DE102021127937A1 - Verfahren, System, Computerprogramm und computerlesbares Speichermedium zum Kühlen einer Batterie eines Fahrzeugs bei einer Fehlfunktion der Batterie - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie (12) eines Fahrzeugs (11) bei einer Fehlfunktion der Batterie (12) angegeben, mit- Detektion der Fehlfunktion in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsgröße der Batterie (12),- Erzeugen einer Warnmeldung in Abhängigkeit der Fehlfunktion,- Kühlen der Batterie (12) in Abhängigkeit der Warnmeldung.Darüber hinaus werden ein System, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium angegeben.

Description

  • Es wird ein Verfahren zum Kühlen einer Batterie eines Fahrzeugs bei einer Fehlfunktion der Batterie angegeben. Darüber hinaus werden ein System, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem die Batterie eines Fahrzeugs besonders einfach und effizient kühlbar ist. Des Weiteren sollen ein System und ein Computerprogramm angegeben werden, die ein solches Verfahren ausführen können. Darüber hinaus soll ein computerlesbares Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch das Verfahren und die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Implementierungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche.
  • Zunächst wird das Verfahren zum Kühlen einer Batterie eines Fahrzeugs bei einer Fehlfunktion der Batterie erläutert. Die Batterie ist beispielsweise in dem Fahrzeug integriert. Die Batterie ist beispielsweise dazu ausgebildet, verfügbare Energie, insbesondere elektrische Energie, zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzugeben. Die Energie wird insbesondere zur Fortbewegung und zum Betrieb des Fahrzeugs verwendet.
  • Bei dem Fahrzeug handelt es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Transporter und/oder ein Motorrad. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug mit Batterie, kurz BEV, oder um ein Plug-in Hybrid-Fahrzeug, kurz PHEV.
  • Die Batterie ist beispielsweise in einem Boden des Fahrzeugs angeordnet. Das heißt, die Batterie ist einem Untergrund, auf dem sich das Fahrzeug befindet, zugewandt.
  • Bei einer Fehlfunktion der Batterie kann die in der Batterie gespeicherte Energie in einem Zeitintervall freigesetzt werden. Das Zeitintervall beträgt beispielsweise höchstens 100 ms, insbesondere höchstens 10 ms. Bei der Fehlfunktion entstehen beispielsweise Temperaturen von mindestens 100 °C, beispielsweise in etwa 400 °C. Funktionelle Elemente der Batterie, beispielsweise ein in der Batterie enthaltener Elektrolyt, werden bei solchen Temperaturen gasförmig. Dadurch kann es zu einem thermischen Durchgehen (thermal runaway) der Batterie kommen, bei der die Batterie oder Teile davon zerstört werden.
  • Eine Fehlfunktion wird beispielsweise durch einen internen Kurzschluss und/oder einen externen Kurzschluss induziert. Bei dem internen Kurzschluss entsteht der Kurzschluss innerhalb der Batterie und bei einem dem externen Kurzschluss außerhalb der Batterie.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Fehlfunktion in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsgröße der Batterie detektiert. Bei der Zustandsgröße handelt es sich beispielsweise um einen messbaren Parameter der Batterie. Bei dem Parameter handelt es sich zum Beispiel um eine Spannung der Batterie, einen Strom der Batterie und/oder eine Temperatur der Batterie. Bei der Spannung oder dem Strom handelt es sich jeweils beispielsweise um eine an die Batterie angelegte Spannung oder Strom.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Warnmeldung in Abhängigkeit der Fehlfunktion erzeugt. Bei der Warnmeldung handelt es sich beispielsweise um ein elektrisches Signal, ein akustisches Signal und/oder ein optisches Signal.
  • Die Warnmeldung ist beispielsweise dazu ausgebildet, Maßnahmen zur Gefahreneindämmung einzuleiten, wenn die Fehlfunktion detektiert wird.
  • Ist die Warnmeldung als elektrisches Signal ausgebildet, kann das elektrische Signal dazu ausgebildet sein, eine Kühlung der Batterie einzuleiten. Weiterhin kann das elektrische Signal zusätzlich als elektronische Nachricht ausgebildet sein, die an Einsatzkräfte, wie zum Beispiel die Feuerwehr, gesendet wird.
  • Ist die Warnmeldung als akustisches Signal ausgebildet, kann das akustische Signal dazu ausgebildet sein, in der Nähe des Fahrzeugs befindliche Personen zu warnen. In diesem Fall ist das akustische Signal beispielsweise ein Feueralarm.
  • Ist die Warnmeldung als optisches Signal ausgebildet, wird die Warnmeldung den in der Nähe des Fahrzeugs befindlichen Personen angezeigt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Batterie in Abhängigkeit der Warnmeldung gekühlt.
  • Eine Idee des vorliegenden Verfahrens ist unter anderem, dass im Falle einer Fehlfunktion der Batterie eine Warnmeldung erzeugt wird und daraufhin die Batterie gekühlt wird. Insbesondere wird eine derartige Warnmeldung automatisch erzeugt und in Form von Signalen weitergeleitet. Vorteilhafterweise kann die fehlerbehaftete Batterie schon vor dem Eintreffen von Einsatzkräften gekühlt werden. Damit wird insbesondere ein thermisches Durchgehen (englisch „thermal runaway“) vermieden oder reduziert. Mit Vorteil können damit weitere Schäden reduziert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Fahrzeug während der Detektion mit einer Ladestation verbunden. Die Ladestation ist beispielsweise dazu ausgebildet, Energie über ein Ladekabel in die Batterie einzuprägen. Das heißt, das Fahrzeug befindet sich in einem parkenden Zustand, insbesondere auf einem Parkplatz mit einer Ladestation.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Ladevorgang des Fahrzeugs in Abhängigkeit der Warnmeldung gestoppt. Das heißt, wird die Warnmeldung erzeugt, wird der Ladevorgang des Fahrzeugs gestoppt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich zur Detektion der Fehlfunktion eine Zustandsinformation des Fahrzeugs ermittelt. Bei der Zustandsinformation handelt es sich beispielsweise um zumindest einen der folgenden Parameter des Fahrzeugs: Temperatur, optische Dichte von Rauch.
  • Beispielsweise wird die Zustandsinformation mittels einem Überwachungselement ermittelt. Bei dem Überwachungselement handelt es sich beispielsweise um eine Kamera, insbesondere eine Infrarotkamera. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Überwachungselement um einen Rauchdetektor handeln.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Warnmeldung in Abhängigkeit der Zustandsinformation erzeugt. In dieser Ausführungsform wird die Warnmeldung in Abhängigkeit der Zustandsinformation und der Fehlfunktion erzeugt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Batterie mittels einer Kühlvorrichtung gekühlt. Die Kühlvorrichtung ist beispielsweise dazu ausgebildet, die Batterie mittels einer Kühlflüssigkeit abzukühlen. Bei der Kühlflüssigkeit handelt es sich beispielsweise um Wasser und/oder einen Löschschaum.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Kühlvorrichtung eine Düse. Bei der Düse handelt es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeitsdüse, die dazu ausgebildet ist, die Kühlflüssigkeit zu versprühen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Düse unter dem Fahrzeug angeordnet. Die Düse ist in diesem Fall der Batterie zugewandt. Die Düse ist beispielsweise im Untergrund, auf dem das Fahrzeug geparkt ist, integriert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Fehlfunktion in Abhängigkeit eines Schwellenwerts der Zustandsgröße erzeugt. Bei dem Schwellenwert handelt es sich beispielsweise um einen kritischen Wert von messbaren Parametern der Batterie. Bei dem kritischen Wert handelt es sich zum Beispiel um eine kritische Spannung, einen kritischen Strom und/oder eine kritische Temperatur der Batterie.
  • Beispielsweise ist die kritische Temperatur mindestens 80 °C und höchstens 200 °C, insbesondere in etwa 100 °C.
  • Darüber hinaus wird ein System angegeben, das dazu ausgebildet ist, das Verfahren zum Kühlen einer Batterie eines Fahrzeugs durchzuführen. Damit sind die in Verbindung mit dem Verfahren aufgeführten Merkmale in Verbindung mit dem System offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das System eine Kühlvorrichtung.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das System eine Ladestation. Beispielsweise ist die Kühlvorrichtung mit der Ladestation verbunden. Insbesondere kann die Kühlvorrichtung mit der Ladestation kommunizieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Systems ist die Kühlvorrichtung unter dem Fahrzeug angeordnet. Die Kühlvorrichtung ist beispielsweise auf dem Untergrund, auf dem das Fahrzeug geparkt ist, angeordnet und der Batterie zugewandt. Insbesondere ist die Kühlvorrichtung beispielsweise in dem Untergrund eingebettet. Ist die Kühlvorrichtung in dem Untergrund eingebettet, ist die Kühlvorrichtung an zumindest einer Außenfläche von einem Material des Untergrunds umgeben. Bei dem Material des Untergrunds handelt es sich beispielsweise um Asphalt, Beton und/oder Teer. Insbesondere ist eine Öffnung der Kühlvorrichtung, die zum Auslassen der Kühlflüssigkeit geeignet ist, nicht von dem Untergrund bedeckt und ist frei zugänglich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Systems umfasst die Ladestation eine Detektionseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Zustandsgröße der Batterie zu detektieren. Weiterhin kann die Detektionseinheit dazu ausgebildet sein, die Fehlfunktion in Abhängigkeit der Zustandsgröße zu detektieren.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Systems umfasst die Ladestation eine Kommunikationseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Warnmeldung zu erzeugen und/oder zu versenden.
  • Die Detektionseinheit ist beispielsweise mit der Kommunikationseinheit derart verbunden, dass die Fehlfunktion zu der Kommunikationseinheit gesendet wird. Die Ladestation ist beispielsweise mittels der Kommunikationseinheit mit der Kühlvorrichtung verbunden. Bei den Verbindungen kann es sich um kabelgebundene Verbindungen und/oder drahtlose Verbindungen handeln.
  • Zudem wird ein Computerprogramm angegeben, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das hier beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Weiterhin wird ein computerlesbares Speichermedium angegeben, auf dem das hier beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
    • 2 schematische Darstellung eines Systems und eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
    • 3 exemplarische Darstellung eines Temperaturverlaufs einer Batterie bei einer Fehlfunktion.
  • Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • In dem Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 wird zunächst ein Verfahrensschritt S1 ausgeführt, bei dem eine Fehlfunktion einer Batterie 12 eines Fahrzeugs 11 in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsgröße der Batterie 12 detektiert wird.
  • Das Fahrzeug 11 ist beispielsweise auf einem Parkplatz geparkt und mittels eines Ladekabels 9 mit einer Ladestation 3 verbunden. Das Fahrzeug 11, insbesondere die Batterie 12 des Fahrzeugs 11, wird beispielsweise mittels des Ladekabels 9 durch die Ladestation 3 geladen. Beispielsweise wird während des Ladens die Zustandsgröße der Batterie 12 von der Ladestation 3 gemessen. Beispielsweise entspricht die gemessene Zustandsgröße einer Temperatur der Batterie 12 während des Ladevorgangs.
  • Die Fehlfunktion wird detektiert, wenn die Zustandsgröße einen Schwellenwert übersteigt. Steigt die Temperatur beispielsweise über 100 °C, wird die Fehlfunktion detektiert.
  • Nachfolgend wird eine Warnmeldung im Verfahrensschritt S2 in Abhängigkeit der Fehlfunktion erzeugt. Wird die Fehlfunktion detektiert, wird die Warnmeldung erzeugt. Diese Warnmeldung kann mittels einem elektrischen Signal, einem akustischen Signal und/oder einem optischen Signal versendet und/oder angezeigt werden.
  • In dem nachfolgenden Verfahrensschritt S2 wird die Batterie 12 in Abhängigkeit der Warnmeldung gekühlt. Die Kühlung der Batterie 12 erfolgt beispielsweise über eine Kühlvorrichtung 2, die unter dem Fahrzeug 11 angeordnet ist. Wird die Warnmeldung beispielsweise mittels dem elektrischen Signal zu der Kühlvorrichtung 2 gesendet, so kann die Kühlvorrichtung 2 aktiviert werden und die Batterie 12 aktiv kühlen.
  • Zusätzlich kann die Warnmeldung dazu verwendet werden, dass der Ladevorgang unterbrochen oder gestoppt wird.
  • Weiterhin kann die Warnmeldung mittels des elektrischen Signals in Form einer elektronischen Nachricht an Einsatzkräfte gesendet werden. Das heißt, mit Vorteil wird die fehlerbehaftete Batterie 12 schon vor dem Eintreffen der Einsatzkräfte gekühlt.
  • Das System 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 ist dazu ausgebildet, das Verfahren gemäß der 1 auszuführen. Das System 1 umfasst hierbei eine Kühlvorrichtung 2 und eine Ladestation 3. Weiterhin ist ein Fahrzeug 11 auf einem Untergrund 10 eines Parkplatzes geparkt und mittels eines Ladekabels 9 mit der Ladestation 3 verbunden.
  • Die Kühlvorrichtung 2 umfasst eine Düse, mit der beispielsweise Wasser versprüht werden kann. Die Kühlvorrichtung 2 ist hierbei in dem Untergrund 10 eingebettet, wobei eine Öffnung der Düse in Richtung der Batterie 12 zeigt und nicht von dem Untergrund 10 bedeckt ist.
  • Die Ladestation 3 umfasst eine Detektionseinheit 5, die dazu ausgebildet ist, die Zustandsgröße der Batterie 12 zu detektieren. Weiterhin ist die Detektionseinheit 5 dazu ausgebildet, die Fehlfunktion in Abhängigkeit der Zustandsgröße zu detektieren.
  • Weiterhin umfasst die Ladestation 3 eine Kommunikationseinheit 6, die dazu ausgebildet ist, die Warnmeldung zu erzeugen und zu versenden.
  • Weiterhin umfasst die Ladestation 3 eine Ladeeinheit 4, wobei die Ladeeinheit 4 dazu ausgebildet ist, mittels des Ladekabels 9 mit dem Fahrzeug 11 verbunden zu sein.
  • Die Ladeeinheit 4, die Detektionseinheit 5 und die Kommunikationseinheit 6 sind alle mittels einer Verbindung 8 miteinander verbunden und können mittels dieser Verbindung 8 miteinander kommunizieren.
  • Das System 1 umfasst weiterhin zwei Überwachungselemente 7. Eines der Überwachungselemente 7 ist ein Rauchdetektor 14 und das andere der Überwachungselemente 7 ist eine Kamera 13. Die Überwachungselemente 7 übermitteln Zustandsinformationen des Fahrzeugs 11 an die Detektionseinheit 5. Das heißt, die Detektionseinheit 5 ist dazu ausgebildet, die Fehlfunktion in Abhängigkeit der Zustandsgröße und der Zustandsinformation zu detektieren.
  • Der Rauchdetektor 14 überträgt die Zustandsinformation beispielsweise mittels einer drahtlosen Verbindung 8 an die Detektionseinheit 5. Die Kamera 14 ist beispielsweise mittels einer kabelgebundenen Verbindung 8 mit der Detektionseinheit 5 verbunden.
  • In Verbindung mit 3 ist eine Temperatur in °C gegenüber einer Zeit in ms aufgetragen. Bei einer Fehlfunktion der Batterie 12 kann die in der Batterie 12 gespeicherte Energie in einem kurzen Zeitintervall, beispielsweise etwa 10 ms, freigesetzt werden, wobei hierbei Temperaturen über 400 °C erreicht werden können. Bei derartigen Temperaturen werden funktionelle Elemente der Batterie 12 teilweise gasförmig, sodass die Temperaturen in Brand geraten können.
  • Vorliegend entspricht der Schwellenwert einer Temperatur von zirka 100 °C. Das heißt, wird die Batterie 12 heißer als 100 °C, setzt die Kühlung automatisch ein und Einsatzkräfte werden benachrichtigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    System
    2
    Kühlvorrichtung
    3
    Ladestation
    4
    Ladeeinheit
    5
    Detektionseinheit
    6
    Kommunikationseinheit
    7
    Überwachungselement
    8
    Verbindung
    9
    Ladekabel
    10
    Untergrund
    11
    Fahrzeug
    12
    Batterie
    13
    Kamera
    14
    Rauchdetektor
    S1..S3
    Schritte

Claims (10)

  1. Verfahren zum Kühlen einer Batterie (12) eines Fahrzeugs (11) bei einer Fehlfunktion der Batterie (12), - Detektion der Fehlfunktion in Abhängigkeit zumindest einer Zustandsgröße der Batterie (12), - Erzeugen einer Warnmeldung in Abhängigkeit der Fehlfunktion, - Kühlen der Batterie (12) in Abhängigkeit der Warnmeldung.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei - das Fahrzeug (11) während der Detektion mit einer Ladestation (3) verbunden ist, und - ein Ladevorgang des Fahrzeugs (11) in Abhängigkeit der Warnmeldung gestoppt wird.
  3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei zusätzlich zur Detektion der Fehlfunktion - eine Zustandsinformation des Fahrzeugs (11) ermittelt wird, und - die Warnmeldung in Abhängigkeit der Zustandsinformation erzeugt wird.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - die Batterie (12) mittels einer Kühlvorrichtung (2) gekühlt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei - die Kühlvorrichtung (2) eine Düse ist, und - die Düse unter dem Fahrzeug (11) angeordnet ist.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die Fehlfunktion in Abhängigkeit eines Schwellenwerts der Zustandsgröße detektiert wird.
  7. System (1) zum Kühlen einer Batterie (12) eines Fahrzeugs (11), das dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
  8. System (1) gemäß Anspruch 7, umfassend - eine Kühlvorrichtung (2), und - eine Ladestation (3), wobei - die Kühlvorrichtung (2) unter dem Fahrzeug (11) angeordnet ist, und - die Ladestation (3) eine Detektionseinheit (5) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Zustandsgröße der Batterie (12) zu detektieren, und/oder - die Ladestation (3) eine Kommunikationseinheit (6) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Warnmeldung zu erzeugen und/oder zu versenden.
  9. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
  10. Computerlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
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