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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Temperaturüberschreitung eines von einem Batteriemodul umfassten Bauteils nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art, ein Batteriemodul nach der im Oberbegriff von Anspruch 6 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.
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Elektrische und elektronische Bauteile können sich während ihrem Betrieb aufheizen. Dies begründet sich insbesondere dadurch, dass ein elektrischer Strom in einem elektrischen Leiter eine Wärmemenge Qw erzeugt. Diese Wärmeenergie ergibt sich als Produkt aus dem Quadrat der Stromstärke I mit dem ohmschen Widerstand R des Leiters und einer Zeitdauer t, während der Leiter mit Strom durchströmt wird. Ist die Erzeugung der Wärme unerwünscht, wird diese als Stromwärmeverlust oder ohmscher Verlust bezeichnet und führt zu einer Erwärmung des Leiters. Bei konstanter Leistung erwärmt sich der Leiter kontinuierlich, so lange bis ein Gleichgewichtszustand zwischen der vom Leiter aufgenommenen elektrischen Leistung und einem vom Leiter abgegebenen Wärmestrom erreicht ist. Dabei kann es vorkommen, dass der Leiter nur einen geringen Wärmestrom an die Umgebung abgeben kann, wodurch sich der Leiter so stark aufheizen kann, dass er beschädigt wird. Dies wird als thermisches Versagen bezeichnet und kann generell an allen stromführenden Bauteilen auftreten. Insbesondere Batterien bzw. Akkumulatoren können sich beim Be- und/oder Entladen stark aufheizen und hierdurch beschädigt werden, was in Abhängigkeit eines Batterietyps zu einem hohen Brandrisiko führen kann. Typischerweise weisen Akkumulatoren daher ein Batteriemanagementsystem auf, welches zur Überwachung, Regelung und zum Schutz des Akkumulators dient. Die einfachste Form eines Batteriemanagementsystems ist ein Laderegler, mit dem ein Ladestrom des Akkumulators innerhalb festgelegter Grenzen geregelt wird, um ein zu starkes Aufheizen des Akkumulators durch einen zu hohen Strom zu verhindern.
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Um Batteriebrände oder eine thermisch bedingte Schädigung von Batterien zuverlässig zu vermeiden, weisen Batterien typischerweise einen thermischen Bauteilschutz auf. Hierzu wird meist ein Zusammenhang zwischen einem durch einen Leiter fließenden Strom und einer sich hierbei einstellenden Temperatur genutzt. Dieser Zusammenhang ergibt sich beispielsweise aus einem Kennfeld und/oder einer Simulation. Für einen erhöhten Schutz werden außerdem punktuell Stromsensoren eingesetzt. Nachteilig ist dabei jedoch, dass mit Hilfe der Kennfelder und Simulationen ein tatsächlicher Temperaturanstieg eines bestimmten, von einer Batterie umfassten, Bauteils nicht festgestellt werden kann und das Vorsehen von punktuellen Stromsensoren mit einem hohen Aufwand verbunden ist.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung und Regelung eines Batteriestatus bekannt, bei denen ein thermisch bedingtes Versagen wenigstens einer Batteriekomponente durch Überwachen einer Stoffkonzentration eines bestimmten Gases oder Gasgemisches mit Hilfe eines Gassensors feststellbar ist. Dabei verändert sich die Stoffkonzentration des Gases oder des Gasgemisches in Abhängigkeit einer Bauteiltemperatur. Ein solches Verfahren und Sensorsystem ist beispielsweise aus der
WO 2019/135486 A1 bekannt, bei dem mit Hilfe des Gassensors aus einer Batterie strömendes Gas detektiert wird. Ferner offenbart die
KR 102051809 B1 ein Verfahren und eine Batterieschutzvorrichtung, welche einen Metalloxid-Gassensor benutzen, um flüchtige organische Verbindungen (VOC) zu detektieren. Außerdem offenbart die
CN 103554805 B eine thermosensitive Verbindung, welche Ammoniakwasser oder Ammoniumhydrogenkarbonat umfasst und die bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur Ammoniak freisetzt. Die Druckschrift offenbart ein Aufbringen einer solchen thermosensitiven Verbindung auf einem zu überwachenden Bauteil, welches dann bei Überschreiten der bestimmten Temperatur Ammoniak ausgast, was mit Hilfe eines Gassensors feststellbar ist. Insbesondere handelt es sich bei dem zu überwachenden Bauteil um eine Komponente eines elektronischen Geräts. Eine weitere Vorrichtung zum Feststellen einer Bauteil-Temperaturüberschreitung durch Gasdetektion ist auch aus der
JP 05157633 A bekannt. Nachteilig bei den zitierten Druckschriften ist jedoch, dass lediglich das Überschreiten einer festgelegten Temperatur eines zu überwachenden Bauteils oder das generelle Versagen einer Batteriekomponente feststellbar ist. Eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Versagensmechanismen ist mit den in den Druckschriften offenbarten Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung einer Temperaturüberschreitung eines von einem Batteriemodul umfassten Bauteils sowie ein entsprechendes Batteriemodul anzugeben, bei denen nach Feststellen eines thermisch bedingten Schadensfalls auch eine Versagensursache feststellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung einer Temperaturüberschreitung eines von einem Batteriemodul umfassten Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriemodul ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Bei einem Verfahren zur Überwachung einer Temperaturüberschreitung eines von einem Batteriemodul umfassten Bauteils der eingangs genannten Art, umfasst erfindungsgemäß das Batteriemodul wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren mit unterschiedlicher Sensitivität und/oder Selektivität, wobei durch eine Auswertung einer Signaldynamik von den wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren ausgegebenen Sensorsignalen das Auftreten eines thermisch bedingten Schadens festgestellt wird, und in Abhängigkeit von versagensartspezifischer Signaldynamiken eine Versagensursache des Schadens festgestellt wird.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, einen Sensoraufwand zur Überwachung einer hohen Anzahl vom Batteriemodul umfasster Bauteile zu reduzieren. So ist es nicht mehr nötig, jedes zu überwachende Bauteil mit einem eigenen Sensor zu versehen, da ein generelles Versagen wenigstens eines Bauteils durch Feststellen einer sich ändernden Gaskonzentration mit Hilfe der wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren detektiert werden kann. Es ist zwar nicht möglich, dass genaue Bauteil, welches versagt hat, zu bestimmen, jedoch ist es möglich, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen verschiedenen für das Versagen verantwortliche Ursachen zu unterscheiden. Dies ist insbesondere relevant, um ein Batterieregelverhalten an die Versagensursache anzupassen. Durch Einsatz von Metalloxid-Gassensoren zur Detektion von Ammoniak lässt sich das thermisch bedingte Versagen sowie die Versagensursache zudem besonders zuverlässig feststellen. Dies begründet sich im physikalischen Funktionsprinzip der Metalloxid-Gassensoren, welche auf eine reduzierende oder oxidierende Atmosphäre mit einer Widerstandsverringerung bzw. Widerstandserhöhung reagieren. In Abhängigkeit verschiedener Versagensarten verschiedener vom Batteriemodul umfasster Bauteile stellen sich unterschiedliche reduzierende bzw. oxidierende Atmosphären ein. Die wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren werden dabei so ausgeführt, dass sie aufgrund ihrer abweichenden Sensitivität und/oder Selektivität zwischen den unterschiedlichen reduzierenden oder oxidierenden Atmosphären unterscheiden können und somit ein Unterscheiden zwischen verschiedenen Versagensursachen ermöglicht wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens sieht vor, dass die Versagensursache wenigstens eine der folgenden Ursachen umfasst:
- - Leckage wenigstens einer vom Batteriemodul umfassten galvanischen Zelle;
- - Entlüftung wenigstes einer vom Batteriemodul umfassten galvanischen Zelle;
- - thermisches Durchgehen wenigstens einer vom Batteriemodul umfassten galvanischen Zelle;
- - Einbruch eines Kühlmittels in einen vom Batteriemodul umfassten Innenraum;
- - Überschreiten einer lokalen Übertemperatur wenigstens eines zu überwachenden Bauteils des Batteriemoduls; und/oder
- - Auftreten eines Kabelbrands im Innenraum.
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In Abhängigkeit der verschiedenen Versagensursachen entsteht im Batterieinnenraum eine unterschiedlich stark reduzierende bzw. oxidierende Atmosphäre, was mit Hilfe der wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren, die eine unterschiedliche Sensitivität und/oder Selektivität aufweisen, feststellbar ist. Sowohl bei einer Leckage einer galvanischen Zelle als auch bei Entlüftung einer galvanischen Zelle tritt beispielsweise von der galvanischen Zelle umfasstes Lösungsmittel, insbesondere Dimethylcarbonat bei Lithium-Ionen-Zellen, aus der galvanischen Zelle in den Batterieinnenraum aus. Dabei tritt das Dimethylcarbonat bei Zellleckage langsam und bei Entlüftung der galvanischen Zelle, insbesondere bei einem thermischen Durchgehen der Zelle, besonders schnell in den Innenraum ein. Somit nimmt eine reduzierende Wirkung der im Innenraum vorliegenden Atmosphäre bei Entlüftung der galvanischen Zelle und/oder thermischen Durchgehen der galvanischen Zelle schneller zu als bei Leckage der galvanischen Zelle, was sich besonders deutlich in einer unterschiedlichen Signaldynamik zeigt. Insbesondere durch Verwendung von Metalloxid-Gassensoren, die eine unterschiedliche Selektivität aufweisen, können verschiedene Substanzen unterschieden werden. So lässt sich beispielsweise ein Kühlmitteleinbruch eines Glykol haltigen Kühlmittels von einer Zellleckage unterscheiden, bei der Dimethylcarbonat in den Innenraum eintritt, indem ein entsprechendes Sensorsignal von einem Metalloxid-Gassensor ausgegeben wird, welcher ein Verdampfen von Glykol feststellen kann, und kein auffälliger Ausschlag in einem Sensorsignal vorliegt, welches von einem Metalloxid-Gassensor ausgegeben wird, der ein Verdampfen von Dimethylcarbonat feststellen kann.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Auswertung der Signaldynamik eine zeitliche Änderung wenigstens eines Sensorsignals und/oder eine Sensorsignalvarianz betrachtet. Verschiedene Versagensursachen wirken sich unterschiedlich auf den zeitlichen Verlauf eines Sensorsignals sowie die Sensorsignalvarianz aus, wodurch die verschiedenen Versagensursachen besonders zuverlässig unterschieden werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ferner vor, dass die Auswertung der wenigstens zwei Sensorsignale ein Durchlaufen eines Entscheidungsbaums oder einer Analyse durch künstliche Intelligenz umfasst. Durch Auswertung der wenigstens zwei Sensorsignale durch Durchlaufen eines Entscheidungsbaums können verschiedene Versagensursachen besonders einfach unterschieden werden. Liegt dabei beispielsweise ein erstes Sensorsignal innerhalb eines ersten Wertebereichs und wenigstens ein zweites Sensorsignal innerhalb wenigstens eines zweiten Wertebereichs, handelt es sich beispielsweise um eine erste Versagensursache. Liegt hingegen eines der Sensorsignale in einem hierzu abweichenden, beispielsweise einem dritten Wertebereich, handelt es sich um eine andere Versagensursache. Eine Tiefe und Komplexität des Entscheidungsbaums kann dabei beliebig sein. Ferner kann ein von einem Sensor bereitgestelltes Signal auch mehrmals im Entscheidungsbaum vorhanden sein, beispielsweise einmal als normierte Größe und einmal eine Varianz des Sensorsignals. Generell lassen sich Zusammenhänge zwischen Sensorsignalen, Wertebereichen und Versagensursache zum Aufbau des Entscheidungsbaums durch Vorabtests bestimmen.
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Durch Auswerten der Sensorsignale mit Hilfe künstlicher Intelligenz lassen sich gegebenenfalls Muster erkennen, welche auf eine bestimmte Versagensursache schließen lassen, jedoch beim Durchlaufen eines manuell erstellten Entscheidungsbaums nicht auffindbar wären. Somit ist eine noch zuverlässigere Feststellung eines thermisch bedingten Schadens sowie einer entsprechenden Versagensursache möglich.
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Bevorzugt erfolgt vor Auswertung der wenigstens zwei Sensorsignale eine Signalvorverarbeitung, wobei insbesondere ein Einfluss einer Temperaturänderung wenigstens eines der Metalloxid-Gassensoren auf das von diesem ausgegebene Sensorsignal berücksichtigt wird. Eine Betriebstemperatur von Metalloxid-Gassensoren ist mit Hilfe eines integrierten Heizers regelbar. Hierdurch lässt sich Sensitivität der Metalloxid-Gassensoren gezielt einstellen und Umgebungstemperaturschwankungen ausgleichen. Bis ein Metalloxid-Gassensor seine Betriebstemperatur erreicht hat, gibt er aufgrund einer mit der Temperatur schwankenden Sensitivität von seinem einsatzbereiten Zustand abweichende Sensorsignale aus. Mit Hilfe der Signalvorverarbeitung kann dem Rechnung getragen werden, um ein fälschliches Detektieren eines thermisch bedingten Versagens zu verhindern. Ferner dient die Signalvorverarbeitung dazu wenigstens eines der Sensorsignale vorteilhaft zu transformieren, beispielsweise damit ein Auswertealgorithmus, der Entscheidungsbaum, oder die künstliche Intelligenz das Sensorsignal besonders einfach verarbeiten kann. Beispielsweise kann eines der Sensorsignale mit einem Faktor multipliziert werden, um eine Größenordnung des Sensorsignals anzupassen. Auch ist es möglich, eines der Sensorsignale zu normieren, durch eine Rechenvorschrift aus den wenigstens zwei Sensorsignalen ein drittes Sensorsignal zu erzeugen, beispielsweise ein drittes Sensorsignal in Form eines relativen Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Sensorsignal, oder auf eine andere Art und Weise vorzuverarbeiten.
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Bei einem Batteriemodul mit einem einen Innenraum im Wesentlichen vollständig umschließenden Batteriemodulgehäuse, mit wenigstens zwei im Innenraum angeordneten galvanischen Zellen, welche über wenigstens einen Zellverbinder elektrisch leitend kontaktiert sind, mit wenigstens einem Kabel, mit einem Batteriemanagementsystem und einer Zustandsüberwachungselektronik, umfasst die Zustandsüberwachungselektronik erfindungsgemäß wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren und wenigstens ein zu überwachendes Bauteil weist eine thermosensitive Beschichtung auf, welche bei Überschreiten einer kritischen Temperatur wenigstens Ammoniak freisetzt, wodurch die Zustandsüberwachungselektronik dazu eingerichtet ist, ein im vorigen beschriebenes Verfahren durchzuführen. Tritt ein thermisch bedingter Schaden in einem beliebigen Bauteil des Batteriemoduls auf, der zu einer Stoffkonzentrationsänderung wenigstens eines Gases bzw. eines Gasgemisches im Innenraum führt, lässt sich dies mit Hilfe der wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren feststellen, woraufhin durch Auswerten einer Signaldynamik von wenigstens zwei durch die wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren ausgegebenen Sensorsignalen auch eine Versagensursache festgestellt wird. Eine Anordnung der Bauteile des Batteriemoduls und der wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren kann dabei beliebig sein, da sich beim Schadensfall austretendes Gas bzw. Gasgemisch im Innenraum des Batteriemoduls verteilt. Dies ermöglicht es einen Sensoraufbau zur Durchführung eines im vorigen beschriebenen Verfahrens besonders einfach zu gestalten, da nicht an jedem zu überwachenden Bauteil ein separater Sensor, beispielsweise ein Stromsensor, vorgesehen werden muss. Hierdurch können Kosten eingespart werden.
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Bevorzugt umfasst die thermosensitive Beschichtung des wenigstens einen zu überwachenden Bauteils wenigstens anteilsweise Ammoniumbenzoat. Hierbei handelt es sich um ein Ammoniaksalz, welches sich ab einer Temperatur von 198° C zersetzt und Ammoniak freisetzt. Hierdurch eignet sich Ammoniumbenzoat besonders zur Kontrolle, ob das zu überwachende Bauteil eine Temperatur von 198° C überschritten hat.
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Ein Fahrzeug umfasst erfindungsgemäß ein im vorigen beschriebenes Batteriemodul. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug, insbesondere um ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, handeln. Beispielsweise ist das Fahrzeug als Pkw, Lkw, Transporter, Bus, Motorrad oder dergleichen ausgeführt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und des Fahrzeugs ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Batteriemodul;
- 2 eine perspektivische Darstellung mehrerer vom Batteriemodul umfasster galvanischer Zellen;
- 3 eine Seitenansicht eines Modulverbinders zum Kontaktieren galvanischer Zellen;
- 4 ein Schaubild zur Veranschaulichung einer Signalverarbeitung von Metalloxid-Gassensoren bereitgestellten Sensorsignalen;
- 5 ein Diagramm mit einer qualitativen Darstellung eines zeitlichen Sensorsignalverlaufs;
- 6 ein Diagramm mit einer qualitativen Darstellung einer Varianz des Sensorsignale; und
- 7 einen Ausschnitt eines Entscheidungsbaums zur Bestimmung einer Versagensursache.
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Ein in 1 dargestelltes Batteriemodul 1 umfasst ein Batteriemodulgehäuse 8, welches einen Innenraum 6 im Wesentlichen vollständig umschließt und gegenüber einer Umgebung abschirmt. Im Innenraum 6 sind mehrere galvanische Zellen 5 angeordnet, welche über Zellverbinder 9.1, beziehungsweise Modulverbinder 9.2 und Kabel 10 miteinander elektrisch leitend kontaktiert sind. Zur Energieversorgung eines Verbrauchers ragen aus dem Batteriemodulgehäuse 8 zwei Ableiter 14 heraus. Während des Betriebs des Batteriemoduls 1 können verschiedene Versagensarten auftreten. Beispielsweise kann eine galvanische Zelle 5 beschädigt werden, wodurch von der galvanischen Zelle 5 umfasstes Elektrolyt in den Innenraum 6 ausläuft und dort verdampft, ebenso kann eine Entlüftung der galvanischen Zelle 5 stattfinden, bei der von der galvanischen Zelle 5 umfasstes Elektrolyt direkt in den Innenraum 6 ausgast, was im schlimmsten Fall zu einem thermischen Durchgehen der galvanischen Zelle führen kann, oder damit einhergeht. Dabei heizt sich die galvanische Zelle 5 stark auf und kann Feuer fangen. Aufgrund einer Erhitzung des Batteriemoduls 1 während dem Betrieb wird dieses typischerweise mit Hilfe eines nicht dargestellten Kühlmittels gekühlt. Bei Beschädigung des Batteriemoduls 1 kann es auch vorkommen, dass das Kühlmittel in den Innenraum 6 eindringt. Dabei kann auch das Kühlmittel ausgasen. Fernern können vom Batteriemodul 1 umfasste zu überwachende Bauteile 2, beispielsweise die Zell- oder Modulverbinder 9.1, 9.2, lokale Übertemperaturen aufweisen, wodurch diese beschädigt werden. So kann beispielsweise ihre elektrische Leitfähigkeit nachteilig beeinflusst werden, und/oder sie können sich so stark erhitzen, dass sie schmelzen. Ferner können im Innenraum 6 angeordnete Kabel 10 Feuer fangen. Um das Überschreiten einer lokalen Übertemperatur wenigstens eines zu überwachenden Bauteils 2 festzustellen, ist erfindungsgemäß wenigstens ein zu überwachendes Bauteil 2 mit einer thermosensitiven Beschichtung 3, welche in 3 dargestellt ist, beschichtet. Diese setzt bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur ein Gas, insbesondere Ammoniak, frei. Dabei geht jede im vorigen genannte Versagensart mit dem Ausgasen wenigstens eines charakteristischen Stoffes einher. Um dies festzustellen umfasst das Batteriemodul 1 wenigstens zwei Metalloxid-Gassensoren 4.1 und 4.2, welche mit einem Batteriemanagementsystem 11 verbunden sind, welches die von den Metalloxid-Gassensor 4.1 und 4.2 ausgegebenen Sensorsignale auswertet. Dabei kann eine Anordnung des Batteriemanagementsystems 11 sowie der Metalloxid-Gassensoren 4.1 und 4.2 beliebig sein. Beispielsweise können sie wie in 1 dargestellt so angeordnet sein, dass das Batteriemanagementsystem 11 außerhalb des Batteriemodulgehäuses 8 vorgesehen ist, und die Metalloxid-Gassensoren 4.1 und 4.2 sich hieran direkt auf einer dem Innenraum 6 zugewandten Seite des Batteriemodulgehäuses 8 anschließen. Die Metalloxid-Gassensoren 4.1 und 4.2 können jedoch auch mittig zwischen den galvanischen Zellen 5 oder in einer beliebigen anderen Stelle im Innenraum 6 angeordnet sein. Dadurch, dass sich die im Schadensfall ausgasenden Stoffe im Innenraum 6 verteilen, kann mit einem geringen Sensoraufwand eine Fehlfunktion eines beliebigen zu überwachenden Bauteils 2 festgestellt werden. Das Batteriemanagementsystem 11 kann so eine Zustandsüberwachungselektronik 12 ausbilden. Bei dem Batteriemodul 1 kann es sich ferner um ein Batteriemodul 1 für ein Fahrzeug 13 handeln.
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2 zeigt wie die galvanischen Zellen 5 mit Hilfe der Zellverbinder 9.1 elektrisch leitend kontaktiert sind. Dabei umfassen die galvanischen Zellen 5 jeweils einen Plus- und Minuspol, an welchen die Zellverbinder 9.1 angebracht werden. Dabei können die Zellverbinder 9.1 beliebig mit den galvanischen Zellen 5 kontaktiert sein. So können die Zellverbinder 9.1 beispielsweise verschraubt, gesteckt, oder geklemmt werden.
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3 verdeutlicht, an welcher beispielhaften Stelle die thermosensitive Beschichtung 3 an zu überwachenden Bauteilen 2 vorgesehen werden kann. Hierzu ist ein Modulverbinder 9.2 vergrößert dargestellt. Der Modulverbinder 9.2 umfasst ein Kabel 10, welches über einen Kabelschuh 15 mit einem Kontaktvorsprung 16 verbunden ist. Der Kontaktvorsprung 16 wiederum ist an seiner Oberfläche wenigstens teilweise mit der thermosensitiven Beschichtung 3 beschichtet. Heizt sich der Modulverbinder 9.2 während dem Betrieb des Batteriemoduls 1 unzulässig stark auf, so gast die thermosensitive Beschichtung 3 nach Überschreiten einer von einer Zusammensetzung der thermosensitiven Beschichtung 3 abhängigen Temperatur Ammoniak aus.
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4 zeigt eine Trägerplatte 17, welche zur Aufnahme von mehreren Metalloxid-Gassensoren 4 dient. Dabei sind in 4 vier Metalloxid-Gassensoren 4.1 - 4.4 auf der Trägerplatte 17 angeordnet. Die Metalloxid-Gassensoren 4 sind über eine Datenleitung 18 an das Batteriemanagementsystem 11 angeschlossen. Im Schritt 11.1 erfolgt eine Signalvorverarbeitung der Sensorsignale, beispielsweise werden diese gefiltert, skaliert oder normalisiert. Zur besseren Veranschaulichung einer Signaldynamik wird im Schritt 11.2 eine Ableitung und/oder eine Varianz der Sensorsignale bestimmt. Die vorverarbeiteten Sensorsignale und die Ableitung bzw. die Varianz hieraus dient als Eingangsgröße für einen Schritt 11.3, in dem die Eingangsgrößen zur Bestimmung einer Versagensursache ausgewertet werden. Hierzu kann im Schritt 11.3 beispielsweise ein Entscheidungsbaum eingesetzt werden oder künstliche Intelligenz verwendet werden. Als Ausgangsgröße 19 steht eine Information über eine eingetroffene Versagensart fest.
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5 zeigt ein Diagramm, welches einen zeitlichen Sensorsignalverlauf der vier Metalloxid-Gassensoren 4.1 - 4.4 qualitativ darstellt. Die von den Sensoren 4 ausgegebenen Sensorsignale sind dabei mit A bis D bezeichnet und weisen einen Wert w auf. Die Metalloxid-Gassensoren 4.1 - 4.4 unterscheiden sich in ihrer Sensitivität und/oder Selektivität. Ferner können die einzelnen Sensorsignale auf abweichende Art und Weise vorverarbeitet sein. Zum Zeitpunkt t0 startet das Batteriemodul 1 seinen Betrieb, wobei sich die Metalloxid-Gassensoren 4 auf Betriebstemperatur aufheizen. Während des Aufheizens nähern sich die einzelnen Sensorwerte asymptotisch einem Wert, hier 0, an. Diese Annäherung ist nicht mit einem thermisch bedingten Bauteilschaden zu verwechseln und muss entsprechend durch eine Signalvorverarbeitung berücksichtigt werden. Zum Zeitpunkt t1 kommt es zu einer Zellleckage, wobei ein von einer galvanischen Zelle 5 umfasstes Lösungsmittel, beispielsweise Dimethylcarbonat im Falle von Lithium-Ionen-Batterien, in den Innenraum 6 austritt und ausgast. Dies ist in den Sensorsignalverläufen durch ein starkes Abfallen der Sensorsignalwerte mit daran anschließenden Schwingungen zu erkennen. Zum Zeitpunkt t2 wird die Zellleckage behoben und sämtliches ausgegaste Lösungsmittel aus dem Innenraum 6 entfernt. Im weiteren zeitlichen Verlauf heizen sich die vom Batteriemodul 1 umfassen Kabel 10 auf, wodurch diese beginnen, verschiedene Stoffe auszugasen. Zum Zeitpunkt t3 schließlich fängt wenigstens eines Kabel 10 Feuer. Dies führt ebenfalls zu einer drastischen Veränderung der Sensorsignalwerte, jedoch auf eine zur Leckage abweichende Art. 5 veranschaulicht somit, wie sich unterschiedliche Versagensarten verschieden auf die Signaldynamiken der Sensorsignale auswirken.
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6 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Varianz v der Sensorsignale aus 5. Hierbei lässt sich erkennen, dass in Abhängigkeit der Versagensursache die Sensorsignale sensorspezifisch unterschiedlich stark schwanken. Dies lässt sich ebenfalls zur Unterscheidung der Versagensursache nutzen. Die Diagramme aus 5 und 6 zeigen einen beispielhaften, qualitativen Verlauf und sind stark vereinfacht dargestellt.
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7 zeigt einen beispielhaften Ausschnitt aus einem Entscheidungsbaum 7 zum Feststellen einer Versagensursache. Der Entscheidungsbaum 7 kann dabei abhängig von einer Anzahl verwendeter Metalloxid-Gassensoren 4 und einer Sensorsignalvorverarbeitung eine beliebige Tiefe aufweisen. Ferner muss es sich bei dem Entscheidungsbaum 7 nicht zwangsweise um einen Binärbaum handeln. Nach Durchlaufen des Entscheidungsbaums 7 liegt eine Information darüber vor, welche Versagensart vorliegt, beispielsweise, wie dargestellt, ein Elektrolyteinbruch oder ein Überschreiten einer Kabelbaumtemperatur von 100° C.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019/135486 A1 [0004]
- KR 102051809 B1 [0004]
- CN 103554805 B [0004]
- JP 05157633 A [0004]
