DE102020112169A1 - System for detecting damage to high-voltage battery modules - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (10) zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen (19) für ein Elektrofahrzeug (20) mit wenigstens einer Batteriewanne (12), in der wenigstens ein Hochvolt-Batteriemodul (19) angeordnet ist;wenigstens einem Körperschallsensor (15), der dazu eingerichtet ist,Körperschall (KS) der Batteriewanne (12) zu erfassen und entsprechende Körperschall-Messdaten (KSM) zu erzeugen; undwenigstens einem Auswertesystem (22), das dazu eingerichtet ist, die Körperschall-Messdaten (KSM) von dem Körperschallsensor (15) zu empfangen. Dabei ist vorgesehen, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Körperschall-Messdaten (KSM) eine mechanische Krafteinwirkung auf die Batteriewanne (12) zu bestimmen.The invention relates to a system (10) for detecting damage to high-voltage battery modules (19) for an electric vehicle (20) with at least one battery tray (12) in which at least one high-voltage battery module (19) is arranged; at least one structure-borne sound sensor ( 15), which is set up to record structure-borne noise (KS) of the battery tray (12) and to generate corresponding structure-borne noise measurement data (KSM); andat least one evaluation system (22) which is set up to receive the structure-borne sound measurement data (KSM) from the structure-borne sound sensor (15). It is provided that the evaluation system (22) is also set up to determine a mechanical force acting on the battery tray (12) as a function of the structure-borne sound measurement data (KSM).

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen für ein Elektrofahrzeug mit wenigstens einer Batteriewanne, in der wenigstens ein Hochvolt-Batteriemodul angeordnet ist; wenigstens einem Körperschallsensor, der dazu eingerichtet ist, Körperschall der Batteriewanne zu erfassen und entsprechende Körperschall-Messdaten zu erzeugen; und wenigstens einem Auswertesystem, das dazu eingerichtet ist, die Körperschall-Messdaten von dem Körperschallsensor zu empfangen.The invention relates to a system for detecting damage to high-voltage battery modules for an electric vehicle with at least one battery tray in which at least one high-voltage battery module is arranged; at least one structure-borne noise sensor which is set up to detect structure-borne noise from the battery tray and to generate corresponding structure-borne noise measurement data; and at least one evaluation system which is set up to receive the structure-borne sound measurement data from the structure-borne sound sensor.

Hochvolt-Batteriemodule in Elektrofahrzeugen, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, die zurzeit die höchste spezifische Energie und Leistung sowie eine akzeptable Lebensdauer aufweisen, sind bekannt. Hierbei ist die Sicherheit von Hochvolt-Batteriemodulen eine essentielle Voraussetzung. Bei Beschädigung eines Hochvolt-Batteriemoduls durch mechanische Krafteinwirkung kann es in dem Batteriemodul zu einem lokalen Kurzschluss kommen, der die nähere Umgebung der Schadstelle sehr stark aufheizt. Diesen Prozess bezeichnet man auch als thermisches Durchgehen („Thermal Runaway“). Dies kann auch zu einer zumindest teilweisen Zerstörung des Hochvolt-Batteriemoduls durch die Wärme-/Hitzeentwicklung führen. Ebenso kann ein Übertritt auf benachbarte Hochvolt-Batteriemodule stattfinden. Ferner besteht das Risiko der Bildung und Ausbreitung von giftigen Gasen aufgrund der Wärmeentwicklung.High-voltage battery modules in electric vehicles, in particular lithium-ion batteries, which currently have the highest specific energy and power as well as an acceptable service life, are known. The safety of high-voltage battery modules is an essential requirement here. If a high-voltage battery module is damaged by the action of mechanical force, a local short circuit can occur in the battery module, which greatly heats up the immediate vicinity of the damaged area. This process is also known as thermal runaway. This can also lead to an at least partial destruction of the high-voltage battery module as a result of the heat / heat development. A transfer to neighboring high-voltage battery modules can also take place. There is also a risk of toxic gases being formed and spreading due to the heat generated.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine umfangreiche Überwachung von Hochvolt-Batteriemodulen in einem Elektrofahrzug bereitzustellen, um mögliche Einwirkungen frühzeitig zu erkennen. The object on which the invention is based is seen in providing extensive monitoring of high-voltage battery modules in an electric vehicle in order to detect possible effects at an early stage.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a system with the features of claim 1 and by an electric vehicle with the features of claim 12. Advantageous configurations with useful developments are specified in the dependent claims.

Vorgeschlagen wird also ein System zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen für ein Elektrofahrzeug mit wenigstens einer Batteriewanne, in der wenigstens ein Hochvolt-Batteriemodul angeordnet ist; wenigstens einem Körperschallsensor, der dazu eingerichtet ist, Körperschall der Batteriewanne zu erfassen und entsprechende Körperschall-Messdaten zu erzeugen; und wenigstens einem Auswertesystem, das dazu eingerichtet ist, die Körperschall-Messdaten von dem Körperschallsensor zu empfangen. Dabei ist vorgesehen, dass das Auswertesystem ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Körperschall-Messdaten eine mechanische Krafteinwirkung auf die Batteriewanne zu bestimmen.What is proposed is a system for detecting damage to high-voltage battery modules for an electric vehicle with at least one battery tray in which at least one high-voltage battery module is arranged; at least one structure-borne noise sensor which is set up to detect structure-borne noise from the battery tray and to generate corresponding structure-borne noise measurement data; and at least one evaluation system which is set up to receive the structure-borne sound measurement data from the structure-borne sound sensor. It is provided that the evaluation system is also set up to determine a mechanical force on the battery tray as a function of the structure-borne sound measurement data.

Mittels des Körperschallsensors lässt sich die Ausbreitung von Schall in der Batteriewanne messen. Insbesondere dient dies der Erfassung von der Batteriewanne zugeordneten Bewegungs- und Kraftwechselgrößen (wie Schwingweg, Schwinggeschwindigkeit, Beschleunigung), die aufgrund externer Einflüsse zustande kommen und die zu entsprechenden strukturellen Deformierungen der Batteriewanne führen können. Auf Grundlage dieser Körperschall-Messdaten bestimmt das Auswertesystem die Krafteinwirkung auf die Batteriewanne, um so eine mögliche Auswirkung auf das in der Batteriewanne angeordnete Hochvolt-Batteriemodul zu bestimmen.The structure-borne sound sensor can be used to measure the propagation of sound in the battery tray. In particular, this is used to record the movement and force change variables assigned to the battery tray (such as vibration displacement, vibration speed, acceleration), which occur due to external influences and which can lead to corresponding structural deformations of the battery tray. On the basis of this structure-borne noise measurement data, the evaluation system determines the force acting on the battery tray in order to determine a possible effect on the high-voltage battery module arranged in the battery tray.

In diesem Zusammenhang kann das Auswertesystem anhand der bestimmten mechanischen Krafteinwirkung eine mögliche Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls ermitteln. Wenn beispielsweise die Krafteinwirkung auf die Batteriewanne einen festgelegten Grenzwert überschreitet, kann das Auswertesystem eine Beschädigung der Batteriewanne und des darin angeordneten Hochvolt-Batteriemoduls annehmen bzw. feststellen.In this context, the evaluation system can determine possible damage to the high-voltage battery module based on the specific mechanical force. For example, if the force acting on the battery tray exceeds a specified limit value, the evaluation system can assume or determine damage to the battery tray and the high-voltage battery module arranged therein.

Ferner kann das Auswertesystem bei einer Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls den Ort und Grad der mechanischen Krafteinwirkung bestimmen und eine Warnung an ein dem Elektrofahrzeug zugeordneten Bordcomputer senden. Mittels der Körperschall-Messdaten kann der Ort, d.h. der Ursprung einer Körperschallquelle bestimmt werden. Dadurch kann der Bereich der Batteriewanne, in welchem die Krafteinwirkung auftritt, erfasst werden. Da Körperschall-Messdaten kinematische Größen und somit richtungsabhängig sind kann auch die Richtung und die Stärke der einwirkenden Kraft bestimmt werden. Anhand dieser Daten kann das Auswertesystem den Grad der Beschädigung ermitteln und eine entsprechende Warnung senden.Furthermore, if the high-voltage battery module is damaged, the evaluation system can determine the location and degree of the mechanical force and send a warning to an on-board computer assigned to the electric vehicle. Using the structure-borne sound measurement data, the location, i.e. the origin of a structure-borne sound source can be determined. As a result, the area of the battery tray in which the force occurs can be recorded. Since structure-borne sound measurement data are kinematic variables and are therefore direction-dependent, the direction and strength of the acting force can also be determined. Based on this data, the evaluation system can determine the degree of damage and send a corresponding warning.

Die Batteriewanne kann an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs anbringbar oder angebracht sein.The battery tray can be attached or attached to an underside of the electric vehicle.

Ferner kann die Batteriewanne überwiegend aus Aluminium gefertigt sein. Aluminium weist gute Körperschalleigenschaften auf. Hierdurch können die Körperschall-Messdaten mit einer höheren Genauigkeit durch den Körperschallsensor bestimmt werden und somit kann eine bessere Schadensermittlung durchgeführt werden.Furthermore, the battery tray can be made predominantly of aluminum. Aluminum has good structure-borne sound properties. As a result, the structure-borne sound measurement data can be determined with a higher accuracy by the structure-borne sound sensor and thus a better damage determination can be carried out.

Der Körperschallsensor kann mit der Batteriewanne verbunden, insbesondere an diese gesteckt sein. Die Steckverbindung erlaubt eine einfach Auswechslung des Körperschallsensors, was die Wartung des Elektrofahrzeugs vereinfachen kann. Zusätzlich kann auch für bereits in Betrieb genommene Elektrofahrzeuge mit Hochvolt-Batteriemodulen der Körperschallsensor nachgerüstet werden.The structure-borne noise sensor can be connected to the battery tray, in particular plugged into it. The plug connection allows the structure-borne noise sensor to be exchanged easily, which can simplify maintenance of the electric vehicle. In addition, the structure-borne noise sensor can also be retrofitted for electric vehicles that have already been commissioned with high-voltage battery modules.

Das System kann ferner wenigstens einen Batteriesensor umfassen, der Batteriezustandsdaten des Hochvolt-Batteriemoduls erfasst und entsprechende Batteriezustands-Messdaten erzeugt. Der Batteriesensor kann in dem Hochvolt-Batteriemodul angeordnet sein. Durch den Batteriesensor können zusätzliche Messdaten, wie Temperatur-, Strom-, Spannungs-, und Ladezustand des Hochvolt-Batteriemoduls erfasst werden, die den aktuellen Zustand des Hochvolt-Batteriemoduls wiedergeben.The system can furthermore comprise at least one battery sensor that records battery status data of the high-voltage battery module and generates corresponding battery status measurement data. The battery sensor can be arranged in the high-voltage battery module. The battery sensor can be used to record additional measurement data, such as temperature, current, voltage and charge status of the high-voltage battery module, which reflect the current status of the high-voltage battery module.

Hierbei kann das Auswertesystem die Batteriezustands-Messdaten von dem Batteriesensor empfangen und diese bei der Bestimmung der mechanischen Krafteinwirkung auf die Batteriewanne und bei der Ermittlung der möglichen Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls mit berücksichtigen. Dadurch kann eine Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls noch früher erkannt werden.Here, the evaluation system can receive the battery status measurement data from the battery sensor and take them into account when determining the mechanical force acting on the battery tray and when determining possible damage to the high-voltage battery module. This means that damage to the high-voltage battery module can be detected even earlier.

Der Körperschallsensor und der Batteriesensor können über eine drahtlose Verbindung die Körperschall-Messdaten und die Batteriezustands-Messdaten an das Auswertesystem senden. Die Datenübertragung kann durch ein fahrzeuginternes Netzwerk erfolgen, was weitere Übertragungskabel einspart.The structure-borne sound sensor and the battery sensor can send the structure-borne sound measurement data and the battery condition measurement data to the evaluation system via a wireless connection. The data can be transmitted through an in-vehicle network, which saves additional transmission cables.

Das Auswertesystem kann die Körperschall-Messdaten und die Batteriezustands-Messdaten über einen längeren Zeitraum speichern. Hierdurch können Schadenszenarien erstellt werden und ein Zeitpunkt für eine Wartung des Elektrofahrzeugs bestimmt werden.The evaluation system can store the structure-borne sound measurement data and the battery condition measurement data over a longer period of time. This allows damage scenarios to be created and a point in time for maintenance of the electric vehicle to be determined.

Das Auswertesystem umfasst ferner eine Datenverarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, Messdaten zu analysieren.The evaluation system also includes a data processing unit which is set up to analyze measurement data.

Ein Elektrofahrzeug kann mit einem oben beschriebenen System zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen bereitgestellt werden.An electric vehicle can be provided with a system described above for detecting damage to high-voltage battery modules.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren. Dabei zeigt:

  • 1 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Systems zur Erkennung von Beschädigungen an Hochvolt-Batteriemodulen für ein Elektrofahrzeug;
  • 2 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Auswertesystems des Systems;
  • 3 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform von Hochvolt-Batteriemodulen des Systems;
  • 4 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Elektrofahrzeugs mit einem System zur Erkennung von Beschädigungen an Hochvolt-Batteriemodulen.
Further advantages and details of the invention emerge from the following description of embodiments with reference to the figures. It shows:
  • 1 a simplified and schematic diagram of an embodiment of a system for detecting damage to high-voltage battery modules for an electric vehicle;
  • 2 a simplified and schematic diagram of an embodiment of an evaluation system of the system;
  • 3 a simplified and schematic diagram of an embodiment of high-voltage battery modules of the system;
  • 4th a simplified and schematic diagram of an embodiment of an electric vehicle with a system for detecting damage to high-voltage battery modules.

In 1 ist eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform eines Systems 10 zur Erkennung von Beschädigungen an Hochvolt-Batteriemodulen für ein Elektrofahrzeug 20 gezeigt. Das Elektrofahrzug 20 ist in 4 illustriert und wird später im Detail beschrieben. Das System umfasst wenigstens eine Batteriewanne 16, in der wenigstens ein Hochvolt-Batteriemodul 19 angeordnet ist. Im gezeigten Beispiel der 1 sind mehrere Hochvolt-Batteriemodule 19 illustriert. Diese werden in der Batteriewanne aufgenommen, was durch den Pfeil P dargestellt ist. Ferner umfasst das System 10 wenigstens einen Körperschallsensor 15 zur Erfassung von Körperschall der Batteriewanne 16.In 1 is a simplified and schematic principle representation of an embodiment of a system 10 for detecting damage to high-voltage battery modules for an electric vehicle 20th shown. The electric vehicle 20th is in 4th and will be described in detail later. The system includes at least one battery tray 16 , in which at least one high-voltage battery module 19th is arranged. In the example shown, the 1 are several high-voltage battery modules 19th illustrated. These are received in the battery tray, which is shown by the arrow P. The system also includes 10 at least one structure-borne sound sensor 15th for recording structure-borne noise from the battery tray 16 .

Das System 10 umfasst hier rein beispielhaft zwei Körperschallsensoren 15, die am Boden der Batteriewanne 16 angebracht sind. Dies ist jedoch nicht einschränkend. Das System 10 kann auch mehr Körperschallsensoren 15 aufweisen. Die Körperschallsensoren 15 können an verschiedenen Bereichen der Batteriewanne 16, wie beispielsweise auch an den Seitenwänden, angeordnet sein.The system 10 includes here, purely by way of example, two structure-borne noise sensors 15th that are at the bottom of the battery pan 16 are appropriate. However, this is not limiting. The system 10 can also use more structure-borne sound sensors 15th exhibit. The structure-borne sound sensors 15th can be attached to different areas of the battery tray 16 , such as, for example, be arranged on the side walls.

Das System kann ferner ein Batterierahmen 14 aufweisen, der die Batteriewanne 16 aufnimmt bzw. abstützt. Ferner kann ein Kühlsystem 12 zur Kühlung der Hochvolt-Batteriemodule 19 vorgesehen sein. Zusätzlich können ein Unterbodenschutzelement 11 und ein Gehäusedeckel 18 mit der Batteriewanne 16 verbunden sein. Diese Komponenten können zum Beispiel durch Verschraubung oder/und Vernietung miteinander verbunden werden. Weitere Komponenten sind möglich, wie beispielsweise eine Batteriesteuerung, oder ähnliches.The system can also include a battery frame 14th have the battery tray 16 absorbs or supports. Furthermore, a cooling system 12th for cooling the high-voltage battery modules 19th be provided. In addition, an underbody protection element 11 and a housing cover 18th with the battery tray 16 be connected. These components can be connected to one another, for example, by screwing and / or riveting. Other components are possible, such as a battery control or the like.

In 2 sind weitere Komponenten des Systems 10 illustriert. Aus dem erfassten Körperschall KS erzeugen die Körperschallsensoren 15 entsprechende Körperschall-Messdaten KSM. Diese Körperschall-Messdaten KSM enthalten Bewegungsgrößen, wie zum Beispiel Schwingweg, Schwinggeschwindigkeit, und Beschleunigung des Körperschalls KS. Der Körperschall KS entsteht hierbei durch externe Einflüsse, die beispielsweise während des Betriebs des Elektrofahrzeugs 20 (4) auftreten.In 2 are further components of the system 10 illustrated. The structure-borne sound sensors generate from the captured structure-borne sound KS 15th corresponding structure-borne sound measurement data KSM. These structure-borne sound measurement data KSM contain movement variables, such as oscillation path, oscillation speed, and acceleration of the structure-borne sound KS. The structure-borne noise KS is created here by external influences, for example during the operation of the electric vehicle 20th ( 4th ) appear.

Das System 10 umfasst ferner ein Auswertesystem 22, das die Körperschall-Messdaten KSM von dem Körperschallsensor 15 empfängt, und das in Abhängigkeit von den Körperschall-Messdaten KSM eine mechanische Krafteinwirkung auf die Batteriewanne 16 ermittelt bzw. bestimmt. Das Auswertesystem 22 ist in 2 in Verbindung mit dem Körperschallsensor 15 illustriert. Hierbei zeigt 2 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Auswertesystems 22. Die von dem Körperschallsensor 15 gemessenen Körperschall-Messdaten KSM werden dem Auswertesystem 22 bereitgestellt und von diesem ausgewertet bzw. analysiert. Die Körperschall-Messdaten KSM sind richtungsabhängige, kinematische Größen aus welchen sich eine entsprechende Krafteinwirkung ableiten lässt.The system 10 also includes an evaluation system 22nd that the structure-borne sound measurement data KSM from the structure-borne sound sensor 15th receives, and depending on the structure-borne sound measurement data KSM, a mechanical force acting on the battery tray 16 determined or determined. The evaluation system 22nd is in 2 in connection with the structure-borne sound sensor 15th illustrated. Here shows 2 a simplified and schematic representation of the principle of an embodiment of the evaluation system 22nd . The one from the structure-borne sound sensor 15th measured structure-borne sound measurement data KSM are the evaluation system 22nd provided and evaluated or analyzed by them. The structure-borne sound measurement data KSM are direction-dependent, kinematic variables from which a corresponding force can be derived.

In einer Ausführungsform kann das Auswertesystem 22 die Körperschall-Messdaten KSM filtern, um Störgeräusche wie Motorbrummen, Radlaufgeräusche, oder ähnliches zu entfernen. Ein aus den Körperschall-Messdaten erhaltenes Körperschallsignal lässt einen Rückschluss auf eine externe Krafteinwirkung zu. Zum Beispiel kann ein sprunghafter Anstieg einer Amplitude des Körperschallsignals auf einen Schlag auf die Batteriewanne 12 zurückgeführt werden. Das Auswertesystem 22 kann in diesem Fall das Körperschallsignal einem Ausnahmefall zuordnen und die externe Krafteinwirkung bestimmen.In one embodiment, the evaluation system 22nd filter the structure-borne noise measurement data KSM in order to remove interfering noises such as engine hum, wheel running noises, or the like. A structure-borne noise signal obtained from the structure-borne noise measurement data allows conclusions to be drawn about an external force. For example, a sudden increase in the amplitude of the structure-borne noise signal can hit the battery tray in one fell swoop 12th to be led back. The evaluation system 22nd In this case, can assign the structure-borne noise signal to an exceptional case and determine the external force.

Das Auswertesystem 22 kann anhand der bestimmten mechanischen Krafteinwirkung eine mögliche Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls 19 bestimmen. Durch die Analyse der Körperschall-Messdaten KSM kann die auf die Batteriewanne 16 einwirkende Kraft ermittelt und mit einem vorher festgelegten Grenzwert verglichen werden. Der Grenzwert kann die mechanischen Belastungseigenschaften, wie die Materialbeschaffenheit, oder ähnliches, der Batteriewanne 16 und des Hochvolt-Batteriemoduls 19 berücksichtigen. Hierdurch kann ein maximaler Belastungswert bereitgestellt werden, bei dem die Batteriewanne 16 und/oder das Hochvolt-Batteriemodul 19 einen Schaden erleiden. Wenn die ermittelte Krafteinwirkung über diesem Belastungswert liegt, kann das Auswertesystem 22 eine Beschädigung der Batteriewanne 12 und/oder des darin angeordneten Hochvolt-Batteriemoduls 19 feststellen.The evaluation system 22nd possible damage to the high-voltage battery module based on the specific mechanical force 19th determine. By analyzing the structure-borne sound measurement data KSM, the can be applied to the battery tray 16 acting force can be determined and compared with a predetermined limit value. The limit value can be the mechanical load properties, such as the material properties, or the like, of the battery tray 16 and the high-voltage battery module 19th consider. As a result, a maximum load value can be provided at which the battery tray 16 and / or the high-voltage battery module 19th suffer damage. If the determined force is above this load value, the evaluation system can 22nd damage to the battery tray 12th and / or the high-voltage battery module arranged therein 19th determine.

Ferner kann das Auswertesystem 22 auch für weitere Komponenten, wie zum Beispiel den Batterierahmen 14, der mit der Batteriewanne 12 verbunden ist und eine akustische Kopplung bildet, eine Krafteinwirkung ermitteln, um so eine mögliche Beschädigung festzustellen.Furthermore, the evaluation system 22nd also for other components, such as the battery frame 14th that with the battery pan 12th is connected and forms an acoustic coupling, determine a force in order to determine possible damage.

In diesem Zusammenhang kann das Auswertesystem 22, wenn eine Beschädigung anzunehmen ist bzw. vorliegt, den Ort und Grad der mechanischen Krafteinwirkung bestimmen und eine Warnung WS an ein dem Elektrofahrzeug 20 zugeordneten Bordcomputer 28 senden. Dies ist in 2 durch den Pfeil mit Bezug auf das Warnsignal WS illustriert. Zum Beispiel kann durch bekannte Verfahren basierend auf einer Zeitdifferenzmessung des Körperschalls KS die Quelle des gemessenen Körperschalls KS und somit der Ort, an welchem die Krafteinwirkung auftritt, bestimmt werden. Wie zuvor ausgeführt, kann ebenso die Richtung und die Stärke der einwirkenden Kraft bestimmt werden, um ein Maß, d.h. ein Grad für die Stärke der Beschädigung zu erhalten. Durch das abgegebene Warnsignal WS kann der Bordcomputer einen Fahrer des Elektrofahrzeugs 20 über die Beschädigung in Kenntnis setzten oder/und das Elektrofahrzeug 20 automatisch abschalten. Ein automatisches Abschalten ist zum Beispiel nützlich wenn eine hohe Krafteinwirkung und somit eine große Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls 19 vorliegt. Dadurch kann beispielsweise eine starke Hitzeentwicklung im Hochvolt-Batteriemodul vermieden werden.In this context, the evaluation system 22nd If damage is to be assumed or is present, determine the location and degree of the mechanical force and a warning WS to the electric vehicle 20th assigned on-board computer 28 send. This is in 2 illustrated by the arrow with reference to the warning signal WS. For example, known methods based on a time difference measurement of the structure-borne noise KS can be used to determine the source of the measured structure-borne noise KS and thus the location at which the action of force occurs. As stated above, the direction and the strength of the acting force can also be determined in order to obtain a measure, ie a degree, for the strength of the damage. The on-board computer can inform a driver of the electric vehicle through the issued warning signal WS 20th inform about the damage and / or the electric vehicle 20th switch off automatically. An automatic switch-off is useful, for example, when a high force is exerted and the high-voltage battery module is severely damaged 19th is present. In this way, for example, excessive heat build-up in the high-voltage battery module can be avoided.

Die Batteriewanne 12 kann an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs 20 anbringbar oder angebracht sein, wie in 4 illustriert. Ebenso sind weitere Anordnungen möglich. In einer Ausführungsform kann die Batteriewanne 12 und das darin angeordnete Hochvolt-Batteriemodul 19 auch im vorderen Teil des Elektrofahrzeugs 20 aufgenommen sein.The battery tray 12th can be attached to a bottom of the electric vehicle 20th attachable or be attached as in 4th illustrated. Other arrangements are also possible. In one embodiment, the battery pan 12th and the high-voltage battery module arranged in it 19th also in the front part of the electric vehicle 20th be included.

Die Batteriewanne 12 kann überwiegend aus Aluminium gefertigt sein. Aluminium weist gute Körperschalleigenschaften auf, d.h. ein durch eine Beschädigung erzeugter Körperschall KS lässt sich mit höherer Genauigkeit erfassen, wodurch genauere Körperschall-Messdaten KSM durch den Körperschallsensor 15 erzeugt werden können. Die Batteriewanne 12 kann eine flache Geometrie aufweisen und in einem abgedichteten Bereich des Elektrofahrzeugs 20 angeordnet sein, so dass sie von weiteren Umwelteinflüssen, wie Wasser, Schmutz, oder ähnlichem geschützt ist.The battery tray 12th can mainly be made of aluminum. Aluminum has good structure-borne sound properties, ie structure-borne sound KS generated by damage can be recorded with greater accuracy, which means that more precise structure-borne sound measurement data KSM is provided by the structure-borne sound sensor 15th can be generated. The battery tray 12th may have a flat geometry and in a sealed area of the electric vehicle 20th be arranged so that it is protected from other environmental influences, such as water, dirt, or the like.

Der Körperschallsensor 15 kann mit der Batteriewanne 12 verbunden, insbesondere an diese gesteckt sein. Somit ist ein einfacher Ausstauch- bzw. Einbau des Körperschallsensors 15 möglich. Alternativ kann der Köperschallsensor auch mit der Batteriewanne verklebt sein.The structure-borne sound sensor 15th can with the battery tray 12th connected, in particular be plugged into this. This means that the structure-borne noise sensor can be easily swapped out or installed 15th possible. Alternatively, the structure-borne sound sensor can also be glued to the battery tray.

Das System 10 kann ferner wenigstens einen Batteriesensor 26 umfassen, der Batteriezustandsdaten eines betreffenden Hochvolt-Batteriemoduls 19 erfasst und entsprechende Batteriezustands-Messdaten BZM erzeugt. Hierbei kann der Batteriesensor 26 in dem Hochvolt-Batteriemodul 19 angeordnet sein. In diesem Zusammenhang zeigt 3 eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform von Hochvolt-Batteriemodulen 19 des Systems 10. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind mehrere Batteriesensoren 26 an verschiedenen Positionen in den Hochvolt-Batteriemodulen 19 angeordnet. Der Batteriesensor 26 erfasst den aktuellen Zustand des Hochvolt-Batteriemoduls 19 durch Messung beispielsweise von Temperatur, Strom, Spannung, und Ladezustand, und erzeugt daraus die Batteriezustands-Messdaten BZM.The system 10 can also have at least one battery sensor 26th include the battery status data of a relevant high-voltage battery module 19th recorded and corresponding battery condition measurement data BZM generated. The battery sensor can do this 26th in the high-voltage battery module 19th be arranged. In this context shows 3 a simplified and schematic diagram of an embodiment of high-voltage battery modules 19th of the system 10 . In the in 3 The example shown is multiple battery sensors 26th at different positions in the high-voltage battery modules 19th arranged. The battery sensor 26th records the current status of the high-voltage battery module 19th by measuring, for example, temperature, current, voltage and state of charge, and uses this to generate the battery state measurement data BZM.

Das Auswertesystem 22 kann die Batteriezustands-Messdaten BZM von dem Batteriesensor 26 empfangen und diese bei der Bestimmung der mechanische Krafteinwirkung auf die Batteriewanne 12 und bei der Ermittlung der möglichen Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls 19 mit berücksichtigen. Dies ist durch den Pfeil mit Bezug auf die Batteriezustands-Messdaten BZM in 2 gezeigt. Zum Beispiel kann ein Anstieg der Temperatur in dem Hochvolt-Batteriemodul 19 auf eine ernsthafte Beschädigung und eine mögliche starke Hitzeentwicklung hindeuten. Durch Einbezug der Batteriezustands-Messdaten BZM kann somit eine Beschädigung noch schneller ermittelt und die Sicherheit erhöht werden.The evaluation system 22nd the battery condition measurement data BZM from the battery sensor 26th received and this when determining the mechanical force on the battery tray 12th and when determining possible damage to the high-voltage battery module 19th take into account. This is indicated by the arrow with reference to the battery condition measurement data BZM in 2 shown. For example, there may be a rise in temperature in the high-voltage battery module 19th indicate serious damage and possible excessive heat generation. By including the battery status measurement data BZM, damage can be determined even more quickly and safety can be increased.

Der Körperschallsensor 15 und der Batteriesensor 26 können über eine drahtlose Verbindung die Körperschall-Messdaten KSM und die Batteriezustands-Messdaten BZM an das Auswertesystem 22 senden. Dies kann durch ein fahrzeuginternes Netzwerk geschehen, was zusätzliche Signalleitungen spart und somit die Kosten verringert.The structure-borne sound sensor 15th and the battery sensor 26th the structure-borne noise measurement data KSM and the battery condition measurement data BZM can be sent to the evaluation system via a wireless connection 22nd send. This can be done through an in-vehicle network, which saves additional signal lines and thus reduces costs.

In einer Ausführungsform können die Körperschall-Messdaten KSM und die Batteriezustands-Messdaten BZM über einen längeren Zeitraum gespeichert werden. Diese Daten können zum Beispiel in einem Speicher 24 des Auswertesystems 22 geschrieben werden. Durch Erfassung dieser Daten kann ein Lebenszyklus des Hochvolt-Batteriemoduls 19 verfolgt werden. Hieraus lassen sich mögliche Schadensszenarien erstellen. Zum Beispiel kann anhand der gespeicherten Messdaten mit bekannten Verfahren des maschinellen Lernens eine automatische Klassifikation von Beschädigungen erfolgen. Anhand dieser Klassifikation kann eine Prognose erstellt werden, wann eine Wartung des Elektrofahrzeugs 20 bzw. seiner Batteriemodule 19 nötig ist.In one embodiment, the structure-borne sound measurement data KSM and the battery state measurement data BZM can be stored over a longer period of time. This data can for example in a memory 24 of the evaluation system 22nd to be written. By collecting this data, a life cycle of the high-voltage battery module 19th to be tracked. Possible damage scenarios can be created from this. For example, the stored measurement data can be used to automatically classify damage using known machine learning methods. Using this classification, a prognosis can be made as to when the electric vehicle will be serviced 20th or its battery modules 19th is necessary.

Das Auswertesystem 22 kann ferner eine Datenverarbeitungseinheit 28 umfassen, mit der die Messdaten KSM, BZM analysiert werden.The evaluation system 22nd can also have a data processing unit 28 with which the measurement data KSM, BZM are analyzed.

In 4 ist eine vereinfachte und schematische Prinzipdarstellung einer Ausführungsform des Elektrofahrzeugs 20 mit dem System 10 zur Erkennung von Beschädigungen an Hochvolt-Batteriemodulen 19 gezeigt. Die Batteriewanne 12 mit dem darin angeordneten Hochvolt-Batteriemodul 19 ist im gezeigten Beispiel an der Unterseite des Elektrofahrzeugs 20 angebracht. Dies ist aber nicht einschränkend. Das Auswertesystem 22 und der Bordcomputer 28 sind im vorderen Teil des Elektrofahrzeugs 20, beispielsweise im oder vor dem Armaturenbrett, angeordnet. Weitere Anordnungen sind möglich.In 4th is a simplified and schematic diagram of an embodiment of the electric vehicle 20th with the system 10 for detecting damage to high-voltage battery modules 19th shown. The battery tray 12th with the high-voltage battery module arranged in it 19th is on the underside of the electric vehicle in the example shown 20th appropriate. But this is not limiting. The evaluation system 22nd and the on-board computer 28 are in the front of the electric vehicle 20th , for example in or in front of the dashboard, arranged. Further arrangements are possible.

Bei Betrieb des Elektrofahrzeugs 20 kann der Körperschallsensor 15 den Körperschall KS der Batteriewanne 12 kontinuierlich messen und dem Auswertesystem 22 bereitstellen, welches dann eine entsprechende Schadensanalyse durchführen kann. Ferner können der Körperschallsensor 15 und das Auswertesystem 22 auch bei Stillstand des Elektrofahrzeugs 20 das Hochvolt-Batteriemodul 19 überwachen. In einer Ausführungsform kann ein dem Elektrofahrzeug 20 zugeordnetes Aktivierungssystem (nicht in 4 gezeigt) den Körperschallsensor 15 aktivieren, zum Beispiel wenn ein bestimmter Grenzwert überschritten wird, oder/und das Hochvolt-Batteriemodul 19 geladen wird, oder ähnliches. So kann der Energieverbrauch des Systems 10 reduziert werden.When operating the electric vehicle 20th can the structure-borne sound sensor 15th the structure-borne noise KS of the battery tray 12th continuously measure and the evaluation system 22nd provide, which can then carry out a corresponding damage analysis. Furthermore, the structure-borne noise sensor 15th and the evaluation system 22nd even when the electric vehicle is at a standstill 20th the high-voltage battery module 19th monitor. In one embodiment, an electric vehicle 20th assigned activation system (not in 4th shown) the structure-borne sound sensor 15th activate, for example if a certain limit value is exceeded, and / or the high-voltage battery module 19th is loaded, or something similar. So can the energy consumption of the system 10 be reduced.

Claims (12)

System (10) zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen (19) für ein Elektrofahrzeug (20) mit wenigstens einer Batteriewanne (12), in der wenigstens ein Hochvolt-Batteriemodul (19) angeordnet ist; wenigstens einem Körperschallsensor (15), der dazu eingerichtet ist, Körperschall (KS) der Batteriewanne (12) zu erfassen und entsprechende Körperschall-Messdaten (KSM) zu erzeugen; und wenigstens einem Auswertesystem (22), das dazu eingerichtet ist, die Körperschall-Messdaten (KSM) von dem Körperschallsensor (15) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Körperschall-Messdaten (KSM) eine mechanische Krafteinwirkung auf die Batteriewanne (12) zu bestimmen.System (10) for detecting damage to high-voltage battery modules (19) for an electric vehicle (20) with at least one battery tray (12) in which at least one high-voltage battery module (19) is arranged; at least one structure-borne noise sensor (15) which is set up to detect structure-borne noise (KS) of the battery tray (12) and to generate corresponding structure-borne noise measurement data (KSM); and at least one evaluation system (22), which is set up to receive the structure-borne sound measurement data (KSM) from the structure-borne sound sensor (15), characterized in that the evaluation system (22) is further set up as a function of the structure-borne sound measurement data (KSM) to determine a mechanical force acting on the battery tray (12). System (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, anhand der bestimmten mechanischen Krafteinwirkung eine mögliche Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls (19) zu ermitteln.System (10) according to Claim 1 , characterized in that the evaluation system (22) is further set up to determine possible damage to the high-voltage battery module (19) on the basis of the determined mechanical force. System (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, bei einer Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls (19) den Ort und Grad der mechanischen Krafteinwirkung zu bestimmen und eine Warnung an einen dem Elektrofahrzeug (20) zugeordneten Bordcomputer (28) zu senden.System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation system (22) is also set up to determine the location and degree of mechanical force in the event of damage to the high-voltage battery module (19) and to issue a warning to an electric vehicle (20) to send assigned on-board computer (28). System (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriewanne (12) an einer Unterseite des Elektrofahrzeugs (20) anbringbar oder angebracht ist.System (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the battery tray (12) on an underside of the electric vehicle (20) is attachable or attached. System (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriewanne (12) überwiegend aus Aluminium gefertigt ist.System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery tray (12) is mainly made of aluminum. System (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschallsensor (15) mit der Batteriewanne (12) verbunden, insbesondere an diese gesteckt ist.System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the structure-borne sound sensor (15) is connected to the battery tray (12), in particular is plugged into it. System (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) ferner wenigstens einen Batteriesensor (26) umfasst, der dazu eingerichtet ist, Batteriezustandsdaten eines betreffenden Hochvolt-Batteriemoduls zu erfassen und entsprechende Batteriezustands-Messdaten (BZM) zu erzeugen, wobei der Batteriesensor (26) in dem Hochvolt-Batteriemodul (19) angeordnet ist.System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the system (10) further comprises at least one battery sensor (26) which is set up to record battery status data of a relevant high-voltage battery module and to assign corresponding battery status measurement data (BZM) generate, wherein the battery sensor (26) is arranged in the high-voltage battery module (19). System (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, die Batteriezustands-Messdaten (BZM) von dem Batteriesensor (26) zu empfangen und diese bei der Bestimmung der mechanischen Krafteinwirkung auf die Batteriewanne (12) und bei der Ermittlung der möglichen Beschädigung des Hochvolt-Batteriemoduls (19) zu berücksichtigen.System (10) according to Claim 7 , characterized in that the evaluation system (22) is further set up to receive the battery condition measurement data (BZM) from the battery sensor (26) and to use them when determining the mechanical force acting on the battery tray (12) and when determining the possible Damage to the high-voltage battery module (19) must be taken into account. System (10) nach Anspruch 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperschallsensor (15) und der Batteriesensor (26) über eine drahtlose Verbindung die Körperschall-Messdaten (KSM) und die Batteriezustands-Messdaten (BZM) an das Auswertesystem (22) sendet.System (10) according to Claim 7 until 8th , characterized in that the structure-borne sound sensor (15) and the battery sensor (26) send the structure-borne sound measurement data (KSM) and the battery condition measurement data (BZM) to the evaluation system (22) via a wireless connection. System (10) nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner dazu eingerichtet ist, die Körperschall-Messdaten (KSM) und die Batteriezustands-Messdaten (BZM) über einen längeren Zeitraum zu speichern.System (10) according to Claim 7 until 9 , characterized in that the evaluation system (22) is also set up to store the structure-borne sound measurement data (KSM) and the battery condition measurement data (BZM) over a longer period of time. System (10) nach einen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertesystem (22) ferner eine Datenverarbeitungseinheit (29) umfasst, die dazu eingerichtet ist, Messdaten zu analysieren.System (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation system (22) further comprises a data processing unit (29) which is set up to analyze measurement data. Elektrofahrzeug (20) mit einem System (10) zur Erkennung von Beschädigungen von Hochvolt-Batteriemodulen (19) nach den vorherigen Ansprüchen.Electric vehicle (20) with a system (10) for detecting damage to high-voltage battery modules (19) according to the preceding claims.
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