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Die Erfindung betrifft eine Zellüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie sowie ein Verfahren zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung.
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Hochvolt-Batterien weisen üblicherweise Zellüberwachungseinheiten auf, welche Spannungen und Temperaturen von Batteriezellen in Zellmodulen überwachen und bei Bedarf einen Ladungsausgleich zwischen Batteriezellen ausführen.
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Weiter werden in Hochvolt-Batterien sogenannte Zelldickenwachstumssensoren verbaut, um die Ausdehnung der Batteriezellen bei Nutzung oder Lagerung bewerten zu können. Durch das Wachstum der Batteriezellen, verursacht durch kalendarische und zyklische Alterung entsteht ein mechanischer Druck auf das Batteriegehäuse. Der Kraftanstieg kann in Extremfällen zum Verlust der mechanischen Integrität des Batterie-/Modul-Gehäuses führen. Daher werden sogenannte Zelldickenwachstumssensoren genutzt, die vor dem Verlust der mechanischen Integrität das Batteriesystem permanent deaktivieren.
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Die
DE 10 2018 002 221 A1 offenbart beispielsweise eine Sensoreinrichtung mit einem Brückenelement, mittels welchem ein Abstandsensor relativ zu einer Endplatte des Batteriekörpers positioniert ist und welches eine Abstützeinrichtung aufweist, über welche das Brückenelement gegen die Endplatte abstützbar ist und mittels welcher eine Formveränderung der Endplatte zum Brückenelement hin in Folge einer Volumenänderung des Batteriekörpers ausgleichbar ist. Bei einer Anordnung der Sensoreinrichtung an der Endplatte des Batteriekörpers ist der Abstandssensor in dem Grundzustand beabstandet zu der Endplatte angeordnet. In einem eine definierte Formveränderung der Endplatte charakterisierenden Fehlerzustand ist der Abstandssensor mit der Endplatte kontaktiert. Mittels des Abstandssensors kann in Abhängigkeit von einer erfassten Potentialdifferenz zwischen dem Abstandssensor und der Endplatte der Grundzustand und der Fehlerzustand festgestellt werden.
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Die
DE 10 2020 007 414 A1 offenbart eine Batterie mit wenigstens einem Zellmodul, welches seinerseits wenigstens eine Einzelzelle aufweist. Jedes Zellmodul hat dabei ein modulfestes Steuergerät, welches fest mit dem Zellmodul, beispielsweise einer Endplatte des Zellmoduls, verklebt oder vergossen ausgebildet ist. Das modulfeste Steuergerät ist unlösbar mit einem Identifikationsgeber verbunden, welcher seinerseits mit integrierten Bestandteilen des Zellmoduls, insbesondere der Endplatte des Zellmoduls, in der Art verklebt ist, dass eine Verbindung nicht zerstörungsfrei lösbar ist.
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Zellüberwachungseinheiten und Zelldickenwachstumssensoren sind üblicherweise getrennte Komponenten, welche in einem Batteriemodul an verschiedenen Stellen untergebracht sind.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zellüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie zu schaffen.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung anzugeben.
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Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Zellüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie vorgeschlagen, mit einer Elektronikeinheit, welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist und welche wenigstens einen integrierten Schaltkreis umfasst, der für eine Bestimmung eines Zelldickenwachstums der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist. Dabei ist die Elektronikeinheit in eine Endplatte eines Batteriekörpers der Fahrzeugbatterie integriert.
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Die vorgeschlagene Zellüberwachungsvorrichtung weist einen integrierten Schaltkreis als kombinierten Sensor auf, welcher sowohl für die Zellüberwachung als auch die Zelldickenwachstumsmessung ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit der Zellüberwachungsvorrichtung ist in die Endplatte integriert. Dadurch ist es möglich, die sonst üblichen, außen an der Endplatte montierten Sensoren zur Zelldickenwachstumsmessung wegzulassen.
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Die Montage der Zellüberwachungsvorrichtung innerhalb der Endplatte erschwert gleichzeitig die Manipulation des Sensors, da der Sensor nicht mehr so leicht erreichbar ist. Wird der Sensor zusätzlich verklebt, kann die Sicherheit gegen Manipulation weiter erhöht werden. Vorteilhaft ergibt sich eine erhöhte Manipulationssicherheit, da die Komponente schwerer zugänglich ist.
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Durch die Positionierung der Zellüberwachungsvorrichtung in der Endplatte und deren bessere Wärmeleitfähigkeit sowie höhere Wärmekapazität ist es möglich, mehr Wärme von der Platine mit dem integrierten Schaltkreis an die Umgebung abzuführen. Dies ist insbesondere beim Ladungsausgleich der Batteriezellen, dem sogenannten Balancing wichtig. Beim Balancing wird die elektrochemische Energie in thermische Energie umgewandelt, um einen möglichst gleichmäßigen Ladezustand im System zu erreichen. Die thermische Energie muss abgeführt werden, damit diese zu keiner Beschädigung des Batteriemoduls führt. Die Abführung der Wärme kann durch die Endplatte erfolgen. Für die Funktion der Zellüberwachung ergibt sich so eine bessere thermische Anbindung an die große Wärmekapazität der Endplatte und eine bessere Wärmeleitfähigkeit, um die Wärme abzuführen. Balancing-Ströme können deutlich erhöht werden, da die Wärmeleistung besser abgeführt werden kann.
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Durch die Integration der beiden Funktionen Zellüberwachung und Zelldickenwachstumsmessung in einer Zellüberwachungsvorrichtung und zusätzliche Integration der Zellüberwachungsvorrichtung in der Endplatte kann in der Batterie vorteilhaft Bauraum gespart werden. Die Hochvoltbatterie in Fahrzeugen stellt ein volumenbegrenztes System dar. Mit der vorgeschlagenen Zellüberwachungsvorrichtung kann Volumen eingespart werden. Das eingesparte Volumen kann für zusätzliche Energiespeicherung genutzt werden, wodurch die Energiedichte der Batterie und die Reichweite des Fahrzeugs erhöht wird.
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Die sich aus dem Zelldickenwachstum ergebende Kraft kann günstigerweise direkt auf die Zellüberwachungsvorrichtung wirken. Der Sensor kann daher die Kraft genauer messen. Mehr Kraftzustände können gemessen werden und eine kontinuierliche Kraftmessung ist möglich. Damit sind bessere Prognosen für das zukünftige Verhalten bezüglich Zelldickenwachstum im Feld möglich. Weiter ist eine Anpassung der Prognosefunktionalität bezüglich der Lebensdauer der Batterie im Feld möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit wenigstens eine Platine umfassen, auf welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist. Dabei weist der integrierte Schaltkreis einen Sensor zur Bestimmung einer mechanischen Spannung in der Platine auf. Ein Messsignal des Sensors für eine Ermittlung einer mechanischen Spannung der Platine ist aus dem integrierten Schaltkreis herausgeführt.
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Moderne Mess-ASICs (ASIC = application specific integrated circuit) als integrierte Schaltkreise bringen bereits einen mechanischen Spannungssensor mit, um die mechanische Spannung, welche beispielsweise beim Verlöten auftritt, zu kompensieren. Wird diese Messung nicht nur für die interne Kompensationsschaltung genutzt, sondern auch nach außen ausgegeben, ist über diese Messung und die richtige Positionierung der Platine, auf welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist, möglich, das Zelldickenwachstum zu bestimmen. Ein nach außen geführtes Signal einer durch den integrierten Schaltkreis durchgeführten Kraftmessung kann zur Zelldickenwachstumsmessung verwendet werden.
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Wird eine zentrale Stelle in der Endplatte gewählt, um den ASIC unterzubringen und wirkt die Kraft des Zelldickenwachstums auf genau diesen ASIC, kann über die Schaltung auch die Verformung der Endplatte festgestellt werden. Die Verformung wird dabei nicht nur in einem binären Zustand als sicherheitskritisch oder nicht sicherheitskritisch abgebildet, sondern erlaubt es, unterschiedliche Kräfte zu bewerten. Durch Aufzeichnung dieser Werte ist es möglich, das Flottenverhalten einer Fahrzeugflotte in Bezug auf das Zelldickenwachstums zu bewerten und die Lebensdauerprognosen der Hochvoltbatterien adaptiv anzupassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann das Messsignal des Sensors für eine durch das Zelldickenwachstum verursachte Kraft repräsentativ sein. Auf die Endplatte ausgeübte Kräfte durch Zelldickenwachstum erzeugen eine Verformung der Endplatte, welche durch den integrierten Schaltkreis als Sensor direkt gemessen werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit wenigstens für eine elektrische Spannungsmessung von Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder einen Ladungsausgleich der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose ausgebildet sein. Vorteilhaft können diese Funktionen in der Elektronikeinheit implementiert sein und wenigstens teilweise durch den integrierten Schaltkreis ausgeführt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit von einer Stirnseite der Endplatte in die Endplatte eingeschoben und/oder in die Endplatte integriert sein. Auf diese Weise lässt sich die Elektronikeinheit günstig in der Endplatte montieren und kann zugleich vor Manipulation besser geschützt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit in der Endplatte eingegossen und/oder verklebt sein. Auf diese Weise lässt sich die Elektronikeinheit günstig in der Endplatte montieren und ist zugleich vor Manipulation sicher geschützt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann der integrierte Schaltkreis für eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Ermittlung der mechanischen Spannung der Platine ausgebildet sein. Damit ist eine bessere Prognose für das zukünftige Verhalten der Batterie bezüglich des Zelldickenwachstums im Feld möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann der integrierte Schaltkreis wenigstens für eine elektrische Spannungsmessung der Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder eine Diagnose eines Ladungsausgleichs der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose und/oder eine mechanische Spannungsmessung und/oder eine Kompensation einer Auswirkung einer mechanischen Spannung ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der integrierte Schaltkreis sowohl die Funktionen der Zellüberwachung eines Zellmoduls ausführen als auch der erforderlichen Zelldickenwachstumsmessung übernehmen. Dies ist möglich, da aus der Messung der mechanischen Spannung auf das Zelldickenwachstum geschlossen werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit zum Ableiten einer in der Elektronikeinheit entstehenden Wärme thermisch an die Endplatte angebunden sein. Durch die Positionierung der Zellüberwachungsvorrichtung in der Endplatte und deren bessere Wärmeleitfähigkeit sowie höhere Wärmekapazität ist es möglich, mehr Wärme von der Platine mit dem integrierten Schaltkreis an die Umgebung abzuführen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann der integrierte Schaltkreis als ASIC, insbesondere als Mess-ASIC, ausgebildet sein.
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Moderne Mess-ASICs (ASIC = application specific integrated circuit) als integrierte Schaltkreise bringen bereits einen mechanischen Spannungssensor mit, um die mechanische Spannung, welche beispielsweise beim Verlöten auftritt, zu kompensieren. Wird diese Messung nicht nur für die interne Kompensationsschaltung genutzt, sondern auch nach außen ausgegeben, ist über diese Messung und die richtige Positionierung der Platine, auf welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist, möglich, das Zelldickenwachstum zu bestimmen. Ein nach außen geführtes Signal einer durch den integrierten Schaltkreis durchgeführten Kraftmessung kann zur Zelldickenwachstumsmessung verwendet werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung vorgeschlagen, wobei mittels einer Elektronikeinheit Batteriezellen der Fahrzeugbatterie überwacht werden und ein Zelldickenwachstum der Fahrzeugbatterie bestimmt wird.
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Die Zellüberwachungsvorrichtung weist einen integrierten Schaltkreis als kombinierten Sensor auf, welcher sowohl für die Zellüberwachung als auch die Zelldickenwachstumsmessung ausgebildet ist.
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Die sich aus dem Zelldickenwachstum ergebende Kraft kann günstigerweise direkt mit der Zellüberwachungsvorrichtung bestimmt werden. Mittels des Sensors kann daher die Kraft genauer gemessen werden. Mehr Kraftzustände können gemessen werden und eine kontinuierliche Kraftmessung ist möglich. Damit sind bessere Prognosen für das zukünftige Verhalten bezüglich Zelldickenwachstum im Feld möglich. Weiter ist eine Anpassung der Prognosefunktionalität bezüglich der Lebensdauer der Batterie im Feld möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels eines auf einer Platine der Elektronikeinheit angeordneten integrierten Schaltkreises, insbesondere mittels eines Sensors des integrierten Schaltkreises, eine mechanische Spannung in der Platine bestimmt werden.
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Moderne Mess-ASICs (ASIC = application specific integrated circuit) als integrierte Schaltkreise bringen bereits einen mechanischen Spannungssensor mit, um die mechanische Spannung, welche beispielsweise beim Verlöten auftritt, zu kompensieren. Wird diese Messung nicht nur für die interne Kompensationsschaltung genutzt, sondern auch nach außen ausgegeben, ist über diese Messung und die richtige Positionierung der Platine, auf welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist, möglich, das Zelldickenwachstum zu bestimmen. Ein nach außen geführtes Signal einer durch den integrierten Schaltkreis durchgeführten Kraftmessung kann zur Zelldickenwachstumsmessung verwendet werden.
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Wird eine zentrale Stelle in der Endplatte gewählt, um den ASIC unterzubringen und wirkt die Kraft des Zelldickenwachstums auf genau diesen ASIC, kann über die Schaltung auch die Verformung der Endplatte festgestellt werden. Die Verformung wird dabei nicht nur in einem binären Zustand als sicherheitskritisch oder nicht sicherheitskritisch abgebildet, sondern erlaubt es, unterschiedliche Kräfte zu bewerten. Durch Aufzeichnung dieser Werte ist es möglich, das Flottenverhalten einer Fahrzeugflotte in Bezug auf das Zelldickenwachstums zu bewerten und die Lebensdauerprognosen der Hochvoltbatterien adaptiv anzupassen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann aus einem Messsignal des Sensors eine durch das Zelldickenwachstum verursachte Kraft bestimmt werden. Auf die Endplatte ausgeübte Kräfte durch Zelldickenwachstum erzeugen eine Verformung der Endplatte, welche durch den integrierten Schaltkreis als Sensor direkt gemessen werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels der Elektronikeinheit wenigstens eine elektrische Spannungsmessung von Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder ein Ladungsausgleich der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose durchgeführt werden. Vorteilhaft können so die Batteriezellen überwacht werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels des integrierten Schaltkreises die mechanische Spannung der Platine kontinuierlich oder quasikontinuierlich ermittelt werden. Damit ist eine bessere Prognose für das zukünftige Verhalten der Batterie bezüglich des Zelldickenwachstums im Feld möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann mittels des integrierten Schaltkreises wenigstens eine elektrische Spannungsmessung der Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder eine Diagnose eines Ladungsausgleichs der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose und/oder eine mechanische Spannungsmessung und/oder eine Kompensation einer Auswirkung einer mechanischen Spannung durchgeführt werden. Auf diese Weise können mittels des integrierten Schaltkreises sowohl die Funktionen der Zellüberwachung eines Zellmoduls ausgeführt als auch der erforderlichen Zelldickenwachstumsmessung übernommen werden. Dies ist möglich, da aus der Messung der mechanischen Spannung auf das Zelldickenwachstum geschlossen werden kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittdarstellung einer Platine mit einem integrierten Schaltkreis nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 die mit einer Kraft durch Zelldickenwachstum beaufschlagte Platine nach 1;
- 3 eine in eine Endplatte integrierte Zellüberwachungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt; und
- 4 die in die Endplatte integrierte Zellüberwachungsvorrichtung nach 3 in einer Draufsicht.
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Platine 14 mit einem integrierten Schaltkreis 12 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der integrierte Schaltkreis 12 ist über Anbindungspunkte 16 mit der Platine 14 mechanisch verbunden. Der Schaltkreis 12 kann beispielsweise auf die Platine 14 aufgelötet sein. Elektrische Verbindung zwischen Schaltkreis 12 und Platine 14, welche auch über Lötverbindungen ausgeführt sein können, sind in der Darstellung nicht erkennbar.
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Der integrierte Schaltkreis 12 kann beispielsweise Teil einer Elektronikeinheit 10 einer Zellüberwachungsvorrichtung 100 sein, welche sowohl Batteriezellen eines Batteriemoduls überwachen kann, als auch eine Zelldickenwachstumsmessung durchführen kann.
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In 2 ist dargestellt, wie eine auf die Platine 14 wirkende Kraft 30 eine Verformung der Platine bewirken kann, welche wiederum auf den Schaltkreis 12 einwirken kann. Eine solche Kraft 30 kann beispielsweise auf die Platine 14 einwirken, wenn die Platine 14 in eine Endplatte eines Batteriemoduls geeignet integriert ist.
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Moderne Mess-ASICs (ASIC = application specific integrated circuit) als integrierte Schaltkreise 12 bringen bereits einen mechanischen Spannungssensor mit, um die mechanische Spannung, welche beispielsweise beim Verlöten auftritt, zu kompensieren. Wird diese Messung der mechanischen Spannung nicht nur für die interne Kompensationsschaltung genutzt, sondern auch nach außen ausgegeben, ist über diese Messung und die richtige Positionierung der Platine, auf welcher der integrierte Schaltkreis angeordnet ist, möglich, das Zelldickenwachstum zu bestimmen. Ein nach außen geführtes Signal der durch den integrierten Schaltkreis durchgeführten Kraftmessung kann so zur Zelldickenwachstumsmessung verwendet werden.
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Wird eine zentrale Stelle in einer Endplatte 20 gewählt, um den Schaltkreis 12 unterzubringen und wirkt die Kraft des Zelldickenwachstums auf genau diesen Schaltkreis 12, kann über die Schaltung auch die Verformung der Endplatte 20 festgestellt werden. Die Verformung wird dabei nicht nur in einem binären Zustand als sicherheitskritisch oder nicht sicherheitskritisch abgebildet, sondern erlaubt es, unterschiedliche Kräfte zu bewerten.
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3 zeigt eine in eine Endplatte 20 integrierte Zellüberwachungsvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, während in 4 die in die Endplatte 20 integrierte Zellüberwachungsvorrichtung 100 nach 3 in einer Draufsicht dargestellt ist.
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Die Zellüberwachungsvorrichtung 100 für eine Fahrzeugbatterie weist eine Elektronikeinheit 10 auf, welche nicht weiter dargestellt ist, und welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 10 umfasst wenigstens einen integrierten Schaltkreis 12, der als ASIC, insbesondere als Mess-ASIC, zur Zellüberwachung ausgebildet sein kann. Der integrierte Schaltkreis 12 kann weiter, wie oben erläutert, für eine Bestimmung eines Zelldickenwachstums der Fahrzeugbatterie ausgebildet sein. Insbesondere kann der integrierte Schaltkreis 12 dabei für eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Ermittlung der mechanischen Spannung der Platine 14 ausgebildet sein.
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Die Elektronikeinheit 10 ist in die Endplatte 20 eines Batteriekörpers der Fahrzeugbatterie integriert. Batteriekörper und Fahrzeugbatterie sind nicht dargestellt.
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Die Zellüberwachungsvorrichtung 100 weist einen integrierten Schaltkreis 12 als kombinierten Sensor auf, welcher sowohl für die Zellüberwachung als auch die Zelldickenwachstumsmessung ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 10 der Zellüberwachungsvorrichtung 100 ist in die Endplatte 20 integriert. Dadurch ist es möglich, die sonst üblichen, außen an der Endplatte 20 montierten Sensoren zur Zelldickenwachstumsmessung wegzulassen.
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Die Montage der Zellüberwachungsvorrichtung 100 innerhalb der Endplatte 20 erschwert gleichzeitig die Manipulation des Sensors, da der Sensor nicht mehr so leicht erreichbar ist. Wird der Sensor zusätzlich verklebt, kann die Sicherheit gegen Manipulation weiter erhöht werden. Vorteilhaft ergibt sich eine erhöhte Manipulationssicherheit, da die Komponente schwerer zugänglich ist.
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Die Elektronikeinheit 10 umfasst wenigstens eine Platine 14, wie in den 1 und 2 dargestellt, auf welcher der integrierte Schaltkreis 12 angeordnet. Der integrierte Schaltkreis 12 weist einen Sensor zur Bestimmung einer mechanischen Spannung in der Platine 14 auf. Ein Messsignal des Sensors ist für eine Ermittlung einer mechanischen Spannung der Platine 14 aus dem integrierten Schaltkreis 12 herausgeführt.
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Das Messsignal des Sensors kann dabei, wie bei der Beschreibung der 1 und 2 ausgeführt, für eine durch das Zelldickenwachstum verursachte Kraft repräsentativ sein.
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Die Elektronikeinheit 10 kann für die Zellüberwachung wenigstens für eine elektrische Spannungsmessung von Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder einen Ladungsausgleich der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose ausgebildet sein. Dabei kann vorteilhaft der integrierte Schaltkreis 12 wenigstens für eine elektrische Spannungsmessung der Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder eine Diagnose eines Ladungsausgleichs der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose und/oder eine mechanische Spannungsmessung und/oder eine Kompensation einer Auswirkung einer mechanischen Spannung ausgebildet sein. Der integrierte Schaltkreis 12 kann so günstigerweise die Funktion der Zellüberwachung als auch der Messung des Zelldickenwachstums ausführen.
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Die Elektronikeinheit 10 ist, wie insbesondere in 4 erkennbar, von einer Stirnseite 22 der Endplatte 20 in die Endplatte 20 eingeschoben und so in die Endplatte 20 integriert. Vorteilhaft kann die Elektronikeinheit 10 in der Endplatte 20 eingegossen und/oder verklebt sein. Die Elektronikeinheit 10 kann auf diese Weise auch gut zum Ableiten einer in der Elektronikeinheit 10 entstehenden Wärme thermisch an die Endplatte 20 angebunden werden.
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Durch die Positionierung der Zellüberwachungsvorrichtung 100 in der Endplatte 20 und deren bessere Wärmeleitfähigkeit sowie höhere Wärmekapazität ist es möglich, mehr Wärme von der Platine 14 mit dem integrierten Schaltkreis 12 an die Umgebung abzuführen. Dies ist insbesondere beim Ladungsausgleich der Batteriezellen, dem sogenannten Balancing wichtig. Beim Balancing wird die elektrochemische Energie in thermische Energie umgewandelt, um einen möglichst gleichmäßigen Ladezustand im System zu erreichen. Die thermische Energie muss abgeführt werden, damit diese zu keiner Beschädigung des Batteriemoduls führt. Die Abführung der Wärme kann durch die Endplatte 20 erfolgen. Für die Funktion der Zellüberwachung ergibt sich so eine bessere thermische Anbindung an die große Wärmekapazität der Endplatte 20 und eine bessere Wärmeleitfähigkeit, um die Wärme abzuführen. Balancing-Ströme können deutlich erhöht werden, da die Wärmeleistung besser abgeführt werden kann.
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Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung 100 können so mittels der Elektronikeinheit 10 Batteriezellen der Fahrzeugbatterie überwacht und das Zelldickenwachstum der Fahrzeugbatterie bestimmt werden.
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Dazu werden mittels des auf der Platine 14 der Elektronikeinheit 10 angeordneten integrierten Schaltkreises 12, insbesondere mittels des Sensors des integrierten Schaltkreises 12, die mechanische Spannung in der Platine 14 bestimmt und aus dem Messsignal des Sensors die durch das Zelldickenwachstum verursachte Kraft bestimmt. Die mechanische Spannung der Platine 14 kann dabei günstigerweise kontinuierlich oder quasikontinuierlich ermittelt werden.
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Zur Zellüberwachung kann mittels der Elektronikeinheit 10 wenigstens eine elektrische Spannungsmessung von Batteriezellen und/oder eine Temperaturmessung und/oder ein Ladungsausgleich der Batteriezellen und/oder eine Leitungsdiagnose durchgeführt werden, wobei diese Funktionen durch den integrierten Schaltkreis 12 ausgeführt werden können. Günstigerweise kann der integrierte Schaltkreis 12 zusätzlich die mechanische Spannungsmessung und/oder eine Kompensation einer Auswirkung der mechanischen Spannung durchführen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektronikeinheit
- 12
- integrierter Schaltkreis
- 14
- Platine
- 16
- Anbindungspunkte
- 20
- Endplatte
- 22
- Stirnseite
- 30
- Kraft
- 100
- Zellüberwachungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018002221 A1 [0004]
- DE 102020007414 A1 [0005]
