DE102021108641A1 - Traction battery with pressure sensor for recording accident-related pressure fluctuations within the battery housing - Google Patents

Traction battery with pressure sensor for recording accident-related pressure fluctuations within the battery housing Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie (100) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (110), welches einen hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) aufweist, und mit mehreren Batteriemodulen (120), die im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist ein Drucksensor (150) vorgesehen, mit dem unfallbedingte Druckschwankungen im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) erfassbar sind.The invention relates to a traction battery (100) for a motor vehicle, having a housing (110) which has a hermetically sealed interior (115), and having a plurality of battery modules (120) which are arranged in the hermetically sealed interior (115). According to the invention, a pressure sensor (150) is provided with which accident-related pressure fluctuations in the hermetically sealed interior (115) can be detected.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug.According to the preamble of patent claim 1, the invention relates to a traction battery for a motor vehicle.

Eine Traktionsbatterie betreffender Art dient der Speicherung von elektrischer Energie für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Eine solche Traktionsbatterie wird daher auch als Antriebsbatterie bezeichnet. Bei einem Unfall (bspw. bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem anderen Fahrzeug oder einem Hindernis, auch einem Bodenhindernis, oder bei einer geschossartigen Einwirkung auf die Traktionsbatterie) kann es zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie kommen, die zunächst unbemerkt bleibt. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt, wie eine unfallbedingte Einwirkung auf eine im Kraftfahrzeug verbaute Traktionsbatterie erfasst werden kann, um gegebenenfalls geeignete Maßnahmen zur Gefahrenabwehr veranlassen zu können.A traction battery of the type in question is used to store electrical energy for the traction drive of a motor vehicle, in particular a motor vehicle. Such a traction battery is therefore also referred to as a drive battery. In the event of an accident (e.g. if the motor vehicle collides with another vehicle or an obstacle, including a ground obstacle, or if the traction battery is hit by a projectile), damage to the traction battery can occur, which initially goes unnoticed. Various approaches are known from the prior art as to how an accident-related impact on a traction battery installed in the motor vehicle can be detected in order to be able to initiate suitable measures to avert danger, if necessary.

Die DE 10 2018 129 158 A1 beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung für eine Batterie. Die Sicherheitsvorrichtung weist ein Unterbodenteil für ein Fahrzeug, eine Mehrzahl von Sensoren und eine Auswertevorrichtung auf. Die Sensoren sind jeweils dazu ausgebildet, ein Sensorsignal in Abhängigkeit von einer Verformung des Unterbodenteils zu erzeugen und der Auswertevorrichtung zuzuführen. Die Auswertevorrichtung ist dazu ausgebildet, aus den Sensorsignalen sowohl eine erste Information über den Ort der Verformung des Unterbodenteils als auch eine zweite Information über die Stärke der Verformung zu ermitteln, und in Abhängigkeit von der ersten Information und von der zweiten Information zu bestimmen, ob ein erster Zustand vorliegt, der signalisiert, dass ein Fahrbetrieb aufrechterhalten werden kann, oder ob ein zweiter Zustand vorliegt, der signalisiert, dass ein Fahrbetrieb nicht mehr aufrechterhalten werden kann.the DE 10 2018 129 158 A1 describes a safety device for a battery. The safety device has an underbody part for a vehicle, a plurality of sensors and an evaluation device. The sensors are each designed to generate a sensor signal as a function of a deformation of the underbody part and to feed it to the evaluation device. The evaluation device is designed to determine from the sensor signals both first information about the location of the deformation of the underbody part and second information about the extent of the deformation, and depending on the first information and the second information to determine whether a first state is present, which signals that driving operation can be maintained, or whether a second state is present, which signals that driving operation can no longer be maintained.

Mit der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie des Patentanspruchs 1 wird eine weitere Möglichkeit vorgestellt, mit der vergleichsweise einfach unfallbedingte Einwirkungen auf eine Traktionsbatterie erfasst werden können. Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (wobei dies ausdrücklich auch Merkmale einschließt, die als „beispielsweise“, „bevorzugt“, „insbesondere“ etc. beschrieben sind) und der Zeichnung.With the traction battery according to claim 1 according to the invention, a further possibility is presented with which accident-related effects on a traction battery can be detected in a comparatively simple manner. Additional features of the invention result from the dependent patent claims, the following description of the invention (which expressly also includes features that are described as "example", "preferred", "particularly" etc.) and the drawing.

Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie umfasst ein Gehäuse (Batteriegehäuse), welches einen (gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber dem Außenraum) hermetisch abgeschlossenen bzw. abgedichteten Innenbereich (Innenraum) aufweist, und mehrere Batteriemodule, die in diesem hermetisch abgeschlossenen Innenbereich angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Drucksensor vorgesehen, mit dem unfallbedingte Druckschwankungen im abgeschlossenen Innenbereich bzw. innerhalb des abgeschlossenen Innenbereichs erfassbar sind.The traction battery according to the invention comprises a housing (battery housing) which has an interior (interior) that is hermetically sealed (to the environment or to the exterior), and a plurality of battery modules that are arranged in this hermetically sealed interior. According to the invention, at least one pressure sensor is provided, with which accident-related pressure fluctuations in the enclosed interior area or within the enclosed interior area can be detected.

Erfindungsgemäß wird also der in der Regel ohnehin abgeschlossene bzw. abgedichtete Bereich bzw. Raum innerhalb des Gehäuses als Detektionsraum genutzt, sodass außer dem Drucksensor keine zusätzlichen Komponenten, insbesondere keine zusätzlichen Dichtungen, erforderlich sind. Die Erfindung kann daher besonders wirtschaftlich umgesetzt werden. Außerdem können zur Auswertung für die vom Drucksensor erzeugten Sensorsignale vergleichsweise einfache Auswertungsalgorithmen verwendet werden.According to the invention, the area or space within the housing, which is usually closed off or sealed anyway, is used as a detection space, so that no additional components, in particular no additional seals, are required apart from the pressure sensor. The invention can therefore be implemented particularly economically. In addition, comparatively simple evaluation algorithms can be used to evaluate the sensor signals generated by the pressure sensor.

Eine unfallbedingte Einwirkung auf die Traktionsbatterie (s. o.) führt im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich zu Luftdruckveränderungen, insbesondere zu einem kurzzeitigen Druckanstieg (Druckwelle), was mithilfe des Drucksensors erfasst werden kann. Unter einem Drucksensor wird vorzugsweise ein Druck, insbesondere Luftdruck, oder gegebenenfalls auch nur Druckveränderungen erfassendes bzw. detektierendes Messelement oder dergleichen verstanden, welches insbesondere in Abhängigkeit von einem erfassten Druck bzw. einer erfassten Druckveränderung ein elektrisches oder elektronisches Sensorsignal erzeugt bzw. ausgibt.An accidental impact on the traction battery (see above) leads to changes in air pressure in the hermetically sealed interior, in particular to a brief increase in pressure (pressure wave), which can be detected using the pressure sensor. A pressure sensor is preferably understood to mean a pressure, in particular air pressure, or possibly just a measuring element or the like that detects or detects pressure changes, which generates or outputs an electrical or electronic sensor signal in particular as a function of a detected pressure or a detected pressure change.

Der Drucksensor kann außerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs angeordnet und über eine Verbindungsleitung mit dem hermetisch abgeschlossenen Innenbereich verbunden bzw. an den hermetisch abgeschlossenen Innenbereich angeschlossen sein. Der Drucksensor kann dann im Kraftfahrzeug an einer besonders geschützten Stelle angeordnet werden. Durch die Verbindungsleitung werden die Druckverhältnisse im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich auf den Drucksensor übertragen. Bei der Verbindungsleitung handelt es sich insbesondere um einen Schlauch oder eine Rohrleitung. Der Drucksensor kann auch im bzw. innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs angeordnet sein.The pressure sensor can be arranged outside of the hermetically sealed interior and can be connected to the hermetically sealed interior via a connecting line or connected to the hermetically sealed interior. The pressure sensor can then be arranged in the motor vehicle at a particularly protected location. The pressure conditions in the hermetically sealed interior are transmitted to the pressure sensor through the connecting line. The connecting line is in particular a hose or a pipeline. The pressure sensor can also be arranged in or within the hermetically sealed interior.

Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie kann ferner ein Batteriesteuergerät umfassen, welches bevorzugt im bzw. innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs angeordnet ist, wobei insbesondere ein erster Innenteilbereich für die Batteriemodule und ein zweiter Innenteilbereich für das Batteriesteuergerät vorgesehen sind. Von bevorzugtem Interesse ist vor allem die Erfassung einer unfallbedingten Einwirkung auf den ersten Innenteilbereich des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs, in dem die Batteriemodule angeordnet sind. Der Drucksensor kann außerhalb angeordnet sein, wie oben beschrieben, oder kann sowohl im ersten Innenteilbereich für die Batteriemodule als auch im zweiten Innenteilbereich für das Batteriesteuergerät angeordnet sein, wobei Letzteres bevorzugt ist.The traction battery according to the invention can also include a battery control unit, which is preferably arranged in or within the hermetically sealed interior, with a first interior section being provided for the battery modules and a second interior section for the battery control unit. Of particular interest is the detection of an accident-related impact on the first person Interior part of the hermetically sealed interior in which the battery modules are arranged. The pressure sensor can be arranged outside, as described above, or can be arranged both in the first inner section for the battery modules and in the second inner section for the battery control device, the latter being preferred.

Zwischen dem ersten Innenteilbereich (für die Batteriemodule) und dem zweiten Innenteilbereich (für das Batteriesteuergerät) kann eine bauliche Trennung, bspw. eine Trennwand oder dergleichen, vorhanden sein. Ferner kann wenigstens ein zwischen dem ersten Innenteilbereich und dem zweiten Innenteilbereich wirksames Druckausgleichselement vorgesehen sein, sodass im ersten Innenteilbereich und im zweiten Innenteilbereich (des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs) dieselben Druckverhältnisse gegeben sind, wobei es dann ausreichend ist, dass mit dem Drucksensor der Druck im zweiten Innenteilbereich erfasst wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Drucksensor über eine Verbindungsleitung (bspw. einen Schlauch oder eine Rohrleitung) mit dem ersten Innenteilbereich (für die Batteriemodule) verbunden bzw. an den ersten Innenteilbereich angeschlossen ist. Durch die Verbindungsleitung sind die Druckverhältnisse im ersten Innenteilbereich auf den im zweiten Innenteilbereich angeordneten Drucksensor übertragbar.A structural separation, for example a partition wall or the like, can be present between the first inner sub-area (for the battery modules) and the second inner sub-area (for the battery control device). Furthermore, at least one pressure compensation element effective between the first inner part area and the second inner part area can be provided, so that the same pressure conditions are present in the first inner part area and in the second inner part area (the hermetically sealed inner area), it then being sufficient for the pressure sensor to determine the pressure in the second Indoor part area is detected. Alternatively, it can be provided that the pressure sensor is connected to the first inner sub-area (for the battery modules) or connected to the first inner sub-area via a connecting line (e.g. a hose or a pipeline). The pressure conditions in the first inner subarea can be transmitted to the pressure sensor arranged in the second inner subarea through the connecting line.

Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie kann ferner eine Auswerteeinrichtung umfassen, die dazu ausgebildet ist, aus den Sensorsignalen des Drucksensors (mithilfe geeigneter Auswertungsalgorithmen) eine unfallbedingte Einwirkung auf die Traktionsbatterie, insbesondere auf den ersten Innenteilbereich, zu ermitteln sowie insbesondere auch eine eventuelle Deformation des Gehäuses zu bestimmen (bspw. durch Auswertung eines erfassten Druckanstiegs). Anhand einer definierten Schwelle kann dann im Weiteren entschieden werden, ob Maßnahmen zur Gefahrenabwehr (bspw. Ausgeben einer Warnmeldung, Abschalten des Fahrzeugsantriebs, Verhindern eines Ladevorgangs oder dergleichen) einzuleiten sind. Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung in das Batteriesteuergerät integriert.The traction battery according to the invention can also include an evaluation device which is designed to determine from the sensor signals of the pressure sensor (with the help of suitable evaluation algorithms) an accident-related effect on the traction battery, in particular on the first inner subarea, and in particular also to determine any possible deformation of the housing ( e.g. by evaluating a detected increase in pressure). A defined threshold can then be used to decide whether measures to avert danger (e.g. issuing a warning message, switching off the vehicle drive, preventing a charging process or the like) are to be initiated. The evaluation device is preferably integrated into the battery control unit.

Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie, wobei es sich insbesondere um eine sogenannte Unterbodenbatterie handelt (die im Karosserieboden oder Unterhalb des Karosseriebodens verbaut wird), kann einen sogenannten Unterfahrschutz umfassen, der der Traktionsbatterie an der Unterseite einen zusätzlichen Schutz bietet. Dieser Unterfahrschutz ist insbesondere beabstandet zum Gehäuseboden des Batteriegehäuses angeordnet, d. h. zwischen dem Unterfahrschutz und dem Gehäuseboden befindet sich ein sogenannter Deformations(frei)raum. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass unkritische Deformationen des Unterfahrschutzes, bei denen es aufgrund einer nur geringen Deformationstiefe zu keiner Berührung mit dem Batteriegehäuse kommt, nicht erfasst werden bzw. unerfasst bleiben.The traction battery according to the invention, which is in particular a so-called underbody battery (which is installed in the body floor or below the body floor), can include a so-called underrun protection, which offers the traction battery additional protection on the underside. This underrun protection is arranged in particular at a distance from the housing base of the battery housing, d. H. There is a so-called deformation (free) space between the underrun protection and the bottom of the housing. The invention offers the advantage that non-critical deformations of the underrun protection, in which there is no contact with the battery housing due to only a small depth of deformation, are not detected or remain undetected.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei in der Zeichnung gezeigten Ausführungsmöglichkeiten näher erläutert. Die in der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

  • 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie.
  • 2 zeigt analog zur 1 eine zweite Ausführungsmöglichkeit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie.
The invention is explained in more detail below with reference to two possible embodiments shown in the drawing. The features shown in the drawing and/or explained below can be general features of the invention, even independently of specific combinations of features, and develop the invention accordingly.
  • 1 shows schematically a first embodiment of a traction battery according to the invention.
  • 2 shows analogous to 1 a second embodiment of a traction battery according to the invention.

Die in 1 gezeigte Traktionsbatterie 100 weist ein Gehäuse 110 auf, welches einen hermetisch abgeschlossenen bzw. gegenüber der Umgebung abgedichteten Innenbereich 115 umschließt. Der Innenbereich 115 umfasst einen ersten Teilbereich 115a, in dem mehrere Batteriemodule (Zellmodule) 120 angeordnet sind, und einen zweiten Teilbereich 115b, in dem ein Batteriesteuergerät 130 angeordnet ist. Die Traktionsbatterie 100 weist ferner einen Unterfahrschutz 170 auf.In the 1 The traction battery 100 shown has a housing 110 which encloses an inner area 115 that is hermetically sealed or sealed off from the environment. The interior 115 comprises a first sub-area 115a, in which several battery modules (cell modules) 120 are arranged, and a second sub-area 115b, in which a battery control device 130 is arranged. The traction battery 100 also has an underride guard 170 .

Erfindungsgemäß ist (wenigstens) ein Drucksensor 150 vorgesehen, mit dem unfallbedingte Druckschwankungen innerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs 115 erfassbar sind. Der Drucksensor 150 kann außerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs 115 angeordnet und mittels einer die Gehäusewandung durchdringenden Verbindungsleitung mit dem Innenbereich 115 verbunden sein, wie oben beschrieben. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist der Drucksensor 150 im zweiten Innenteilbereich 115b, in dem sich auch das Batteriesteuergerät 130 befindet, angeordnet.According to the invention, (at least) one pressure sensor 150 is provided, with which pressure fluctuations caused by accidents within the hermetically sealed interior area 115 can be detected. The pressure sensor 150 can be arranged outside of the hermetically sealed inner area 115 and can be connected to the inner area 115 by means of a connecting line penetrating the housing wall, as described above. At the in 1 In the embodiment shown, the pressure sensor 150 is arranged in the second inner partial area 115b, in which the battery control unit 130 is also located.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsmöglichkeit ist zwischen den beiden Innenteilbereichen 115a, 115b eine bauliche Trennung 140 vorgesehen. Der Drucksensor 150 ist ebenfalls im zweiten Innenteilbereich 115b angeordnet und ist über eine Verbindungsleitung 160 mit dem ersten Innenteilbereich 115a verbunden. Alternativ kann wenigstens ein zwischen dem ersten Innenteilbereich 115a und dem zweiten Innenteilbereich 115b wirksames Druckausgleichselement vorgesehen sein, wie oben beschrieben.At the in 2 In the embodiment shown, a structural separation 140 is provided between the two inner partial areas 115a, 115b. The pressure sensor 150 is also arranged in the second inner partial area 115b and is connected to the first inner partial area 115a via a connecting line 160 . Alternatively, at least one pressure compensation element effective between the first inner partial area 115a and the second inner partial area 115b can be provided, as described above.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102018129158 A1 [0003]DE 102018129158 A1 [0003]

Claims (10)

Traktionsbatterie (100) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (110), welches einen hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) aufweist, und mit mehreren Batteriemodulen (120), die im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (150) vorgesehen ist, mit dem unfallbedingte Druckschwankungen im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) erfassbar sind.Traction battery (100) for a motor vehicle, with a housing (110) which has a hermetically sealed interior (115), and with a plurality of battery modules (120) which are arranged in the hermetically sealed interior (115), characterized in that a pressure sensor (150) is provided, with which accidental pressure fluctuations in the hermetically sealed interior (115) can be detected. Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (150) außerhalb des hermetisch abgeschlossenen Innenbereichs (115) angeordnet und über eine Verbindungsleitung mit dem hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) verbunden ist.traction battery (100) after claim 1 , characterized in that the pressure sensor (150) is arranged outside of the hermetically sealed interior (115) and is connected to the hermetically sealed interior (115) via a connecting line. Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (150) im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) angeordnet ist.traction battery (100) after claim 1 , characterized in that the pressure sensor (150) is arranged in the hermetically sealed interior (115). Traktionsbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Batteriesteuergerät (130), welches im hermetisch abgeschlossenen Innenbereich (115) angeordnet ist, wobei ein erster Innenteilbereich (115a) für die Batteriemodule (120) und ein zweiter Innenteilbereich (115b) für das Batteriesteuergerät (130) vorgesehen sind.Traction battery (100) according to one of the preceding claims, further comprising a battery control unit (130) which is arranged in the hermetically sealed interior area (115), with a first interior sub-area (115a) for the battery modules (120) and a second interior sub-area (115b) for the battery control unit (130) are provided. Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (150) im zweiten Innenteilbereich (115b) angeordnet ist.traction battery (100) after claim 4 , characterized in that the pressure sensor (150) is arranged in the second inner partial area (115b). Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine bauliche Trennung (140) zwischen dem ersten Innenteilbereich (115a) und dem zweiten Innenteilbereich (115b) vorgesehen ist, wobei auch wenigstens ein zwischen dem ersten Innenteilbereich (115a) und dem zweiten Innenteilbereich (115b) wirksames Druckausgleichselement vorgesehen ist.traction battery (100) after claim 5 , characterized in that a structural separation (140) is provided between the first inner partial area (115a) and the second inner partial area (115b), wherein at least one effective pressure equalization element is also provided between the first inner partial area (115a) and the second inner partial area (115b). . Traktionsbatterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine bauliche Trennung (140) zwischen dem ersten Innenteilbereich (115a) und dem zweiten Innenteilbereich (115b) vorgesehen ist, wobei der Drucksensor (150) über eine Verbindungsleitung (160) mit dem ersten Innenteilbereich (115a) verbunden ist.traction battery claim 5 , characterized in that a structural separation (140) is provided between the first inner part area (115a) and the second inner part area (115b), the pressure sensor (150) being connected to the first inner part area (115a) via a connecting line (160). Traktionsbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, aus den Sensorsignalen des Drucksensors (150) eine unfallbedingte Einwirkung auf die Traktionsbatterie (100) zu ermitteln.Traction battery (100) according to one of the preceding claims, further comprising an evaluation device which is designed to determine an accident-related effect on the traction battery (100) from the sensor signals of the pressure sensor (150). Traktionsbatterie (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung in das Batteriesteuergerät (130) integriert ist.traction battery (100) after claim 8 , characterized in that the evaluation device is integrated into the battery control unit (130). Traktionsbatterie (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Unterfahrschutz (170).Traction battery (100) according to any one of the preceding claims, further comprising an underrun protection (170).
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