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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Batteriewarnsystem zur Erkennung einer Thermalpropagation zumindest einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriewarnsystem.
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Ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) kann in seltenen Fällen bei einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie auftreten. Bei einem solchen thermischen Durchgehen kann durch eine exotherme chemische Reaktion eine oder mehrere Batteriezellen stark erhitzt werden, was zu einem Brand und zu einem starken Druckanstieg aufgrund von Verbrennungsgasen führen kann. Insbesondere kann es in der Folge dazu kommen, dass eine oder mehrere weitere Batteriezellen betroffen werden und thermisch durchgehen, was als Thermalpropagation bezeichnet wird. Um einen Fahrer und/oder einen Hersteller bei Auftreten einer solchen Thermalpropagation zu warnen, wird aktuell versucht, in einem Batteriemanagement-Controller (BMC) mittels Temperaturschwellen und Temperaturgradienten die Thermalpropagation zu erkennen. Hierfür werden Temperaturwerte durch eine Zellüberwachungselektronik, insbesondere einen Zellmanagement-Controller (CMC), über einen Bus an den BMC gesendet, der die Temperaturwerte auswertet, wobei die Temperaturwerte üblicherweise in einem Ein-Sekunden-Takt über den Fahrzeugbus an den BMC gesendet werden.
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Aufgrund einer begrenzten Bandbreite und vorgegebenen Übertragungszeitabständen der verwendeten Bussysteme können die gemessenen Temperaturwerte weder in Echtzeit noch mit einem technisch möglichen Wertebereich zwischen dem CMC und dem BMC übermittelt werden.
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Dadurch kann es passieren, dass der Temperatursensor selber zwischen zwei Übertragungen der Temperaturwerte durch das thermische Durchgehen einer oder mehrerer Batteriezellen, das innerhalb von 100 bis 500 ms ablaufen kann, zerstört wird und so weder ein Temperaturgradient noch eine viel zu hohe Zelltemperatur vom BMC ermittelt werden kann, da der CMC nur noch Fehlerwerte schicken kann. Außerdem kann der BMC nicht feststellen, ob ein Sensordefekt oder ein thermisches Durchgehen beziehungsweise eine Thermalpropagation den Fehlerwert des Sensorsignals verursacht hat.
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Aus der
DE 10 2013 013 170 A1 sind eine Batterie mit einer Temperiereinrichtung und ein Verfahren zum Temperieren einer Batterie bekannt. Die Batterie umfasst eine Batterieeinzelzelle, eine Temperaturüberwachungseinrichtung für die Batterie und/oder die Batterieeinzelzelle und ein Batteriemanagementsystem.
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Aus der
DE 10 2018 214 749 A1 sind ein Batteriesystem mit einem Batteriegehäuse, einem Batteriezellenhalter, der innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet ist und eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, und ein Batteriemanagementsystem bekannt. Das Batteriemanagementsystem ist dazu eingerichtet, die Vielzahl von Batteriezellen zu überwachen und Temperaturen der einzelnen Batteriezellen zu erfassen.
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Aus der
US 2019/0296407 A1 ist ein Temperaturüberwachungssystem eines Batteriemoduls mit einem Mehrfachzonenthermoelement bekannt, das dazu ausgebildet ist, eine Mehrzahl von Temperaturen entlang einer Tiefe des Batteriemoduls an unterschiedlichen Orten zu bestimmen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auftreten einer Thermalpropagation einer Batteriezelle verbessert zu erkennen.
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Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass der „Flaschenhals“ bei der Übermittlung der Messdaten über einen Bus an einen Batteriemanagement-Controller umgangen werden kann, wenn die Messdaten bereits in einem Zellmanagement-Controller, das heißt in der Überwachungselektronik selber, verarbeitet werden können und nur ein Ergebnis an den Batteriemanagement-Controller gesendet wird.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Erkennung eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle und/oder einer Thermalpropagation zumindest einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst als Schritt a) ein Ermitteln von Temperaturwerten der Batteriezelle durch einen Temperatursensor eines Zellmanagement-Controllers („Cell Management Controller“, CMC), wobei die Temperaturwerte mit vorgegebenen Auslesezeitabständen ermittelt werden. Als Schritt b) umfasst das Verfahren ein Bestimmen durch eine Analyseeinheit des CMC, ob zumindest einer der ermittelten Temperaturwerte eine vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt, als Schritt c) ein Übermitteln der ermittelten Temperaturwerte in vorgegebenen Übertragungszeitabständen an einen Batteriemanagement-Controller (BMC), der auch als Batteriemanagementsystem („Battery Management System“) bezeichnet werden kann, falls die vorgegeben Thermalpropagationsbedingung nicht erfüllt wird, wobei die Auslesezeitabstände kleiner als die Übertragungszeitabstände sind, und als Schritt d) ein Übermitteln eines Propagationswarnsignals durch den CMC an den BMC, falls die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt wird.
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Mit anderen Worten werden die Temperaturwerte von einem Temperatursensor des Zellmanagement-Controllers in vorgegebenen Auslesezeitabständen ermittelt und durch eine Analyseeinheit analysiert. Die Analyseeinheit überprüft, ob die gemessenen Temperaturwerte einer vorgegebenen Thermalpropagationsbedingung entsprechen, wobei die Thermalpropagationsbedingung ein Muster der ermittelten Temperaturwerte aufweisen kann, das typisch für eine Thermalpropagation ist. Beispielsweise kann ein hoher Temperaturwert oder ein steiler Temperaturgradient auf eine Thermalpropagation hinweisen. Insbesondere können die vorgegebenen Auslesezeitabstände, mit der die Temperaturwerte ermittelt werden, kurz sein, vorzugsweise kürzer als die Übertragungszeitabstände. Insbesondere können die Auslesezeitabstände weniger als einer Sekunde sein, beispielsweise unter 100 ms oder unter 10 ms. Vorzugsweise kann der Temperatursensor dazu ausgebildet sein, Temperaturen über 100°C zu messen. Der Zellmanagement-Controller kann als Analyseeinheit beispielsweise einen Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) aufweisen, die Messdaten empfangen und auswerten kann.
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In Abhängigkeit von der Auswertung der Analyseeinheit können dann entweder, falls die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung nicht erfüllt wird, mit einem vorgegebenen Übertragungstakt eines Fahrzeugbusses, das heißt mit den vorgegebenen Übertragungszeitabständen, die ermittelten Temperaturwerte an den Batteriemanagement-Controller zur weiteren Verarbeitung übermittelt werden. Die vorgegebenen Übertragungszeitabstände können durch den Fahrzeugbus vorgegeben sein und im Rahmen einer synchronen Datenübertragung durchgeführt werden. Üblicherweise können die Übertragungszeitabstände eine Zeit von einer Sekunde aufweisen.
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Falls die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt wird, kann der Zellmanagement-Controller ein Propagationswarnsignal an den Batteriemanagement-Controller senden. Das Propagationswarnsignal kann beispielsweise ein Ergebnis der Analyse durch die Analyseeinheit aufweisen. Zusätzlich kann beispielsweise einer oder mehrere zuletzt gemessene Temperaturwerte zusammen mit dem Propagationswarnsignal an den Batteriemanagement-Controller übermittelt werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass Temperaturwerte der Batteriezelle mit viel geringeren Auslesezeitabständen aufgenommen und verarbeitet werden können. Somit kann eine Thermalpropagation, insbesondere ein schneller Anstieg der Temperaturwerte, erkannt werden, bevor der Temperatursensor selber durch die Thermalpropagation zerstört wird. Des Weiteren benötigt ein Übermitteln des Propagationswarnsignals weniger Bandbreite für die Übertragung zu dem Batteriemanagement-Controller, wodurch dem Batteriemanagement-Controller weiterhin ein Bild der gesamten Lage der Batteriezellen bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Auftreten einer Thermalpropagation zuverlässiger erkannt werden.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich weitere Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Thermalpropagationsbedingung in Schritt b) erfüllt wird, falls zumindest einer der Temperaturwerte über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Das heißt, dass das Propagationswarnsignal durch den CMC an den BMC übermittelt wird, falls die gemessenen Temperaturwerte über den vorgegebenen Schwellenwert steigen. Vorzugsweise kann der Schwellenwert mit 85°C vorgegeben werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass frühzeitig eine kritische Temperatur der Batteriezelle erkannt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch die Analyseeinheit eine Temperatursteigung der ermittelten Temperaturwerte bestimmt wird, wobei die Thermalpropagationsbedingung in Schritt b) erfüllt wird, falls die Temperatursteigung über einem vorgegebenen Steigungsschwellenwert liegt. Mit anderen Worten kann aus den Temperaturwerten eine Steigung beziehungsweise ein Gradient der Temperatur ermittelt werden. Anhand der Temperatursteigung kann dann überprüft werden, ob diese über dem vorgegebenen Steigungsschwellenwert liegt. Ist dies der Fall, kann die Thermalpropagationsbedingung erfüllt sein, und das Propagationswarnsignal kann an den BMC übermittelt werden. Mit Temperatursteigung oder Temperaturgradient ist eine Temperaturänderung pro Zeit gemeint, also beispielsweise °C pro Sekunde oder Kelvin pro Sekunde. Zur Bestimmung der Temperatursteigung können die Temperaturwerte beispielsweise in einem Ringpuffer des CMC mit den bekannten Auslesezeitabständen zwischengespeichert werden, wobei die Steigung aus einem Quotienten der Temperaturunterschiede zwischen zwei Temperaturwerten und dem Auslesezeitabstand zwischen den zwei Temperaturwerten bestimmt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Temperaturwerte für die Bestimmung der Temperatursteigung verwendet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Steigungsschwellenwert mit 30 Kelvin pro Sekunde vorgegeben wird. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass bereits anhand einer starken Temperatursteigung, das heißt einem hohen Gradienten eines Temperaturanstiegs, eine Thermalpropagation frühzeitig erkannt werden kann, bevor beispielsweise der Temperatursensor des CMC durch die Thermalpropagation zerstört wird.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ferner Spannungswerte der Batteriezelle durch den CMC ermittelt werden, wobei durch die Analyseeinheit bestimmt wird, ob die Spannungswerte der Batteriezelle um einen vorgegebenen Spannungsabfallwert abfallen, wobei zusätzlich oder alternativ zu dem Propagationswarnsignal ein Spannungsabfallsignal an den BMC gesendet wird, falls die Spannungswerte um den vorgegebenen Spannungswert abfallen. Mit anderen Worten können neben den Temperaturwerten auch die Spannungswerte bestimmt und durch die Analyseeinheit überprüft werden. Die Spannungswerte können beispielsweise von einem Spannungssensor der Batteriezelle bestimmt werden, beispielsweise mit einer Samplerate unter 10 ms. Wird durch die Analyseeinheit festgestellt, dass die Spannungswerte um den vorgegebenen Spannungsabfallwert abfallen, das heißt eine Steigung der Spannungswerte höher als ein zu erwartender Wert ist, kann zusätzlich oder alternativ zu dem Propagationswarnsignal ein Spannungsabfallsignal an den BMC gesendet werden. Insbesondere kann überprüft werden, ob die Spannungswerte im Vergleich zu weiteren Batteriezellen, die durch den gleichen CMC überwacht werden, um den vorgegebenen Spannungsabfallwert abfallen, wobei das Spannungsabfallsignal gesendet wird, falls das der Fall ist. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass der BMC eine zusätzliche Information der Spannungswerte der Batteriezelle erhält, wodurch verbessert festgestellt werden kann, ob es sich bei dem Propagationswarnsignal um einen Fehler des Temperatursensors oder um eine Thermalpropagation handelt. Insbesondere ist bei einem gleichzeitigen Erfüllen der Thermalpropagationsbedingung und des Spannungsabfalls von einer Thermalpropagation auszugehen. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Spannungswerte für eine Optimierung des Verfahrens verwendet werden können und somit eine verbesserte Erkennung der Thermalpropagation bereitgestellt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Propagationswarnsignal in Schritt d) unabhängig von den Übertragungszeitabständen an den BMC übermittelt wird. In gleicher Weise kann das Spannungsabfallsignal unabhängig von den Übertragungszeitabständen an den BMC übermittelt werden. Für die Übermittlung des Propagationswarnsignals von dem CMC an den BMC kann eine asynchrone Datenübertragungstechnik verwendet werden. Insbesondere kann bei Erkennen der vorgegebenen Thermalpropagationsbedingung eine Übertragung des Propagationswarnsignals getriggert werden, wodurch es außerhalb der vom Fahrzeugbus vorgegebenen Übertragungszeit gesendet werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass bei Auftreten einer Thermalpropagation der BMC sofort informiert werden kann. Insbesondere kann hierdurch das Propagationswarnsignal im ungünstigsten Fall einen Übertragungszeitabstand früher gesendet werden. Insgesamt kann somit eine schnellere Warnung und eine Verbesserung der Erkennung der Thermalpropagation bereitgestellt werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass durch den BMC das Propagationswarnsignal und/oder die ermittelten Temperaturwerte empfangen werden, wobei das BMC in Abhängigkeit des empfangenen Propagationswarnsignals und/oder der empfangenen Temperaturwerte einen Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder einen Hersteller des Kraftfahrzeugs und/oder einen Dritten warnt. Mit anderen Worten kann der BMC nach Empfangen des Propagationswarnsignals und/oder der ermittelten Temperaturwerte entscheiden, ob eine Thermalpropagationswarnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs und/oder den Hersteller des Kraftfahrzeugs gesendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Warnung an einen Dritten, insbesondere an Einsatzkräfte oder Behörden gesendet werden. Beispielsweise kann bei Erkennung einer Thermalpropagation eine Warnung an eine Feuerwehr gesendet werden, wobei die Warnung einen Standort des Kraftfahrzeugs umfassen kann. Vorzugsweise kann der BMC beispielsweise eine Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs ansteuern, die den Hersteller des Kraftfahrzeugs und/oder den Dritten warnt. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise durch eine Anzeigevorrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder eine Audiovorrichtung des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise einen Lautsprecher, gewarnt werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass bei einer Erkennung der Thermalpropagation schnell Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden können, was eine Sicherheit erhöht.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriewarnsystem zur Erkennung einer Thermalpropagation einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriewarnsystem einen Zellmanagement-Controller (CMC) umfasst, wobei der CMC dazu ausgebildet ist, durch einen Temperatursensor Temperaturwerte der Batteriezelle in vorgegebenen Auslesezeitabständen zu ermitteln, wobei eine Analyseeinheit des CMC dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, ob zumindest einer der ermittelten Temperaturwerte eine vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt, wobei der CMC ferner dazu ausgebildet ist, die ermittelten Temperaturwerte in vorgegebenen Übertragungszeitabständen an einen Batteriemanagement-Controller (BMC) zu übermitteln, falls die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung nicht erfüllt wird, wobei die Auslesezeitabstände kleiner als die Übertragungszeitabstände sind, und wobei der CMC dazu ausgebildet ist, ein Propagationswarnsignal an den BMC zu übermitteln, falls die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt wird. Mit anderen Worten ist ein Batteriewarnsystem mit einem Zellmanagement-Controller bereitgestellt, wobei der Zellmanagement-Controller dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen auszuführen. Hierbei ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Verfahren.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriewarnsystem bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriewarnsystems, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriewarnsystems hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug mit einem Batteriewarnsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Batteriewarnsystem 12 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 kann ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sein, das eine Traktionsbatterie 14 aufweist. Die Traktionsbatterie 14 kann Batteriemodule umfassen, wobei ein Batteriemodul zumindest eine Batteriezelle 16 aufweist.
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Zur Erkennung einer Thermalpropagation, das heißt einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle 16 und/oder weiteren Batteriezellen, kann das Batteriewarnsystem 12 einen Zellmanagement-Controller (CMC) 18 umfassen, wobei der Zellmanagement-Controller 18 dazu ausgebildet sein kann, einen Temperatursensor 20 der Batteriezelle 16 zur Ermittlung von Temperaturwerten der Batteriezelle in vorgegebenen Auslesezeitabständen anzusteuern. Der Zellmanagement-Controller 18 kann insbesondere direkt an oder in der Batteriezelle 16 angeordnet sein und eine Zellüberwachungselektronik für die Batteriezelle 16 bereitstellen.
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Der CMC 18 kann eine Analyseeinheit 22 umfassen, wobei die Analyseeinheit 22 dazu ausgebildet sein kann, zu bestimmen, ob zumindest einer der durch den Temperatursensor 20 ermittelten Temperaturwerte eine vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt. Die Analyseeinheit 22 kann beispielsweise als ein Mikrocontroller oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) in dem CMC 18 bereitgestellt sein. Die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung kann ein vorgegebener Schwellenwert für die Temperaturwerte sein. Beispielsweise kann der Schwellenwert mit 85°C vorgegeben werden, wobei bei einem Überschreiten dieses Schwellenwerts die Thermalpropagationsbedingung erfüllt wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Thermalpropagationsbedingung durch einen Steigungsschwellenwert einer Temperatursteigung vorgegeben sein. Beispielsweise kann die Thermalpropagationsbedingung erfüllt sein, falls die Temperatursteigung über den Steigungsschwellenwert von 30 Kelvin pro Sekunde liegt. Hierzu kann beispielsweise die Analyseeinheit 22 die Temperatursteigung aus den ermittelten Temperaturwerten bestimmen. Anschließend kann geprüft werden, ob die ermittelte Temperatursteigung über oder unter dem vorgegebenen Steigungsschwellenwert liegt.
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Wurde durch die Analyseeinheit 22 festgestellt, dass die Thermalpropagationsbedingung nicht erfüllt ist, können die Temperaturwerte in gewohnter Weise an einen Batteriemanagement-Controller (BMC) 24 zur weiteren Verarbeitung übermittelt werden. Der Batteriemanagement-Controller 24 kann ein elektronisches Steuergerät sein, das die Traktionsbatterie 14 global überwacht und steuert. Insbesondere kann der BMC 24 beabstandet von dem Zellmanagement-Controller 18 angeordnet sein, beispielsweise an der Traktionsbatterie 14 oder als ein Steuergerät außerhalb der Traktionsbatterie 14 im Kraftfahrzeug 10. Zur Übermittlung der Temperaturwerte können hierfür die Temperaturwerte in üblicher Weise über einen Fahrzeugbus in vorgegebenen Übertragungszeitabständen an den BMC 24 übertragen werden, beispielsweise ein Mal pro Sekunde.
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Falls jedoch die Analyseeinheit 22 erkennt, dass die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt ist, kann der CMC 18 dazu ausgebildet sein, ein Propagationswarnsignal an den BMC 24 zu übermitteln. Hierbei kann das Propagationswarnsignal zumindest eine Auswertung der Analyseeinheit 22 umfassen. Vorzugsweise kann das Propagationswarnsignal auch einen letzten gemessenen Temperaturwert aufweisen, der durch den Temperatursensor 20 gemessen wurde. Besonders bevorzugt kann das Propagationswarnsignal unabhängig von den Übertragungszeitabständen an den BMC 24 übermittelt werden. Das heißt, dass das Propagationswarnsignal mittels einer asynchronen Datenübertragung an den BMC 24 gesendet werden kann, wobei dieser außerhalb von den geplanten Übertragungszeitabständen für die Übertragung an den BMC 24 sein kann. Hierbei ergibt sich zum einen der Vorteil, dass nur eine geringe Bandbreite für das Propagationswarnsignal benötigt wird, da nicht alle Temperaturwerte übertragen werden müssen, und andererseits kann eine schnelle Warnung an den BMC 24 erfolgen, da im schlechtesten Fall nicht auf den vorgegebenen Übertragungszeitabstand, beispielsweise eine Sekunde, gewartet werden muss, bis das Propagationswarnsignal verschickt werden kann. Auch kann ein Auslesezeitabstand des Temperatursensors 20 kleiner gewählt werden als der Übertragungszeitabstand, da eine Auswertung der Gradienten und/oder über Temperaturerkennung direkt im CMC 18 stattfindet und nur noch das jeweilige Ergebnis übermittelt wird.
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Zusätzlich kann der CMC 18 einen Spannungssensor 26 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Spannungswerte der Batteriezelle 16 zu bestimmen. Mit diesen Spannungswerten kann die Erkennung der Thermalpropagation optimiert werden, indem die gemessenen Spannungswerte durch die Analyseeinheit 22 daraufhin geprüft werden, ob diese um einen vorgegebenen Spannungsabfallwert abfallen, wobei vorzugsweise geprüft werden kann, ob die Spannungswerte der Batteriezelle (16) und/oder weiterer Batteriezellen im Vergleich zu restlichen Batteriezellen um den vorgegebenen Spannungsabfallwert abfallen. Insbesondere kann auch ein Einbruch der Spannung eine Thermalpropagation anzeigen. Wird ein solcher Spannungsabfall erkannt, kann der CMC 18 zusätzlich oder alternativ zu dem Propagationswarnsignal ein Spannungsabfallsignal an den BMC 24 senden. Der BMC 24 kann dann bei einem Erhalten des Propagationswarnsignals und des Spannungsabfallsignals entscheiden, ob eine Thermalpropagation vorliegt und beispielsweise einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 warnen. Insbesondere kann der BMC 24 eine Anzeigevorrichtung und/oder eine Audiovorrichtung (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 10 zur Warnung des Fahrers ansteuern. Alternativ oder zusätzlich kann der BMC 24 eine Kommunikationseinrichtung (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 10 zur Übertragung einer Warnung an den Hersteller des Fahrzeugs 10 und/oder eines Dritten ansteuern. Als Dritter ist beispielsweise eine Behörde gemeint, insbesondere eine Feuerwehr, die zusätzlich eine Position des Kraftfahrzeugs 10 erhalten kann. Die Position des Kraftfahrzeugs 10 kann beispielsweise mittels eines GPS-Sensors (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 10 festgestellt werden.
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Somit kann der „Flaschenhals“ für eine Übermittlung vieler Messdaten über einen Bus an den BMC 24 umgangen werden. Gleichzeitig können die Temperaturwerte im CMC 18 mit viel höherer Samplerate aufgenommen und verarbeitet werden. So kann auch noch ein steiler Gradient (Temperatursteigung) erkannt werden bevor der Temperatursensor 20 selber durch die Thermalpropagation zerstört wird. Durch die Übermittlung des Propagationswarnsignals des CMC 18 steht dem BMC 24 weiterhin ein Bild der gesamten Lage zu einer finalen Entscheidung bereit, ob eine Warnung gesendet wird oder nicht.
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In 2 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zur Erkennung einer Thermalpropagation einer Batteriezelle 16 einer Traktionsbatterie 14 eines Kraftfahrzeugs 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. In einem Schritt S10 werden Temperaturwerte der Batteriezelle 16 durch einen Temperatursensor 20 eines Zellmanagement-Controllers 18 ermittelt, wobei die Temperaturwerte mit vorgegebenen Auslesezeitabständen gemessen werden. In einem Schritt S12 wird durch eine Analyseeinheit 22 des Zellmanagement-Controllers 18 bestimmt, ob zumindest einer der ermittelten Temperaturwerte eine vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt. Wird die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung nicht erfüllt, werden in einem Schritt S14 die ermittelten Temperaturwerte in vorgegebenen Übertragungszeitabständen an einen Batteriemanagement-Controller 24 übermittelt. Vorzugsweise können dabei die Auslesezeitabstände des Temperatursensors 20 zur Bestimmung der Temperaturwerte kleiner sein als die Übertragungszeitabstände zu dem Batteriemanagement-Controller 24. Wird in dem Schritt S12 festgestellt, dass die vorgegebene Thermalpropagationsbedingung erfüllt wird, kann in einem Schritt S16 ein Propagationswarnsignal von dem Zellmanagement-Controller 18 an den Batteriemanagement-Controller 24 übermittelt werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Methode zur Thermalpropagationserkennung im Zellmanagement-Controller 18 zur Erfüllung von Sicherheitsbestimmungen einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013013170 A1 [0005]
- DE 102018214749 A1 [0006]
- US 2019/0296407 A1 [0007]
