexibilität gewahrt werden, indem dem Hersteller Anzahl und Form der Sensorik, Anzahl und Form der Aktorik, Anzahl und Form der Steuergeräte sowie Anzahl und Form der eingesetzten Übertragungsmittel freigestellt wird und sich der Testaufwand dem ausgewählten Gesamtsystem anpasst.
• Mögliche Anwendungsbereiche von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind Detektions- und Warnsysteme von Elektro- und Hybridfahrzeugen mit einem wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, bei dem Bauartbedingt die Gefahr der Thermischen Propagation auftreten könnte. Eine weitere mögliche Anwendung umfasst stationäre elektrische Energiespeichersysteme, wie sie z.B. in mobilen Ladesäulen für Elektro- und Hybridfahrzeugen auftreten.
• Einige Beispiele von Vorrichtungen und/oder Verfahren werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein Blockdiagram eines Gesamtsystems zur Behandlung von thermisch unerwünschten Ereignissen;
• 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Testen eines Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel;
• 3 einen beispielhaften Testaufbau für ein Verfahren zum Testen eines Sensors gemäß 2;
• 4 ein beispielhaftes Messschema abzutastender Messpunkte für ein Kennlinienfeld;
• 5 einen beispielhaften Testsignalverlauf mit unterschiedlichen Messphasen;
• 6A-E ein ausführliches Flussdiagramm eines Funktionalitätstests für Sensoren gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel;
• 7 ein Schema zur Erstellung eines charakteristischen Kennlinienfeldes für thermische Propagation für einen untersuchten Sensor;
• 8 ein Flussdiagramm zum Funktionalitätstest für Sensoren auf Komponentenebene gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
• 9 ein Flussdiagramm eines Signalverarbeitungstests für ein Warnsystem zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug;
• 10 eine schematischen Versuchsaufbau für das Signalverarbeitungstest; und
• 11 ein Flussdiagramm für einen Signalverarbeitungstest gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
• Die 1 zeigt schematisch ein typisches Gesamtsystem 100 zur Behandlung von thermisch unerwünschten Ereignissen, wie zum Beispiel thermischer Propagation in einer wiederaufladbaren Batterie.
• Das schematisch dargestellte System 100 umfasst ein Batteriesystem mit wenigstens einer wiederaufladbaren Fahrzeugbatterie 110, die eine Mehrzahl von Batteriemodulen 110-1, 110-2, ..., 110-n umfasst. Dabei kann das Batteriemodul 110-1, 110-2, ..., 110-n beispielsweise aus einem Paket von Lithium-Ionen-Batteriezellen aufgebaut sein. Die Batteriemodule 110-1, 110-2, ..., 110-n sind jeweils mit einem Kühlsystem 120 und mit einer Batterieheizung 130 gekoppelt. Ferner sind die Batteriemodule 110-1, 110-2, ..., 110-n oder die Batteriezellen jeweils mit einem Sensor- bzw. Detektionssystem 140 und mit einem Interventionssystem 150 gekoppelt. Kühlsystem 120, Batterieheizung 130, Detektionssystem 140 und Interventionssystem 150 sind wiederum mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) 160 zur Überwachung, Regelung und zum Schutz der Fahrzeugbatterie 110 gekoppelt. Das BMS 160 kann dazu ein oder mehrere Steuergeräte umfassen.
• Unter dem Detektionssystem 140 kann ein System mit einem oder mehreren Sensoren verstanden werden, dass in-situ oder vorrausschauend ein thermisches Ereignis erkennen kann, wie z.B. einen Thermal Runaway bzw. einen Auslöser für einen Thermal Runaway (z.B. das Einschlagen eines Nagels) bzw. eine thermische Propagation zwischen den Batteriezellen eines Batteriemoduls 110-1, 110-2, ..., 110-n. Ein Detektionssystem erkennt Gefahren in-situ, falls es die Gefahr erst erkennt, wenn das thermische Ereignis als Fehlerfall bereits auftritt. Ein Detektionssystem erkennt Gefahren vorausschauend, falls es die Gefahr von einem thermischen Ereignis bereits erkennt, bevor der Fehlerfall eintritt. Einige Beispiele für Sensoren, die in dem Detektionssystem 140 verwendet werden können, sind Temperatursensoren, optische Sensoren, Magnetfeldsensoren, Drucksensoren, Spannungssensoren, Sensoren zur Impedanzmessung oder Gas-/Rauchsensoren.
• Unter dem Interventionssystem 150 kann ein System verstanden werden, dass gegen das thermische Ereignis intervenieren kann und die Folgen des thermischen Ereignisses lindert oder verhindert. Das Interventionssystem 150 ist aktiv, falls es durch ein Signal angesteuert werden kann. Das Interventionssystem 150 ist passiv, falls es nicht durch ein Signal angesteuert werden kann, sondern lediglich auf äußere Einflüsse reagiert.
• Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können das um das Batteriesystem 110 herum entworfene Gesamtsystem 100 zur Detektion- und Warnung von unerwünschten thermischen Ereignissen in seine kleinsten teilbaren technischen Einheiten zerlegen. Für jede dieser technischen Einheiten (Sensoren, Übertragungsmittel, BMS/Steuergeräte) können zunächst diverse Testdaten erhoben und verarbeitet werden. Dieser Zerlegungsansatz entstammt dem Grundgedanken des Vorgehensmodells (im Systems Engineering auch als V-Modell bezeichnet) und wird auf das System zur frühzeitigen Warnung der Fahrgastinsassen angewandt. Hierdurch findet ein großer Teil des Testaufwands auf Komponentenebene statt, wohingegen sich der Testaufwand für den Gesamtsystemnachweis reduziert und simulativ bzw. analytisch erfolgen kann. Der Nachweis der Funktionalität erfolgt integrativ durch Nachweis der Funktionalität der Einzelkomponenten. Dies steht im Gegensatz zu den derzeit eingesetzten triggerbasierten Testverfahren. Diese finden lediglich auf Gesamtsystem- oder -fahrzeugebene statt und erzeugen ein unerwünschtes thermisches Ereignis auf direktem Weg durch Zerstörung der Batterie. Der Nachweis einer korrekten Funktionalität findet durch reine Empirie auf direktem Weg statt. Deshalb müssen die Warnsysteme in Echtzeit die geforderte Reaktion auf reale Signale liefern.
• Anstelle des direkten Nachweisweges werden durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erhobene Testdaten in ein weiterhin vorgeschlagenes Nachweisverfahren zur funktionalen Sicherheit von Warn- und Detektionssystemen in Fahrzeugen eingespeist, dort simulativ bzw. analytisch verarbeitet und mit den in Standards, Vorschriften oder durch den Hersteller im Rahmen des Entwicklungsprozesses selbst definierten kritischen Schwellenwerten verglichen. Auf diesem indirekten Weg kann durch den Nachweis der funktionalen Sicherheit aller Komponenten die funktionale Sicherheit des Gesamtsystems 100 nachgewiesen werden.
• Ein Einsatz triggerbasierter Tests kann dadurch entfallen. Das Warnsystem wird wie zuvor zwar auf Gesamtsystem- oder -fahrzeugebene getestet, allerdings werden anstelle der realen Signale künstliche (artifizielle) Signale verwendet.
• Die für das simulative Nachweisverfahren erhobenen Testdaten sind in der überwiegenden Mehrzahl konventionelle Größen, die im Automobilbereich bzw. in der Industrie breite Verwendung finden und daher anerkannt sind und im Rahmen des Entwicklungs- und Erprobungsprozesses sowieso bestimmt werden müssten.
• Nachweis- bzw. Testverfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können unterteilt werden in Funktionalitätstests auf Komponentenebene, wie z.B. Funktionalitätstests für Sensoren, Funktionalitätstests für Steuergeräte/BMS, Funktionalitätstests für Übertragungsmittel und Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene. Die vorliegende Offenbarung beschäftigt sich insbesondere mit Funktionalitätstests für Sensoren und Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene.
• Funktionalitätstests für Sensoren des Detektionssystems 140 können dabei Testdaten, wie z.B. Ausfallrate, ASIL (Automotive Safety Integrity Level), Empfindlichkeit, Messbereich, Einstelldauer, Betriebstemperaturbereich, Funktionalität des Sensors, Überlastverhalten, Übertragungsverhalte, Ansprechschwelle, Auflösung etc. liefern. Durch Auswertung und Aufbereitung der Testdaten können beispielsweise ein 3D-Kennlinienfelder der Sensoren für den Einsatz bei thermischer Propagation in Fahrzeugbatterien und/oder das Ausfallverhalten über die Lebenszeit des Fahrzeugs erhalten werden. Diese Ergebnisse können dann für Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene verwendet werden.
• Funktionalitätstests für Steuergeräte/BMS 160 können Testdaten, wie z.B. Ausfallrate, ASIL, Ansprechzeit, Funktionalität des Steuergeräts/BMS, Überlastverhalten, etc. liefern. Durch Auswertung und Aufbereitung der Testdaten kann ein Struktogramm des Steuergeräts/BMS, Ansprechbedingungen für von Flags/Bits für Interventionen in der Fahrzeugbatterie und Warnungen an den Fahrer oder ein Ausfallverhalten über die Lebenszeit des Fahrzeugs erhalten werden. Diese Ergebnisse können dann für Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene verwendet werden.
• Funktionalitätstests für Übertragungsmittel können Testdaten, wie z.B. Ausfallrate, ASIL, Ansprechzeit, Funktionalität des Übertragungsmittels, Übertragungszeiten etc. liefern. Durch Auswertung und Aufbereitung der Testdaten können dann Aussagen über ordnungsgemäße Signalübertragung und/oder ein Ausfallverhalten der Übertragungsmittel über die Lebenszeit des Fahrzeugs erhalten werden. Diese Ergebnisse können dann für Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene verwendet werden.
• Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene können Testdaten erhalten werden, wie z.B. Testdaten betreffend Übertragungsverhalten des Steuergeräts/BMS oder betreffend die ordnungsgemäße Funktionalität der Warnanzeigen. Durch Auswertung und Aufbereitung der Testdaten können dann Aussagen über die ordnungsgemäße Funktionalität des Warnsystems im Realbetrieb erhalten werden.
• Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele von Funktionalitätstests für Sensoren beschrieben, die ausgebildet sind, um ein thermisches Ereignis eines elektrischen Energiespeichers in einem Fahrzeug zu detektieren. Ein grundlegender Ablauf eines Funktionalitätstests 200 für Sensoren ist in der 2 gezeigt.
• Der Funktionalitätstest 200 umfasst das Platzieren 210 eines Sensors in einer Testkammer, das Platzieren 220 wenigstens einer Effektquelle in der Testkammer an einer vordefinierten Position relativ zu dem Sensor, das Erzeugen 230 von vordefinierten Umgebungsbedingungen (z.B. Luftdruck, Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, etc.) in der Testkammer, das Senden 240 eines vordefinierten Testsignalverlaufs an die wenigstens eine Effektquelle und das Ermitteln 250 von Sensormesswerten betreffend eine von der Effektquelle basierend auf dem Testsignalverlauf erzeugten physikalischen Größe (z.B. Temperatur, Druck, Licht, etc.). Ein Ziel des Verfahrens 200 ist es, einen empirischen Beweis zu erbringen, dass der getestete Sensor als Komponente allein ein unerwünschtes thermisches Ereignis, wie z.B. einen Thermal Runaway oder thermische Propagation, erkennen kann. Ein weiteres Ziel des Verfahrens ist es, systematisch Daten über den verwendeten Sensor zu erheben, welche zur Auslegung eines Detektions- und Warnsystems gegen unerwünschte Ereignisse besonders relevant sind.
• Die 3 zeigt dazu einen schematischen Testaufbau 300 für einen Funktionalitätstest für Sensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel.
• Zunächst wird ein später im Fahrzeug verbauter Sensor 302 in eine Testkammer 304 eingebaut. Anschließend wird gegebenenfalls der Sensor 302 mit einem dem späteren Einbauort im Fahrzeug entsprechenden Medium 306 umgeben, wie z.B. Luft, Dämm- oder Isolierstoffe, Kunststoff- oder Metallgehäuse, etc.. Ein Medium kann z.B. auch eine Nachbildung einer Batterie enthalten. In diesem Fall wird von einer Dummybatterie gesprochen. Die Nachbildung verfügt über zumindest ähnliche physikalische Eigenschaften (z.B. Wärmeleitfähigkeit) wie die nachzubildende Batterie, muss jedoch nicht über dieselbe technische Funktionalität verfügen. Eine Auswahlbedingung für ein Medium kann hierbei sein, dass die Art des Mediums mit der späteren realen Einbausituation übereinstimmen muss. Den Sensor 302 optional umgebende Schalenteile können Material und Form eines späteren im Fahrzeug verbauten Mediums 306 nachahmen. Die Schalenteile können derart ausgestaltet sein, dass sie als Baukastensystem funktionieren. Das bedeutet, dass man aus mehreren Schalenteilen seine Geometrie möglichst detailgetrau nachahmen kann. Die Schalenteile können sich kraft- bzw. formschlüssig miteinander verbinden lassen.
• Als nächstes werden eine oder mehrere Effektquellen 308 in der Testkammer 304 platziert. Die Relativanordnung von Sensor 302 und einer Effektquelle 308 kann je nach dem betrachteten thermischen Ereignis und ausgewähltem Beobachtungsszenario variieren. Hierzu seien zwei Anordnungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Will man das Verhalten eines Sensors 302 für einen Thermal Runaway einer Batteriezelle in einem Batteriemodul 110-n einer Batterie 110 als unerwünschtes thermisches Ereignis testen, ohne dass eine Beeinflussung der Messergebnisse durch benachbarte Baugruppen stattfindet, so können Sensor 302 und Effektquelle 308 direkt beieinander platziert werden (ggf. mit einer zusätzlichen Dummybatterie (nicht dargestellt) falls der Sensor 302 im späteren Verbauungsort direkt an einer zu überwachenden Batteriezelle in einem Batteriemodul 110-n der Batterie 110 verbaut werden soll). Will man beispielsweise thermische Propagation zwischen mehreren Batteriezellen eines Batteriemoduls 110-n einer Batterie 110 als unerwünschtes thermisches Ereignis testen, so können Sensor 302 und Effektquelle 308 getrennt voneinander platziert werden (ggf. mit mehreren Dummybatterie(n) (nicht dargestellt) zwischen Effektquelle 308 und Sensor 302). Die Effektquellen 308 sind je nach getestetem Sensor 302 unterschiedlich und können z.B. ein Heizelement für einen Temperatursensor (A), eine Photonenquelle (B) für einen optischen Sensor, eine Magnetfeldquelle (C) für einen Magnetsensor, eine Testgasquelle (D) für einen Gassensor/Rauchsensor, eine Druckquelle/mechanische Spannungsquelle (E) für einen Drucksensor, eine Spannungsquelle (F) für einen Spannungssensor oder eine Test-Impedanz (nicht dargestellt) für einen Sensor basierend auf Impedanzmessungen sein. Die Effektquellen 308 sind durch das Prüfgerät 310 gesteuert und können ein physikalisches Signal erzeugen, welches das thermische Ereignis (z.B. thermische Propagation) nachbildet. Eine Basis dafür können zum Beispiel durch vorherige Laborversuche oder Simulationen des thermischen Ereignisses gewonnene Nachahmungskurven sein.
• Die Anordnung der Effektquellen 308 kann nach dem in 4 gezeigten Messschema an fest spezifizierten Punkten P_n(X_n, y_n, z_n) (n = 1, 2, 3, ...) relativ zum Volumenschwerpunkt V(x_v, y_v, z_v) des Sensors 302 erfolgen. Hierbei können gegebenenfalls mehrere Testreihen aufgenommen werden, damit alle Punkte P_n(x_n, y_n, z_n) unabhängig voneinander getestet werden. Möglich sind beispielsweise folgende Messpunkte (MP): $$\text{MP1}\left(\text{Xv}+\text{P; Yv; Zv}\right)\text{,}$$

  

  $$\text{MP2}\left(\text{Xv}-\text{P; Yv; Zv}\right)\text{,}$$

  

  $$\text{MP3}\left(\text{Xv; Yv}+\text{P; Zv}\right)\text{,}$$

  

  $$\text{MP4}\left(\text{Xv; Yv}-\text{P; Zv}\right)\text{,}$$

  

  $$\text{MP5}\left(\text{Xv; Yv; Zv}+\text{P}\right)\text{,}$$

  

  $$\text{MP6}\left(\text{Xv; Yv; Zv}-\text{P}\right)\text{,}$$

  

  wobei P ein wählbarer Abstand vom Volumenschwerpunkt ist. Beispielsweise kann P gewählt werden als 1 cm, 2,5 cm, 5 cm, 7,5 cm, 10 cm, 12,5 cm 15 cm, 17,5 cm, 20 cm, 22,5cm, 25 cm, 27,5 cm 30 cm, 32,5 cm, 35 cm, 37,5 cm, 40 cm.
• Nach dem Verbinden der Effektquellen 308 mit einer Steuereinheit eines Prüfgeräts 310 wird die Testkammer 304 verschlossen und Umgebungsgrößen wie Druck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc. auf spezifizierte Testbedingungen eingeregelt.
• Ein Testsignalverlauf kann durch das Prüfgerät 310 ausgewählt werden. Das Prüfgerät 310 kann mithilfe eines Signalgenerators das Testsignal elektrisch erzeugen und es an die Effektquelle(n) 308 übertragen. Die Effektquelle 308 wandelt das Testsignal in ein reales physikalisches Signal. Der Sensor 302 wiederum wandelt das physikalische Signal zurück in ein elektrisches Signal. Der reale zeitliche Signalverlauf von Testsignal (Messgröße X(t)) und vom Sensorsignal (Ausgangsgröße Y(t)) kann bei 312 aufgenommen und an das Prüfgerät 310 zurückgeführt werden.
• Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann das Testsignal in fünf unterschiedliche Phasen aufgeteilt werden, wobei jede Phase in spezieller Form geeignet ist, bestimmte charakteristische Eigenschaften des Sensors 302 zu ermitteln. Dazu ist ein beispielhafter Testsignalverlauf in 5 dargestellt.
• Phase I des Testsignals kann beispielsweise ein einfaches Sprungsignal von einem definierten Startzustand X_start zu einem Endzustand X₁ sein, dass von der Effektquelle 308 als physikalisches Signal erzeugt werden soll. Dieses Sprungsignal erzeugt eine Sprungantwort vom Sensor 302. Aus der Sprungantwort des Sensors 302 kann durch Anlegen eines Toleranzbandes um den Endzustand X₁ eine Einstelldauer des Sensors 302 ermittelt werden. Nach Beendigung von Phase I kann eine kurze Pause eingelegt werden. In dieser kurzen Pause können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden (z.B. Luftdruck, Umgebungstemperatur, Startzustand des Sensors insbesondere dann, wenn er eventuell einer möglichen Hysterese unterliegt etc.).
• Phase II des Testsignals kann beispielsweise eine Abfolge von sich abschwächenden Sprungsignalen sein. Ausgehend von einem definierten Startzustand X_start werden verschiedene Endzustände X₂ durch die Effektquelle 308 angenommen. Mit jedem neuen Sprungsignal kann zum Beispiel die Amplitude des Endzustandes zum vorherigen Zustand halbiert werden (oder um einen anderweitigen Faktor vermindert). Diese Verminderung der Sprungsignalamplitude X wird zu einer Verringerung der Sprungantwortamplitude Y führen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Testphase wird das Anlegen der Sprungsignalamplitude X nicht mehr zu einer Änderung der Sprungantwortamplitude Y führen. In diesem Moment gilt die Testphase II als abgeschlossen. Aus den letzten Amplituden mit einer signifikanten Änderung können Auflösung und Ansprechschwelle des Sensors 302 ermittelt werden. Aus der Abfolge der Sprungsignale kann eine Anfangsempfindlichkeit, eine mittlere Empfindlichkeit und eine Endempfindlichkeit ermittelt werden. Nach Beendigung von Phase II wird eine kurze Pause eingelegt. In dieser kurzen Pause können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden.
• Phase III bzw. Phase IV des Testsignals kann beispielsweise eine Abfolge von treppenförmig sich verstärkenden bzw. sich abschwächenden Sprungsignalen sein. Ausgehend von einem Startzustand X_start werden verschiedene Endzustände X₃ bzw. X₄ durch die Effektquelle 308 angenommen. Diese Verstärkung bzw. Abschwächung kann n-mal (n = 1, 2, 3, ...) geschehen. Es kann hierbei darauf geachtet werden, ob eine Änderung der Messgröße zu einer Änderung der Ausgangsgröße führt. Ändert sich das Signal der Ausgangsgröße trotz Änderung der Messgröße nicht mehr oder nur unzureichend stark, so gilt in diesem Moment die Testphase als abgeschlossen. Aus der höchsten bzw. niedrigsten Amplitude der Sprungantwort können die Werte für den maximalen bzw. minimalen Wert des Messbereichs des Sensors 302 ermittelt werden. Nach Beendigung von Phase III bzw. IV können kurze Pausen eingelegt werden. In diesen kurzen Pausen können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden.
• Phase V des Testsignals kann eine Nachahmungskurve (in 5 nicht dargestellt) eines realen unerwünschten thermischen Ereignisses (z.B. thermische Propagation) sein. Die Nachahmungskurven des realen unerwünschten Ereignisses können beispielsweise durch vorherige Laborversuche oder Simulationen des thermischen Ereignisses gewonnen und in einem Testsignalkatalog für jeden Sensor(typ) definiert sein. Ausgehend von einem Startzustand X_start kann die Nachahmungskurve durchlaufen und das Signal des Sensors 302 durch das Prüfgerät 310 aufgezeichnet werden. Nach Beendigung von Phase V kann eine kurze Pause eingelegt werden. In dieser kurzen Pause können die ursprünglich anliegenden Testbedingungen wiederhergestellt werden.
• Sind die gewünschten Kenngrößen (Empfindlichkeit, Auflösung, Ansprechschwelle, größter und niedrigster Wert des Messbereichs, Einstelldauer) ermittelt und beispielsweise in einem Speichermedium zwischengespeichert worden, so kann der eben beschriebene Testablauf so lange wiederholt werden, bis eine gewünschte Anzahl an Wiederholungen erreicht worden ist. Eine Wiederholung des Testablaufs am selben Messpunkt kann die gewonnenen Erkenntnisse statistisch absichern.
• Nachdem alle Wiederholungsschleifen durchlaufen worden sind, können die gewonnenen Testreihen statistisch ausgewertet werden. Details hierzu können beispielhaft dem Flussdiagramm 600 der 6A-6E entnommen werden.
• Sind alle Testreihen statistisch ausgewertet worden, können Schwellenwerte für Einstelldauer, Empfindlichkeit, Auflösung und Messbereich festgelegt werden. Diese Schwellenwerte können beispielsweise internen Entwicklungsanforderungen, gesetzlichen Vorschriften oder Normen entnommen werden. Die Schwellenwerte können als kritische Sicherheitsfaktoren verstanden werden, die nicht unter- bzw. überschritten werden sollen. Andernfalls kann der Sensor 302 seine geforderte Funktion nicht mehr erfüllen. Beispiel: Ein Thermal Runaway einer Batteriezelle kann Temperaturen von über 700°C erreichen. Der Messbereich eines Temperatursensors zur Erkennung eines Thermal Runaways sollte -20°C bis 200°C umfassen (idealerweise natürlich bis 700°C). Andernfalls kann er nicht dazu genutzt werden, um einen Thermal Runaway zu erfassen. Hieraus kann ein Entwickler einen Schwellenwert für den Messbereich des Temperatursensors entnehmen.
• Mithilfe von Gewichtungsfaktoren kann anschließend beispielsweise eine Gewichtungsfunktion zur Eignung des Sensors aufgestellt werden. Diese kann dem Sensor 302 einen Zahlenwert zuordnen. Die Höhe des Zahlenwertes spiegelt wider, wie gut ein Sensor die thermischen Ereignisse erkennen kann. Kann der Sensor die thermischen Ereignisse nur unzureichend erkennen, so kann die Eignungsfunktion beispielsweise den Wert null erhalten.
• Der bis hierhin beschriebene Testablauf kann jetzt für alle weiteren erforderlichen Messpunkte wiederholt werden. Liegen für alle Messpunkte P_n(x_n, y_n, z_n) die beschriebenen Daten vor, so kann ein multiples Regressionsmodell für die Eignungsfunktion erstellt werden. Das Regressionsmodell gilt lediglich für den Radius um den höchst gewählten Abstandswert P. Aus dem Regressionsmodell kann eine Funktionsfläche entwickelt werden, die jedem Raumpunkt seine Eignung zur Erkennung unerwünschter thermischer Ereignisse zuordnet. Dies ist schematisch in 7 wiedergegeben.
• Unter anderem kann ein solch charakteristisches Kennlinienfeld Aufschluss darüber geben, wie weit ein Sensor maximal von seiner Effektquelle im Fahrzeug entfernt sein darf, um noch ordnungsgemäß zu funktionieren bzw. zu detektieren. Es kann außerdem zur Auslegung von Detektionssystemen herangezogen werden, weil das Kennlinienfeld den effektiven Wirkradius der Sensoren in Bezug auf das thermische Ereignis beschreibt. So kann bereits während der Auslegung des Detektionssystems 140 beurteilt werden, ob alle potenziell gefährdeten Bereiche des Batteriesystems 110 durch Sensoren ausreichend abgesichert sind. Das Kennlinienfeld kann umso realitätsnäher und fahrzeugbezogener werden, je besser das den Sensor 302 während des Tests umgebende Medium 306 die realen Einbaubedingungen geometrisch und materialbezogen nachahmt. Im einfachsten und ungünstigsten Fall besteht es aus der Umgebungsluft. Im realistischsten Falle wird die Einbausituation des Sensors z.B. mit einer ungefährlichen Dummybatterie nachgeahmt, die über ähnliche Eigenschaften wie die echte Batterie verfügt (z.B. spezifische Wärmekapazität, Leitfähigkeiten etc.). Ein weiterer Vorteil eines solchen Kennlinienfeldes ist die Verfremdung der Rohdaten für einen zu späterem Zeitpunkt zu erbringenden Nachweis gegenüber einem Gremium oder einem Prüfdienst.
• An dieser Stelle ist der Funktionalitätstest 200 der Sensoren beendet. Der Versuchsaufbau kann zurückgebaut werden. In dem Flussdiagramm 800 der 8 wird das beschriebene Ausführungsbeispiel des Funktionalitätstests 200 noch einmal zusammengefasst.
• Ein entsprechender Test des Detektionssystems 140 zur Signalaufnahme auf Gesamtfahrzeugebene kann entfallen, da der Nachweis der Funktionalität des Detektionssystems 140 durch den Sensorfunktionalitätstest 200 auf Komponentenebene bereits erfolgt ist. Falls ein Hersteller dennoch simulativ oder experimentell einen Nachweis zur Signalaufnahme im Fahrzeug antreten möchte, so ist es ihm freigestellt.
• Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Funktionalitätstests des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene beschrieben. Ein Überblick des Tests 900 in Form eines Ablaufdiagramms wird in 9 gegeben.
• Das Funktionalitätstest 900 des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene umfasst das Erzeugen 910 wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals mittels eines Signalgenerators, wobei das wenigstens eine artifizielle Sensorsignal eine Reaktion wenigstens eines im Fahrzeug verbauten Sensors ansprechend auf das thermische Ereignis der Batterie nachbildet. Der Funktionalitätstest 900 umfasst ferner das Übermitteln 920 des wenigstens einen artifiziellen Sensorsignals an wenigstens ein Steuergerät des Fahrzeugs und ein Überprüfen 930 einer Reaktion des Steuergeräts und/oder eines oder mehreren damit gekoppelten weiteren Geräten auf das übermittelte artifizielle Sensorsignal. Ziel des Funktionalitätstests 900 ist es, einen empirischen Beweis dafür zu erbringen, dass die Signalverarbeitung des zu testenden Fahrzeugsystems ordnungsgemäß arbeitet und funktional sicher ist. Weiterhin soll geprüft werden, ob das installierte Warnsystem gegen das thermische Ereignis (z.B. thermische Propagation) einwandfrei funktioniert.
• Für den Funktionalitätstest 900 des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene kann ein Warn- und Detektionssystem 1000 einschließlich aller Sensoren 140, Übertragungsmittel, Steuergeräte 160 und Interventionssysteme 150 in der realen Einbausituation in einem Testfahrzeug eingebaut sein. Das Interventionssystem 150 kann wirkungslos geschaltet werden, d.h. alle an das Interventionssystem 150 gehenden Signale können ignoriert werden. Andernfalls kann der Datenfluss zum Interventionssystem 150 unterbrochen werden. Selbiges gilt für alle Sensoren des Detektionssystems140 des Fahrzeugs. Alle Übertragungsmittel können jedoch am zentralen Steuergerät bzw. am BMS 160 des Warn- und Detektionssystems angeschlossen bleiben. Das Warnsystem 1000 wird in keiner Form manipuliert. Idealerweise braucht keine Manipulation am Fahrzeug hardwareseitig vorgenommen werden, da über etwaige bauliche Gegebenheiten ein separater Zugriff auf die Systeme möglich ist und alle ungewollten Systeme und Komponenten zu Testzwecken softwareseitig abgeschaltet werden können.
• Anstelle von Sensoren des Detektionssystems 140 und Interventionssystem 150 kann ein Prüfgerät 1010 zur Signalerzeugung bzw. ein Prüfgerät 1020 zur Signalaufnahme angeschlossen werden. Das Prüfgerät 1010 kann hierbei einen Signalgenerator besitzen und echtzeitfähig sein. Mit dem Signalgenerator des Prüfgeräts 1010 werden ein oder mehrere artifizielle Sensorsignale entsprechend einem oder mehreren Sensoren erzeugt und mit Übertragungsmitteln 1030 an das Steuergerät 160 übertragen. Die Prüfgeräte 1010, 1020 können beispielsweise drahtlos oder per CAN-Bus-Schnittstelle mit den Fahrzeugen kommunizieren. Die Prüfgeräte 1010, 1020 können darüber hinaus anhand der Testergebnisse und hinterlegten Rechen- und Entscheidungsmodellen Vorschläge erteilen, in welche Richtung das System optimiert werden kann. 10 veranschaulicht schematisch den Versuchsaufbau.
• Zunächst ist eine Systembeschreibung des zu testenden Warn- und Detektionssystems 1000 hilfreich. Dazu kann in einem ersten Schritt ein Blockschaltbild des Warn- und Detektionssystems 100 erstellt werden. Das Blockschaltbild kann folgendes beinhalten:
• • Jeden Sensor in der Form eines Blocks
• • Jedes zuständige Steuergerät in der Form eines Blocks
• • Jedes Warnsystem in der Form eines Blocks
• • Jedes Interventionssystem in der Form eines Blocks
• • Jedes Übertragungsmittel sowie seine Verbindungspunkte mit Sensoren, Steuergeräten, Warnsystemen oder Interventionssystemen
• • Jede Batteriezelle in Form eines Blocks, sowie die Verschaltung der Batteriezellen zu Batteriemodulen und die Verschaltung der Batteriemodule zur Fahrzeugbatterie
• • Jedes sonstige in der Fahrzeugbatterie verbaute Element
• Das Blockschaltbild kann für jedes Element der Systembeschreibung zusätzlich realitätsgetreue Geometriedaten vorhalten. Das bedeutet, dass insbesondere Längen- und Größenangaben (Abstände, Bauteilformen) in der Systembeschreibung vermerkt sein können. Diese Angaben sind hilfreich, um später mit den Eignungsradien hantieren zu können.
• In einem nächsten Schritt können den Sensoren des Detektionssystems 100 ihre im Funktionalitätstest 200 ermittelten Kenngrößen zugeordnet werden (Art des Sensors, Ausfallrate, Auflösung, Empfindlichkeit, Ansprechschwelle, ASIL-Eignung, der ermittelte Wirkradius für unerwünschte thermische Ereignisse und die Einstelldauer, Kurven der Sensoren auf das Testsignal der Testphase V).
• Jetzt können dem Steuergerät 1010 die im Funktionalitätstest für Steuergeräte ermittelten Kenngrößen zugeordnet werden (Ausfallrate, ASIL-Eignung, Ansprechzeit, Übertragungsverhalten in Form der Bitmustertabelle, Struktogramm). Gleiches kann für die Übertragungsmittel 1030 (Ausfallrate, ASIL-Eignung, Übertragungszeit), das Interventionssystem (Ausfallrate, ASIL-Eignung) und das Warnsystem 1000 (Ausfallrate, ASIL-Eignung, Art und Anzahl der Alarme) getan werden.
• Als nächstes können aus der nachfolgenden Tabelle die Art der verbauten Sensoren ermittelt werden. In der Tabelle kann zusätzlich vermerkt worden sein, welches artifizielle Signal auf Komponentenebene hierzu in der oben beschriebenen Testphase V getestet worden ist. Im zuvor durchgeführten Funktionalitätstest 200 der Sensoren ist für jeden Messpunkt bereits eine Mess- bzw. Reaktionskurve auf das artifizielle Signal ermittelt worden.

  Sensor	Messgröße	Effektkette	Differential	Artifizielles Signal für Komponententest (für die Effektquellen)
  Magnetfeldsensor	B	Hall-Effekt	di/dt	Vorgegebener Wechselstromimpuls, der in die Zelle gegeben wird
  Temperatursensor (Thermoresitiv)	T	Widerstandsänderung bei Temperaturwechsel	dR/dT	Heizen des Sensors mit vorgegebener Leistungskurve und Heizelement
  Pyroelektrischer Sensor	ΔT	Pyroelektrischer Effekt	dP/dT	Heizen des Sensors mit Vorgegebener thermischer Teststrahlung
  Temperatursensor (Thermoelektrikum)	T	Seebeck-Effekt	dU/dT	Heizen der zugewandten warmen Kontaktseite mit einem Heizelement mit vorgegebener Leistunqskurve
  Temperatursensor (Thermistor)	T	Widerstandsänderung bei Temperaturwechsel	dR/dT	Heizen des Sensors mit Leistungskurve und Heizelement
  Temperatursensor (Bragg-Gitter Fasersensor)	T	Thermooptischer Effekt	dn/dT
  Temperatursensor (Warme bild kamera)	T	Photonenfluss in ein elektrisches Signal wandel n	dW/dT
  Gassensor	c	Wandlung der Gaskonzentration in ein elektrisches Signal	dc/dt	Fluten der Umgebung des Gassensors mit Testgas mit vorgegebener Querempfindlichkeit
  Impedanzspektroskopie	Z(f)		dZ/dT
  Stromsensor	I		di/dT bzw. di/dt
  Spannungssensor	U		dU/dT bzw. dU/dt
  Kapazitiver Sensor	C		dC/dT bzw- dC/dt
  Rauchsensor	c		Rauchentwicklung	Testgas mit vorgegebener Querempfindlich keit
  Piezoelektrischer Drucksensor	P	Piezoelektrischer Effekt	dp/dT bzw. dp/dt	Ausüben eines definierten Testdrucks auf den Sensor
  Drucksensor	P	Verschieden	dp/dT bzw. dp/dt	Ausüben eines definierten Testdrucks auf den Sensor

• Im nächsten Schritt können eine oder mehrere Batteriezellen als Effektquelle bestimmt werden. Ausgehend von der Effektquelle kann der Abstand zwischen Effektquelle und zu testendem Sensor im Gesamtfahrzeug bestimmt werden (z.B. Luftlinie). Eine Messkurve des Sensors aus dem Messpunkt, die dem Sensor am nächsten kommt, kann ausgewählt werden. (Variante B: Auch die Messkurven sind in Form eines multiplen Regressionsmodell verarbeitet worden. Dann können die Koordinaten des Sensors relativ zur Effektquelle bestimmt und die den Koordinaten zugeordnete Messkurve entnommen werden).
• Als nächstes kann das Prüfgerät 1010 an das BMS bzw. Steuergerät 160 angeschlossen werden, dass unmittelbar vor dem zu prüfenden Sensor sitzt. Um das entsprechende Steuergerät zu ermitteln, kann das Blockschaltbild benutzt werden. Hierzu kann die Verbindung des Sensors mit dem Steuergerät 160 in einer frei zu wählenden Form unterbrochen und der freiwerdende Kommunikationskanal mit dem Prüfgerät 1010 verbunden werden. Mithilfe des Signalgenerators kann die ausgewählte Messkurve bzw. das artifizielle Sensorsignal des Sensors in ein elektrisches Signal übersetzt und in das BMS 160 eingespeist werden. Die artifiziellen Testsignale können bei Bedarf kombiniert werden, um eine möglichst realistische Nachahmung des Systemverhaltens zu erzeugen.
• Die artifiziellen Signale können dazu führen, dass das zugehörige Warnsystem 1000 frühzeitig genug einen geforderten Alarm auslöst. Ein Schwellenwert für eine geforderte Auslösezeit kann Entwicklungsanforderungen oder gesetzlichen Vorschriften entnommen werden. Zudem sollten Ausgänge zum Interventionssystem 150 ordnungsgemäß (z.B. hinsichtlich Signalstärke und Signalmuster) und in der vorgesehenen Zeit geschaltet werden. Ein Schwellenwert für eine geforderte Auslösezeit kann Entwicklungsanforderungen oder gesetzlichen Vorschriften entnommen werden.
• Das im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel des Funktionalitätstests 900 des Warnsystems auf Gesamtfahrzeugebene ist zusammenfassend als ausführliches Ablaufdiagramm in der 11 dargestellt.
• Die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen ein neuartiges, optimiertes und zerstörungsfreies Nachweisverfahren, mit dem die Sicherheit eines Fahrzeugs gegen unerwünschte thermische Ereignisse nachgewiesen werden kann, sowie ein Verfahren und die dazugehörigen Prüfstände, mit dem dieses Nachweisverfahren im realen Entwicklungsgebrauch implementiert werden kann.
• Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
• Beispiele können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen eines oder mehrerer der obigen Verfahren sein oder sich darauf beziehen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Schritte, Operationen oder Prozesse von verschiedenen, oben beschriebenen Verfahren können durch programmierte Computer oder Prozessoren ausgeführt werden. Beispiele können auch Programmspeichervorrichtungen, z. B. Digitaldatenspeichermedien, abdecken, die maschinen-, prozessor- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare, prozessorausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren. Die Anweisungen führen einige oder alle der Schritte der oben beschriebenen Verfahren aus oder verursachen deren Ausführung. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. Digitalspeicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien umfassen oder sein. Weitere Beispiele können auch Computer, Prozessoren oder Steuereinheiten, die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLAs = (Field) Programmable Logic Arrays) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA = (Field) Programmable Gate Arrays), die zum Ausführen der Schritte der oben beschriebenen Verfahren programmiert sind, abdecken.
• Durch die Beschreibung und Zeichnungen werden nur die Grundsätze der Offenbarung dargestellt. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur illustrativen Zwecken dienen, um den Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den (die) Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik zu unterstützen. Alle hiesigen Aussagen über Grundsätze, Aspekte und Beispiele der Offenbarung sowie konkrete Beispiele derselben umfassen deren Entsprechungen.
• Ein als „Mittel zum...“ Ausführen einer bestimmten Funktion bezeichneter Funktionsblock kann sich auf eine Schaltung beziehen, die ausgebildet ist zum Ausführen einer bestimmten Funktion. Somit kann ein „Mittel für etwas“ als ein „Mittel ausgebildet für oder geeignet für etwas“ implementiert sein, z. B. ein Bauelement oder eine Schaltung ausgebildet für oder geeignet für die jeweilige Aufgabe.
• Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich jeder als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Signals“, „Mittel zum Erzeugen eines Signals“, etc. bezeichneter Funktionsblöcke kann in Form dedizierter Hardware, z. B „eines Signalanbieters“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ etc. sowie als Hardware fähig zum Ausführen von Software in Verbindung mit zugehöriger Software implementiert sein. Bei Bereitstellung durch einen Prozessor können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen gemeinschaftlich verwendeten Prozessor oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt sein, von denen einige oder von denen alle gemeinschaftlich verwendet werden können. Allerdings ist der Begriff „Prozessor“ oder „Steuerung“ bei Weitem nicht auf ausschließlich zur Ausführung von Software fähige Hardware begrenzt, sondern kann Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = Digital Signal Processor), Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC = Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbare Logikanordnung (FPGA = Field Programmable Gate Array), Nurlesespeicher (ROM = Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM = Random Access Memory) und nichtflüchtige Speichervorrichtung (storage) umfassen. Sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische, kann auch eingeschlossen sein.
• Ein Blockdiagramm kann zum Beispiel ein grobes Schaltdiagramm darstellen, das die Grundsätze der Offenbarung implementiert. Auf ähnliche Weise können ein Flussdiagramm, ein Ablaufdiagramm, ein Zustandsübergangsdiagramm, ein Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse, Operationen oder Schritte repräsentieren, die zum Beispiel im Wesentlichen in computerlesbarem Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ungeachtet dessen, ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist. In der Beschreibung oder in den Patentansprüchen offenbarte Verfahren können durch ein Bauelement implementiert werden, das ein Mittel zum Ausführen eines jeden der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
• Es versteht sich, dass die Offenbarung mehrerer in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarter Schritte, Prozesse, Operationen oder Funktionen nicht als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt werden soll, sofern dies nicht explizit oder implizit anderweitig, z. B. aus technischen Gründen, angegeben ist. Daher werden diese durch die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzt, es sei denn, dass diese Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen nicht austauschbar sind. Ferner kann bei einigen Beispielen ein einzelner Schritt, Funktion, Prozess oder Operation mehrere Teilschritte, -funktionen, -prozesse oder -operationen einschließen und/oder in dieselben aufgebrochen werden. Solche Teilschritte können eingeschlossen sein und Teil der Offenbarung dieses Einzelschritts sein, sofern sie nicht explizit ausgeschlossen sind.
• Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
• Bezugszeichenliste

100

Gesamtsystem

110

elektrischer Energiespeicher, Batteriesystem

120

Kühlsystem

130

Batterieheizung

140

Sensor-/Detektionssystem

150

Interventionssystem

160

BMS/Steuergerät

200

Komponententestverfahren

210

Platzieren eines Sensors in einer Testkammer

220

Platzieren einer Effektquelle an einer vordefinierten Position relativ zu dem Sensor

230

Erzeugen von vordefinierten Umgebungsbedingungen

240

Senden eines vordefinierten Testsignalverlaufs

250

Ermitteln von Sensormesswerten

300

Komponententestsystem

302

Sensor

306

Sensor umgebendes Medium

308

Effektquelle

310

Prüfgerät mit Steuereinheit für Effektquelle

312

Messung von Sensorsignalen

900

Testverfahren

910

Erzeugen eines artifiziellen Sensorsignals

920

Übermitteln eines artifiziellen Sensorsignals

930

Überprüfen einer Reaktion des Steuergeräts

1000

Warnsystem

1010

Prüfgerät mit Signalgenerator

1020

Prüfgerät zur Signalanalyse

1030

Übertragungsmittel

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• DIN 1319 [0006]
• ISO 26262 [0006]

Claims (15)

1. Testverfahren (900) für ein System (1000) zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers (110) in einem Fahrzeug, umfassend: Erzeugen (910) wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals mittels eines Signalgenerators (1010), wobei das wenigstens eine artifizielle Sensorsignal eine Reaktion wenigstens eines im Fahrzeug verbauten Sensors (140; 302) ansprechend auf das thermische Ereignis des elektrischen Energiespeichers (110) nachbildet; Übermitteln (920) des wenigstens einen artifiziellen Sensorsignals an wenigstens ein Steuergerät (160) des Fahrzeugs; und Überprüfen (930), ansprechend auf das übermittelte artifizielle Sensorsignal, einer Reaktion des Steuergeräts (160) und/oder eines oder mehreren damit gekoppelten weiteren Geräten (1000).
2. Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei das artifizielle Sensorsignal basierend auf für den Sensor (140; 302) vorher durchgeführten Messungen betreffend das thermische Ereignis erzeugt wird.
3. Verfahren (900) nach Anspruch 2, wobei die vorher durchgeführten Messungen unterschiedliche Messkurven für unterschiedliche relative Positionen zwischen Sensor (140; 302) und Energiespeicher (110) umfassen.
4. Verfahren (900) nach Anspruch 2 oder 3, wobei basierend auf den vorher durchgeführten Messungen eine Messkurve ausgewählt wird, welche einer geplanten Einbausituationen des Sensors (140; 302) relativ zum elektrischen Energiespeicher (110) am besten entspricht.
5. Verfahren (900) nach Anspruch 4, wobei beim Erzeugen des artifiziellen Sensorsignals Messwerte der ausgewählten Messkurve mittels des Signalgenerators (1010) in elektrische Signale umgewandelt werden.
6. Verfahren (900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Überprüfen überprüft wird, ob dem thermischen Ereignis entsprechende Warn- und/oder Interventionssignale von dem wenigstens einen Steuergerät (160) und/oder dem einen oder mehreren weiteren Geräten (1000) erzeugt werden.
7. Verfahren (900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Erzeugen mindestens eines anderen artifizielles Sensorsignals entsprechend mindestens einem anderen Sensor oder einer anderen Einbausituation des Sensors, wenn die Reaktion des wenigstens einen Steuergeräts (160) und/oder des oder der weiteren Geräte (1000) auf das artifizielle Sensorsignal nicht einer vorgeschrieben Reaktion auf das thermische Ereignis entspricht.
8. Verfahren (900) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Ereignis ein thermisches Durchgehen, eine thermische Propagation des elektrischen Energiespeichers, einen Auswurf von Elektrolytflüssigkeit und/oder Aktivmaterial des elektrischen Energiespeichers, ein Ausgasen eines heißen Gases, Dampfes oder der Rauches durch eine/mehrere Öffnungen des elektrischen Energiespeichers, ein Bersten/Platzen des elektrischen Energiespeichers, oder eine Explosion des elektrischen Energiespeichers umfasst.
9. Testsystem zum Erkennen eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers (110) in einem Fahrzeug, umfassend: einen Signalgenerator (1010) zum Erzeugen wenigstens eines artifiziellen Sensorsignals, das eine Reaktion wenigstens eines im Fahrzeug verbauten Sensors (140; 302) ansprechend auf das thermische Ereignis des elektrischen Energiespeichers (110) nachbildet; ein Fahrzeugsteuergerät (160) mit einer Schnittstelle zum Empfangen des wenigstens einen artifiziellen Sensorsignals; und ein Prüfgerät (1020) zum Überprüfen einer Reaktion des wenigstens einen Steuergeräts und/oder eines oder mehreren damit gekoppelten weiteren Geräten (1000) ansprechend auf das artifizielle Sensorsignal.
10. Verfahren (200) zum Testen eines Sensors (302) ausgebildet zum Detektieren eines thermischen Ereignisses eines elektrischen Energiespeichers (110) in einem Fahrzeug, das Verfahren umfassend: Platzieren (210) des Sensors in einer Testkammer (304); Platzieren (220) wenigstens einer Effektquelle (308) in der Testkammer (304) an einer vordefinierten Position relativ zu dem Sensor (302); Erzeugen (230) von vordefinierten Umgebungsbedingungen in der Testkammer; Senden (240) eines vordefinierten Testsignalverlaufs an die wenigstens eine Effektquelle (308); und Ermitteln (250) von Sensormesswerten betreffend eine von der Effektquelle (308) basierend auf dem Testsignalverlauf erzeugten physikalischen Größe.
11. Verfahren (200) nach Anspruch 10, ferner umfassend Umgeben des Sensors (302) in der Testkammer (304) mit einem Medium (306), welches eine Einbausituation des Sensors im Fahrzeug nachbildet.
12. Verfahren (200) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren für unterschiedliche vordefinierte Positionen der Effektquelle (308) relativ zum Sensor (302) wiederholt wird.
13. Verfahren (200) nach Anspruch 12, ferner umfassend Ermitteln wenigstens eines Kennlinienfeldes aus den Sensormesswerten für die unterschiedlichen vordefinierten Positionen der Effektquelle (308) relativ zum Sensor (302).
14. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Testsignalverlauf eine Nachahmungskurve des thermischen Ereignisses umfasst.
15. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Testsignalverlauf ein oder mehrere Sprungsignale oder folgende weitere Signale umfasst: Impulsfunktion, Rampenfunktion, Harmonische Funktion, Sagezahnfunktion, Chirpfunktion, Rechteckfunktion, weißes Rauschen.

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