DE102020109269A1 - Monitoring device - Google Patents

Monitoring device Download PDF

Info

Publication number
DE102020109269A1
DE102020109269A1 DE102020109269.5A DE102020109269A DE102020109269A1 DE 102020109269 A1 DE102020109269 A1 DE 102020109269A1 DE 102020109269 A DE102020109269 A DE 102020109269A DE 102020109269 A1 DE102020109269 A1 DE 102020109269A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
monitoring device
sensors
battery
sensor
battery storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020109269.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Lars Weller
Yannick Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG filed Critical ElringKlinger AG
Priority to DE102020109269.5A priority Critical patent/DE102020109269A1/en
Priority to PCT/EP2021/058811 priority patent/WO2021198518A1/en
Publication of DE102020109269A1 publication Critical patent/DE102020109269A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für einen Batteriespeicher.Um eine Überwachungseinrichtung der genannten Art mit verbesserter Möglichkeit zur Detektion eines thermischen Durchgehens zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass die Überwachungseinrichtung (1) als Einheit mit mehreren verschiedenartigen Sensoren (2) und einer Auswertungseinheit (4) in einem Bauteil ausgebildet ist.The present invention relates to a monitoring device for a battery storage device. In order to create a monitoring device of the type mentioned with an improved possibility for detecting thermal runaway, it is proposed that the monitoring device (1) as a unit with several different types of sensors (2) and an evaluation unit (4 ) is formed in one component.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung für einen Batteriespeicher.The present invention relates to a monitoring device for a battery storage device.

Neben stationären Anwendungen als Notstromversorgung und Puffer für Leistungsspitzen werden Batteriespeicher großer Kapazität heute regelmäßig auch in Fahrzeugen als Ersatz für einen rein durch Verbrennungskraftmaschinen bewirkten Antrieb eingesetzt. Diese Batteriespeicher enthalten als geschlossene Einheiten neben Batteriemodulen, die aus einer Vielzahl von Batteriezellen aufgebaut sind, und Elementen zur Verschaltung dieser Module auch eine Kontrolleinrichtung, die in Form eines Batteriemanagementsystems ein Laden und Entladen des Batteriespeichers überwacht, und das i.d.R. über Batteriemodule hinweg bis auf eine Ebene der einzelnen Batteriezellen hinunter.In addition to stationary applications as emergency power supply and buffers for power peaks, large-capacity battery storage systems are now also regularly used in vehicles as a substitute for a drive produced solely by internal combustion engines. As closed units, these battery storage systems contain not only battery modules, which are made up of a large number of battery cells, and elements for interconnecting these modules, but also a control device which, in the form of a battery management system, monitors charging and discharging of the battery storage system, and usually over battery modules except for one Down to the level of the individual battery cells.

Bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen sind deren Reichweite sowie eine jeweilige Ladedauer hauptsächlich von dem Batteriespeicher abhängig. Trends in den aktuellen Entwicklungen gehen klar dahin, eine Reichweite bei möglichst geringem Gewicht des Batteriespeichers zu maximieren und zugleich die Lebensdauer durch einen optimalen Betrieb der Batterie zu erhöhen. Zugleich ist eine Ladedauer einer derartigen Batterie so weit als möglich durch Verwendung hoher Ladeströme und/oder hoher Ladespannungen zu verringern. Eine funktionale Sicherheit derartiger Batteriespeicher darf dabei auf keinen Fall beeinträchtigt werden. Großes Gefährdungspotenzial von Batteriespeichern der genannten Art geht jedoch auch heute noch von einem sogenannten „thermischen Durchgehen“ aus, das in Fachkreisen mit dem englischen Begriff „Thermal runaway“ belegt ist. Das thermische Durchgehen bezeichnet generell eine Überhitzung einer exothermen chemischen Reaktion oder auch eines Batteriespeichers als einer technischen Apparatur, die aufgrund eines sich selbst verstärkenden, Wärme produzierenden Prozesses schnell außer Kontrolle geraten kann. Ein thermisches Durchgehen führt damit häufig zu Brand oder gar Explosion und bewirkt infolgedessen eine Zerstörung einer jeweiligen Apparatur.In the case of purely electrically operated vehicles, their range and the respective charging time are mainly dependent on the battery storage. Trends in current developments are clearly aimed at maximizing a range with the lowest possible weight of the battery storage system and at the same time increasing the service life through optimal operation of the battery. At the same time, the charging time of such a battery is to be reduced as far as possible by using high charging currents and / or high charging voltages. The functional safety of such battery storage systems must not be impaired under any circumstances. However, even today, a high potential hazard from battery storage systems of the type mentioned is based on a so-called “thermal runaway”, which is associated with the English term “thermal runaway” in specialist circles. Thermal runaway generally refers to the overheating of an exothermic chemical reaction or a battery storage device as a technical device that can quickly get out of control due to a self-reinforcing, heat-producing process. Thermal runaway thus often leads to a fire or even an explosion and consequently destroys the respective apparatus.

Kommt es in einer Batteriezelle in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators z.B. zu einem lokalen Kurzschluss der internen Elektroden an einer Schadstelle, so kann ein sich ausbildender Kurzschlussstrom durch den inneren Widerstand die nähere Umgebung der Schadstelle so weit aufheizen, dass die umliegenden Bereiche ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen werden. Dieser Prozess weitet sich ungebremst aus und setzt die in dieser Batteriezelle gespeicherte Energie in kurzer Zeit frei.If, for example, a local short-circuit of the internal electrodes at a damaged area occurs in a battery cell in the form of a lithium-ion accumulator, a short-circuit current that develops can heat up the immediate vicinity of the damaged area through the internal resistance to such an extent that the surrounding areas are also in Be drawn to it. This process expands unchecked and releases the energy stored in this battery cell in a short time.

So kann das thermische Durchgehen einer einzelnen elementaren Batteriezelle in einem großen Batteriespeicher schon durch einen damit einhergehenden Überdruck zu einem Zerbersten eines Batteriemodules führen. Das thermische Durchgehen schon einer einzelnen Batteriezelle kann ferner einen Domino-Effekt in Form einer thermischen Propagation auslösen, d.h. ein Übergreifen eines thermischen Ereignisses von einer Batteriezelle auf mindestens eine benachbarte Batteriezelle in dem betroffenen Batteriespeicher einer Batterie.For example, the thermal runaway of a single elementary battery cell in a large battery storage device can lead to a battery module bursting due to the associated excess pressure. The thermal runaway of a single battery cell can also trigger a domino effect in the form of thermal propagation, i.e. a thermal event spilling over from one battery cell to at least one neighboring battery cell in the affected battery storage device of a battery.

Ein modernes Batteriemanagementsystem stellt in seinem Betrieb sicher, dass ein jeweiliger Batteriespeicher seinen spezifizierten Arbeitsbereich nicht verlässt. Hierfür werden die Lade- und Entladeströme, die jeweiligen Zellspannungen und eine Temperatur äußerst präzise gemessen. In einem Normalbetrieb schützt ein Batteriemanagementsystem effektiv, jedes thermische Durchgehen gilt es zu verhindern. Aber schon das vorstehend skizzierte Szenario eines einzigen internen Kurzschlusses in einer Batteriezelle zeigt, dass kein Batteriemanagementsystem allein dazu in der Lage ist, ein thermisches Durchgehen schnell und sicher zu detektieren, wenngleich u.a. eine Verwendung gleich mehrerer Temperatursensoren über einen Batteriespeicher verteilt bekannt ist, wie auch ein Einsatz von Ventilatoren bzw. Lüftern zur Erzeugung einer erzwungenen Konvektion innerhalb des Batteriespeichers, Drucksensoren u.a..A modern battery management system ensures in its operation that the respective battery storage does not leave its specified working area. For this purpose, the charging and discharging currents, the respective cell voltages and a temperature are measured extremely precisely. In normal operation, a battery management system provides effective protection; any thermal runaway must be prevented. But even the scenario outlined above of a single internal short circuit in a battery cell shows that no battery management system alone is able to detect a thermal runaway quickly and reliably, although, among other things, it is known to use several temperature sensors distributed over a battery storage device a use of ventilators or ventilators to generate a forced convection within the battery storage, pressure sensors, etc.

Es besteht daher für die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Überwachungseinrichtung für einen Batteriespeicher der genannten Art mit verbesserter Möglichkeit zur Detektion eines thermischen Durchgehens zu schaffen.The object of the present invention is therefore to create a monitoring device for a battery storage device of the type mentioned with an improved possibility of detecting thermal runaway.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Überwachungseinrichtung als Einheit mit mehreren verschiedenartigen Sensoren und einer Auswertungseinheit in einem Bauteil ausgebildet ist.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1 in that the monitoring device is designed as a unit with several different types of sensors and an evaluation unit in one component.

Der Erfindung liegt im Wesentlichen die Erkenntnis zugrunde, dass alle Sensoren sowohl Vor- als auch Nachteile bei der Erkennung eines thermischen Durchgehens haben. So kann z.B. ein Druckanstieg innerhalb eines Moduls relativ schnell detektiert werden. Ein Druckanstieg ist aber in erster Linie nur ein sicheres Signal dafür, dass eine Zelle entgast ist. Eine solche Entgasung einer Zelle kann auch auftreten, wenn die Zelle, in welcher der Druck ansteigt, künstlich kurzgeschlossen wird. Somit ist eine entgaste Zelle noch kein sicheres Indiz für ein thermisches Durchgehen. Andererseits kann es sehr lange dauern, bis ein Temperaturanstieg gemessen wird, jedenfalls dann, wenn der Ort eines thermischen Durchgehens weit von einem Temperatursensor entfernt liegt. Dadurch kann wertvolle Zeit verloren gehen.The invention is essentially based on the knowledge that all sensors have both advantages and disadvantages in the detection of thermal runaway. For example, a pressure increase within a module can be detected relatively quickly. However, an increase in pressure is primarily only a reliable signal that a cell has been degassed. Such degassing of a cell can also occur if the cell in which the pressure is increasing is artificially short-circuited. A degassed cell is therefore not a reliable indicator of thermal runaway. On the other hand, it can take a very long time before a temperature rise is measured, at least if the location of a thermal runaway is far away from a temperature sensor. Valuable time can be lost as a result.

Eine Zusammenfassung mehrerer Detektionsmöglichkeiten mit mehreren verschiedenartigen Sensoren in einer Überwachungseinrichtung zu einem eigenständigen Bauteil schafft erstmals die Möglichkeit einer schnellen Plausibilisierung. Kurze Wege der einzelnen Sensor-Signale zu einer Auswertung begünstigen die schnelle Plausibilisierung, senken eine Störanfälligkeit sowie Möglichkeiten der Beschädigung im Fehlerfall und führen zudem zu einem kompakten Aufbau der Überwachungseinrichtung.A combination of several detection options with several different types of sensors in a monitoring device to form an independent component creates the possibility of a quick plausibility check for the first time. Short distances between the individual sensor signals and an evaluation facilitate a quick plausibility check, reduce the susceptibility to failure and the possibility of damage in the event of a fault, and also lead to a compact design of the monitoring device.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Demnach umfasst eine Überwachungseinrichtung einen Drucksensor, einen Rauchsensor und einen Temperatursensor. Ein thermisches Durchgehen ist durch einen erhöhten Druck, Rauch bzw. Verbrennungsgase und einen deutlichen Anstieg der Temperatur gekennzeichnet.Advantageous further developments are the subject of the respective subclaims. Accordingly, a monitoring device comprises a pressure sensor, a smoke sensor and a temperature sensor. Thermal runaway is characterized by increased pressure, smoke or combustion gases and a significant increase in temperature.

In einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist die Überwachungseinrichtung dazu ausgebildet, durch ein Signal eines Drucksensors eingeschaltet zu werden, um in einen aktiven Messmodus zu wechseln. Diese Ausbildungsform zeichnet sich durch einen sehr geringen eigenen Energieverbrauch aus. Versuche haben gezeigt, dass bei einem thermischen Durchgehen in einem geschlossenen Modul ein Druckanstieg als erste Messgröße auftritt, gefolgt von Rauchentwicklung und Temperaturanstieg. Diese Parameter werden nun überwacht.In an essential development of the invention, the monitoring device is designed to be switched on by a signal from a pressure sensor in order to switch to an active measurement mode. This form of training is characterized by its very low energy consumption. Tests have shown that if there is a thermal runaway in a closed module, a pressure increase occurs as the first measured variable, followed by smoke development and temperature increase. These parameters are now monitored.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Hall-Sensor und/oder eine kapazitive Einrichtung zur Druckmessung vorgesehen. Unter Verwendung eines Hall-Sensors und/oder einer kapazitiven Einrichtung, beispielsweise in Form eines Schwingkreises, zur Druckmessung können zur Plausibilisierung eines Gefahrenfalls in Form eines thermischen Durchgehens weitere Sensoren einfach und schnell elektrisch aktiviert werden. In one embodiment of the invention, a Hall sensor and / or a capacitive device for measuring pressure is provided. Using a Hall sensor and / or a capacitive device, for example in the form of an oscillating circuit, for pressure measurement, further sensors can be activated easily and quickly electrically to check the plausibility of a hazard in the form of thermal runaway.

Vorteilhafterweise sind in einer Weiterbildung der Erfindung zumindest einzelne Sensorfunktionen der Überwachungseinrichtung mehrfach oder redundant vorgesehen. Ein Ausfall eines Sensors einer Art schränkt die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der vorgeschlagenen Überwachungseinrichtung damit nicht ein und führt schon gar nicht zu einem Ausfall der Überwachungseinrichtung.In a further development of the invention, at least individual sensor functions of the monitoring device are advantageously provided multiple or redundantly. A failure of a sensor of one type thus does not restrict the basic functionality of the proposed monitoring device and certainly does not lead to a failure of the monitoring device.

In einer wesentlichen Weiterbildung der Erfindung ist in einem Rauchdetektor dadurch Redundanz geschaffen, dass jeweils zwei Sende-Dioden und zwei Empfangsdioden vorgesehen sind. Diese jeweils zwei Sende-Dioden und zwei Empfangsdioden sind paarweise gruppiert bzw. zur jeweils paarweisen Aktivierung ausgebildet, so dass jeweils nur eine Sende-Diode und eine zugehörige Empfangsdiode aktiviert sind. Die zwei Sende-Dioden und zwei Empfangsdioden sind je nach Strahlengang neben-einander in einem gasoffenen und licht-absorbierenden Labyrinth-Körper angeordnet oder übereinander.In an essential development of the invention, redundancy is created in a smoke detector in that two transmitting diodes and two receiving diodes are provided in each case. These two transmitting diodes and two receiving diodes are grouped in pairs or designed for activation in pairs, so that only one transmitting diode and one associated receiving diode are activated. The two transmitting diodes and two receiving diodes are arranged next to one another in a gas-open and light-absorbing labyrinth body, depending on the beam path, or one above the other.

In einer Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung sind alle Sensoren der Überwachungseinrichtung platzsparend eng an einem gemeinsamen Gehäuse bzw. einem Gas-offenen und lichtabsorbierenden Labyrinth-Körper der Rauchdetektoren angeordnet. Die Überwachungseinrichtung baut damit so kompakt, dass auf eine eigene Platine als Schaltungsträger mit Mittel zur Fixierung der gesamten Überwachungseinrichtung an einem Einsatzort sogar weitgehend verzichtet werden kann.In one embodiment of the present invention, all sensors of the monitoring device are arranged in a space-saving manner close to a common housing or a gas-open and light-absorbing labyrinth body of the smoke detectors. The monitoring device is therefore so compact that a dedicated circuit board as a circuit carrier with means for fixing the entire monitoring device at a place of use can even be largely dispensed with.

Vorteilhafterweise sind zu den Sensoren Schwellwerte in der Auswertungseinheit gespeichert abgelegt. Hierauf wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel noch im Detail eingegangen werden.Advantageously, threshold values for the sensors are stored in the evaluation unit. This will be discussed in detail with reference to an exemplary embodiment.

Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung wird eine Überwachungseinrichtung zur möglichst frühzeitigen und zuverlässigen Erkennung eines thermischen Durchgehens in einem Batteriespeicher oder dessen untergeordneten Einheiten geschaffen. Ein Einsatz auch mehrerer derartiger Überwachungseinrichtungen in einem Batteriemodul ist aufgrund geringer eigener Größe und vernachlässigbarer Energieaufnahme problemlos möglich.With an arrangement according to the invention, a monitoring device is created for the early and reliable detection of a thermal runaway in a battery store or its subordinate units. A use of several such monitoring devices in one battery module is possible without any problems due to its small size and negligible energy consumption.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

  • 1: eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung und
  • 2: eine seitliche Ansicht einer Schnittebene A - A durch einen Rauchdetektor in 1.
Further features and advantages of embodiments according to the invention are explained in more detail below with reference to embodiments using the drawing. It shows in a schematic representation:
  • 1 : a plan view of an embodiment of a monitoring device and
  • 2 : a side view of a section plane A. - A. through a smoke detector in 1 .

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Ohne eine Beschränkung des Einsatzfeldes wird nachfolgend nur auf einen Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem mobilen Batteriespeicher eingegangen, insbesondere also für ein Fahrzeug. Dem Fachmann ist aber ohne weiteres ersichtlich, dass erfindungsgemäße Vorrichtungen auch sehr vorteilhaft bei stationären Energiespeichern Verwendung finden können, insbesondere in Verbindung von Notstrom-, Windkraft- und/oder Photovoltaik-Anlagen sowie vergleichbaren elektrischen Zwischenspeichern.The same reference symbols are always used for the same elements throughout the various figures. Without restricting the field of application, the following only deals with the use of a device according to the invention in a mobile battery storage device, that is to say in particular for a vehicle. However, it is readily apparent to the person skilled in the art that devices according to the invention can also be used very advantageously in stationary energy stores, in particular in connection with emergency power, wind power and / or photovoltaic systems and comparable electrical intermediate stores.

Die Skizze von 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungseinrichtung 1, wie sie innerhalb eines nicht weiter dargestellten Batteriespeichers und/oder innerhalb von Batteriemodulen des Batteriespeichers angeordnet ist. Die Überwachungseinrichtung 1 ist als Einheit mit mehreren verschiedenartigen Sensoren 2 versehen, die auf einer gemeinsamen Platine 3 mit einer Auswertungseinheit 4 über kurze Leitungsstücke L verbunden sind. Auf Details einer Versorgung mit elektrischer Energie sowie einem internen Management der Steuer- und/oder Messsignale so hier nicht im Detail eingegangen werden. Damit ergibt sich die Überwachungseinrichtung 1 als ein insgesamt sehr kompaktes Bauteil, das innerhalb des Batteriespeichers selber an mehreren Stellen fixiert ist, z.B. durch Verschraubung, Klebung, Verrastung oder dauerhafte Klemmung. Die Überwachungseinrichtung 1 kann aber auch in geschlossenen Batteriemodulen nahe an den elementaren Batteriezellen angeordnet sein. Fehlersignale bzw. Warnungen werden von den Überwachungseinrichtungen 1 direkt an ein Batterie-Management-System BMS des Batteriespeichers zur weiteren Verarbeitung übersandt.The sketch of 1 shows a plan view of an embodiment of a monitoring device 1 how to continue within a no shown battery storage and / or is arranged within battery modules of the battery storage. The monitoring device 1 is as a unit with several different types of sensors 2 provided on a common circuit board 3 with an evaluation unit 4th via short pieces of pipe L. are connected. The details of a supply of electrical energy and internal management of the control and / or measurement signals are not discussed in detail here. This results in the monitoring device 1 as an overall very compact component that is fixed in several places within the battery storage device itself, for example by screwing, gluing, latching or permanent clamping. The monitoring device 1 but can also be arranged in closed battery modules close to the elementary battery cells. Error signals or warnings are issued by the monitoring devices 1 sent directly to a battery management system BMS of the battery storage system for further processing.

Die Überwachungseinrichtung 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel folgende Sensoren 2: Drucksensoren 5, Rauchdetektoren 6 und Temperatursensoren 7. Alle genannten Arten von Sensoren 2 sind in der Überwachungseinrichtung 1 redundant vorgesehen und platzsparend eng an einem gemeinsamen Gehäuse bzw. einem nachfolgend noch dargestellten Gas-offenen und lichtabsorbierenden Labyrinth-Körper der Rauchdetektoren 6 angeordnet. Der Ausfall jeweils eines Sensors 2 einer Art führt also nicht zu einer Einschränkung oder gar einem Ausfall der gesamten Überwachungseinrichtung 1.The monitoring device 1 comprises the following sensors in this exemplary embodiment 2 : Pressure sensors 5 , Smoke detectors 6th and temperature sensors 7th . All types of sensors mentioned 2 are in the monitoring facility 1 Provided redundantly and in a space-saving manner close to a common housing or a gas-open and light-absorbing labyrinth body of the smoke detectors, which will be shown below 6th arranged. The failure of one sensor at a time 2 one type therefore does not lead to a restriction or even failure of the entire monitoring device 1 .

2 ist eine seitliche Ansicht einer Schnittebene A - A durch den Rauchdetektor 6 von 1 hindurch. Durch diese Abbildung wird erkennbar, dass in dem Rauchdetektor 6 dadurch Redundanz geschaffen wird, dass jeweils zwei Sende-Dioden 8 und zwei Empfangsdioden 9 in einer Anordnung neben- oder übereinander in einem Gas-offenen und lichtabsorbierenden Labyrinth-Körper 10 vorgesehen sind. In dem Rauchdetektor 6 bzw. Rauchmelder befinden sich eine Lichtquelle und ein Fotoelement. Im Normalzustand ist nur saubere Luft in der durch den Labyrinth-Körper 10 gebildeten Rauchkammer. Ein von der Sende-Diode 8 ausgesandter Strahl 11 trifft nicht auf die als Fotoelement wirkende Empfangsdiode 9. Liegt hingegen eine ausreichende Konzentration an Rauchpartikeln 12 in dem Labyrinth-Körper 10 vor, so wird dieser Lichtstrahl 11 gebrochen, zerstreut oder reflektiert. Wenn dies eintritt, treffen Strahlen 13 des gestreuten Infrarotsignals auf den in Labyrinth-Körper 10 befindlichen Sensor 9. Dieser Sensor 9 wird unter normalen Umständen, in denen keine Rauchpartikel 12 in dem Labyrinth-Körper 10 sind, nicht angestrahlt. Der Strahl 11 kann demnach nur dann teilweise auf den Sensor 9 treffen, wenn er auch abgelenkt wird. Sobald dies der Fall ist, schlägt der Rauchdetektor 6 als Melder Alarm, da nur die Anwesenheit von Rauch 12 den Empfang von Streulicht 13 bewirken kann. Zudem kann Rauch 12 unter Voraussetzung eines entsprechenden Anstiegs des internen Drucks als eindeutiges Indiz für ein thermisches Durchgehen einer Batteriezelle und mithin für das Vorliegen einer ernsten Gefahr gewertet werden. 2 Fig. 3 is a side view of a cutting plane A. - A. through the smoke detector 6th from 1 through. This figure shows that in the smoke detector 6th this creates redundancy by having two transmitting diodes 8th and two receiving diodes 9 in an arrangement next to or one above the other in a gas-open and light-absorbing labyrinth body 10 are provided. In the smoke detector 6th or smoke alarms are a light source and a photo element. In the normal state, there is only clean air in the through the maze body 10 formed smoke chamber. One from the transmitting diode 8th emitted ray 11 does not hit the receiving diode acting as a photo element 9 . On the other hand, if there is a sufficient concentration of smoke particles 12th in the maze body 10 before, so will this ray of light 11 broken, scattered or reflected. When this happens, rays strike 13th of the scattered infrared signal on the body in the labyrinth 10 located sensor 9 . This sensor 9 will be used under normal circumstances where there are no smoke particles 12th in the maze body 10 are not illuminated. The beam 11 can therefore only partially affect the sensor 9 hit when he's too distracted. As soon as it does, the smoke detector will strike 6th as a detector alarm, as only the presence of smoke 12th the reception of stray light 13th can cause. In addition, smoke can 12th provided that there is a corresponding increase in the internal pressure, this can be assessed as a clear indication of a thermal runaway of a battery cell and therefore of the presence of a serious danger.

Diese Dioden 8,9 werden jeweils paarweise aktiviert, so dass eines prinzipbedingte Größe des Labyrinth-Körpers 10 zwar nicht gesenkt, aber doppelt genutzt werden kann. Auch hier führt ein Ausfall eines Dioden-Paars 8,9 im Sinne einer Redundanz nicht zu einem Ausfall der Funktionalität des Rauchdetektors 6 als solchen.These diodes 8, 9 are activated in pairs, so that the size of the labyrinth body depends on the principle 10 not lowered, but can be used twice. Here, too, failure of a pair of diodes 8, 9 in the sense of redundancy does not lead to failure of the functionality of the smoke detector 6th as such.

Die vorstehend beschriebene Überwachungseinrichtung 1 ist zur Versorgung mit elektrischer Energie an das Batterie-Management-System BMS des Batteriespeichers angeschlossen. Eine Versorgungsspannung beträgt 12V. Grundsätzlich ist ein Energiebedarf einer derartigen Überwachungseinrichtung 1 vergleichsweise gering. Zur deutlichen Senkung und auch zur Schonung der Elektronik ist diese Überwachungseinrichtung 1 aber zudem dazu ausgebildet, durch ein Signal eines Drucksensors 5 in eine aktiven Messmodus eingeschaltet zu werden. Dazu sind in diesem Ausführungsbeispiel als Drucksensoren 5 je ein Hall-Sensor und eine kapazitive Einrichtung zur Druckmessung vorgesehen. Die nach unterschiedlichen physikalischen Gesetzen erhaltenen Ausgangssignale können daher schon für eine erste Plausibilitätsprüfung in der Auswertungseinheit 4 herangezogen werden.The monitoring device described above 1 is connected to the battery management system BMS of the battery storage system for the supply of electrical energy. A supply voltage is 12V. Basically there is an energy requirement of such a monitoring device 1 comparatively low. This monitoring device is used to significantly reduce and also to protect the electronics 1 but also designed to use a signal from a pressure sensor 5 to be switched on into an active measurement mode. For this purpose, pressure sensors are used in this exemplary embodiment 5 a Hall sensor and a capacitive device for pressure measurement are provided. The output signals obtained according to different physical laws can therefore already be used for a first plausibility check in the evaluation unit 4th can be used.

Weiter werden zur Senkung der Gefahr von Fehlalarmen zu den jeweiligen Sensoren 2 Schwellwerte in der Auswertungseinheit 4 gespeichert abgelegt. Diese Schwellwerte sind im vorliegenden Fall als Festwerte, die Versuchsreihen entstammen, vorgegeben. Es ist alternativ aber auch ein Erlernen von Schwellwerten für die einzelnen Sensoren 2 durch die Auswertungseinheit 4 im Rahmen eines fehlerlosen Dauerbetriebs für einen jeweils konkreten Einsatzfall möglich.Next are to reduce the risk of false alarms to the respective sensors 2 Threshold values in the evaluation unit 4th saved filed. In the present case, these threshold values are specified as fixed values that originate from test series. Alternatively, however, it is also possible to learn threshold values for the individual sensors 2 by the evaluation unit 4th possible within the framework of error-free continuous operation for a specific application in each case.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
ÜberwachungseinrichtungMonitoring device
22
Sensorsensor
33
gemeinsame Platinecommon circuit board
44th
AuswertungseinheitEvaluation unit
55
DrucksensorPressure sensor
66th
RauchdetektorSmoke detector
77th
TemperatursensorTemperature sensor
88th
Sende-DiodeTransmitting diode
99
EmpfangsdiodeReceiving diode
1010
Labyrinth-Körper, Gas-offen und lichtabsorbierendLabyrinth body, gas-open and light-absorbing
1111
ausgesandter Strahlemitted ray
1212th
Rauch / RauchpartikelSmoke / smoke particles
1313th
Streulicht Stray light
AA.
Ausgang für Gas aus dem Labyrinth-Körper 11Exit for gas from the labyrinth body 11
EE.
Gas-Eingang in den Labyrinth-Körper 11Gas inlet in the labyrinth body 11
LL.
Leitungsstück zur Versorgung und SignalübertragungLine piece for supply and signal transmission

Claims (9)

Überwachungseinrichtung (1) für einen Batteriespeicher, wobei die Überwachungseinrichtung (1) innerhalb des Batteriespeicher (1) und/oder innerhalb von Batteriemodulen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (1) als Einheit mit mehreren verschiedenartigen Sensoren (2), die mit einer Auswertungseinheit (4) verbunden sind, als ein Bauteil ausgebildet ist.Monitoring device (1) for a battery storage device, the monitoring device (1) being arranged within the battery storage device (1) and / or within battery modules, characterized in that the monitoring device (1) is a unit with several different types of sensors (2) which are connected to an evaluation unit (4) are connected, is designed as a component. Überwachungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (1) einen Drucksensor (5), ein Rauchdetektor (6) und einen Temperatursensor (7) umfasst.Monitoring device (1) according to the preceding claim, characterized in that the monitoring device (1) comprises a pressure sensor (5), a smoke detector (6) and a temperature sensor (7). Überwachungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, durch ein Signal eines Drucksensors (5) in eine aktiven Messmodus eingeschaltet zu werden.Monitoring device (1) according to the preceding claim, characterized in that the monitoring device (1) is designed to be switched into an active measuring mode by a signal from a pressure sensor (5). Überwachungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hall-Sensor und/oder eine kapazitive Einrichtung zur Druckmessung in einem Drucksensor (5) vorgesehen ist.Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a Hall sensor and / or a capacitive device for measuring pressure is provided in a pressure sensor (5). Überwachungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne Sensorfunktionen in der Überwachungseinrichtung (1) mehrfach oder redundant vorgesehen sind.Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least individual sensor functions are provided multiple or redundantly in the monitoring device (1). Überwachungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rauchdetektor (6) dadurch Redundanz geschaffen wird, dass jeweils zwei Sende-Dioden (8) und zwei Empfangsdioden (9) zur jeweils paarweisen Aktivierung in einer Anordnung neben- oder übereinander in einem gasoffenen und licht-absorbierenden Labyrinth-Körper (10) vorgesehen sind.Monitoring device (1) according to one of the preceding Claims 2 - 5 , characterized in that redundancy is created in a smoke detector (6) in that two transmitting diodes (8) and two receiving diodes (9) for activation in pairs in an arrangement next to or one above the other in a gas-open and light-absorbing labyrinth -Body (10) are provided. Überwachungseinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass alle Sensoren (2) der Überwachungseinrichtung (1) platzsparend eng an einem gemeinsamen Gehäuse oder dem Gas-offenen und lichtabsorbierenden Labyrinth-Körper (10) angeordnet sind.Monitoring device (1) according to the preceding claim, characterized in that all sensors (2) of the monitoring device (1) are arranged close to a common housing or the gas-open and light-absorbing labyrinth body (10) to save space. Überwachungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Sensoren (2) Schwellwerte in der Auswertungseinheit (4) gespeichert abgelegt sind.Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that threshold values for the sensors (2) are stored in the evaluation unit (4). Überwachungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung (1) zur Versorgung an das BMS angeschlossen und insbesondere mit 12V gespeist ist.Monitoring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring device (1) is connected to the BMS for supply and is in particular fed with 12V.
DE102020109269.5A 2020-04-02 2020-04-02 Monitoring device Pending DE102020109269A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020109269.5A DE102020109269A1 (en) 2020-04-02 2020-04-02 Monitoring device
PCT/EP2021/058811 WO2021198518A1 (en) 2020-04-02 2021-04-02 Monitoring method and monitoring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020109269.5A DE102020109269A1 (en) 2020-04-02 2020-04-02 Monitoring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020109269A1 true DE102020109269A1 (en) 2021-10-07

Family

ID=75746578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020109269.5A Pending DE102020109269A1 (en) 2020-04-02 2020-04-02 Monitoring device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020109269A1 (en)
WO (1) WO2021198518A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023203184A1 (en) 2022-04-22 2023-10-26 Plastic Omnium Clean Energy Systems Research Battery module for a motor vehicle
WO2023213688A1 (en) * 2022-05-02 2023-11-09 Mercedes-Benz Group AG Method for monitoring a traction battery of a motor vehicle

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113777508B (en) * 2021-11-11 2022-04-05 聊城中翔泰电子科技有限公司 Testing device and testing method for storage battery
CN115219917A (en) * 2022-06-24 2022-10-21 中国民用航空飞行学院 Lithium ion battery multi-parameter detection and safety state evaluation method and device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012223480A1 (en) 2012-12-18 2014-06-18 Robert Bosch Gmbh Battery cell with a device for monitoring at least one parameter of the battery cell
DE102015002080A1 (en) 2015-02-18 2016-08-18 Audi Ag Battery cell for a battery of a motor vehicle, battery and motor vehicle
DE102017219025A1 (en) 2017-10-25 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh System for detecting critical operating states of electrical energy storage
US20200076016A1 (en) 2018-09-04 2020-03-05 Hutchinson Technology Incorporated Sensored Battery Pouch

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10608299B2 (en) * 2016-08-09 2020-03-31 Nio Usa, Inc. Cooling system for a battery pack system for quickly addressing thermal runaway
CN110308403A (en) * 2019-07-03 2019-10-08 中国民用航空飞行学院 The detection of power lithium-ion battery multi-parameter and acquisition method
CN110739495A (en) * 2019-09-19 2020-01-31 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 Thermal runaway monitoring device, system and method for energy storage battery modules
DE102019215812A1 (en) * 2019-10-15 2019-11-28 Vitesco Technologies GmbH Battery management device for a battery system, battery system, method for operating a battery management device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012223480A1 (en) 2012-12-18 2014-06-18 Robert Bosch Gmbh Battery cell with a device for monitoring at least one parameter of the battery cell
DE102015002080A1 (en) 2015-02-18 2016-08-18 Audi Ag Battery cell for a battery of a motor vehicle, battery and motor vehicle
DE102017219025A1 (en) 2017-10-25 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh System for detecting critical operating states of electrical energy storage
US20200076016A1 (en) 2018-09-04 2020-03-05 Hutchinson Technology Incorporated Sensored Battery Pouch

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023203184A1 (en) 2022-04-22 2023-10-26 Plastic Omnium Clean Energy Systems Research Battery module for a motor vehicle
FR3134920A1 (en) * 2022-04-22 2023-10-27 Plastic Omnium Clean Energy Systems Research Battery module for automobile vehicle
WO2023213688A1 (en) * 2022-05-02 2023-11-09 Mercedes-Benz Group AG Method for monitoring a traction battery of a motor vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021198518A1 (en) 2021-10-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102020109269A1 (en) Monitoring device
DE102011119431C5 (en) Stray radiation fire detector and method for automatically detecting a fire situation
DE102018129158A1 (en) Safety device for a battery
DE202017103777U1 (en) Fast monitoring and warning device for drive battery failures
EP3392070A1 (en) Battery pack and electric vehicle
DE202017103776U1 (en) Device for automatic warning against thermal runaway of traction batteries
EP4052322B1 (en) Battery module with monitoring of thermal runaway of individual cells
DE102016212986A1 (en) Liquid measuring device and measuring head device for moisture detection, in particular in containers for liquid-sensitive electrical and / or electronic components in road vehicles
DE102010013017A1 (en) Security device for securing battery or battery assembly in car, has control instrument guiding delivered signal to shutdown medium supply to housing interior and/or battery assembly and/or interruption of power circuit of battery system
WO2021160515A1 (en) Detecting a leak in a coolant circuit
DE102012102664A1 (en) Warning device for determining and displaying dangerous condition of high voltage battery system of vehicle, has sensor unit for detecting parameter causing dangerous condition, and alarm generating unit for displaying dangerous condition
DE102017219025A1 (en) System for detecting critical operating states of electrical energy storage
DE102013018408A1 (en) Battery with a plurality of battery cells
DE102014006807A1 (en) Battery system with sensor device
DE102019219617A1 (en) ELECTRIC ENERGY STORAGE WITH GAS-SENSITIVE SENSOR COMPONENTS AND A METHOD FOR DETERMINING A STATE OF AN ELECTRIC ENERGY STORAGE
DE202014006477U1 (en) Protective wall for laser beams of at least one laser device
DE102016223506A1 (en) High-voltage battery for a motor vehicle with integrated position transmitter module
WO2008089801A1 (en) Securing device for fuel cells
DE102012112080B3 (en) Solar generator for e.g. spacecraft, has light source and light sensors connected to evaluation unit to determine disorder of total reflection properties of internal reflection layer due to collision with space object
DE102020110067A1 (en) Electrical energy store for an at least partially electrically operated motor vehicle with a sensor device and a method
EP2698772B1 (en) Circuit assembly for theft detection for hybrid components
DE102019109750A1 (en) Electrochemical energy storage device
DE102019209718B4 (en) Battery and electrically powered motor vehicle
DE102019216257B4 (en) Method for detecting an accumulation of liquid in a traction battery and traction battery
DE102018002373A1 (en) High-voltage component arrangement with an electrical contact on or in a pressure compensation element for power interruption

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified