DE102022003778A1 - Cell monitoring device for a vehicle battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zellüberwachungsvorrichtung (100) für eine Fahrzeugbatterie, mit einer Elektronikeinheit (10), welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist, wobei die Elektronikeinheit (10) in eine Endplatte (20) eines Batteriekörpers (50) der Fahrzeugbatterie integriert ist. Die Zellüberwachungsvorrichtung (100) umfasst eine Zugriffssicherung (12), mit der die Elektronikeinheit (10) nach bestimmungsgemäßer Montage der Elektronikeinheit (10) in der Endplatte (20) gegen eine Manipulation von außen gesichert ist.The invention relates to a cell monitoring device (100) for a vehicle battery, with an electronic unit (10) which is designed to monitor battery cells of the vehicle battery, wherein the electronic unit (10) is integrated into an end plate (20) of a battery body (50) of the vehicle battery. The cell monitoring device (100) comprises an access protection device (12) with which the electronic unit (10) is secured against external manipulation after the electronic unit (10) has been properly installed in the end plate (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie.The invention relates to a cell monitoring device for a vehicle battery.

Hochvolt-Batterien weisen üblicherweise Zellüberwachungseinheiten auf, welche Spannungen und Temperaturen von Batteriezellen in Zellmodulen überwachen und bei Bedarf einen Ladungsausgleich zwischen Batteriezellen ausführen.High-voltage batteries usually have cell monitoring units that monitor voltages and temperatures of battery cells in cell modules and, if necessary, carry out charge balancing between battery cells.

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.Furthermore, so-called cell thickness growth sensors are installed in high-voltage batteries in order to be able to evaluate the expansion of the battery cells during use or storage. The growth of the battery cells, caused by calendar and cyclic aging, creates mechanical pressure on the battery housing. In extreme cases, the increase in force can lead to the loss of the mechanical integrity of the battery/module housing. Therefore, so-called cell thickness growth sensors are used, which permanently deactivate the battery system before the mechanical integrity is lost.

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.The EN 10 2018 002 221 A1 discloses, for example, a sensor device with a bridge element, by means of which a distance sensor is positioned relative to an end plate of the battery body and which has a support device via which the bridge element can be supported against the end plate and by means of which a change in shape of the end plate towards the bridge element as a result of a change in volume of the battery body can be compensated. When the sensor device is arranged on the end plate of the battery body, the distance sensor is arranged at a distance from the end plate in the basic state. In a fault state characterizing a defined change in shape of the end plate, the distance sensor is in contact with the end plate. The distance sensor can be used to determine the basic state and the fault state depending on a detected potential difference between the distance sensor and the end plate.

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.The EN 10 2020 007 414 A1 discloses a battery with at least one cell module, which in turn has at least one individual cell. Each cell module has a module-mounted control device which is firmly bonded or encapsulated to the cell module, for example an end plate of the cell module. The module-mounted control device is permanently connected to an identification transmitter, which in turn is bonded to integrated components of the cell module, in particular the end plate of the cell module, in such a way that a connection cannot be released without causing damage.

Zellüberwachungseinheiten und Zelldickenwachstumssensoren sind üblicherweise getrennte Komponenten, welche in einem Batteriemodul an verschiedenen Stellen untergebracht sind.Cell monitoring units and cell thickness growth sensors are typically separate components located at different locations within a battery module.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Zellüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie zu schaffen.An object of the invention is to provide an improved cell monitoring device for a vehicle battery.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung anzugeben.A further object is to provide a method for monitoring a vehicle battery with a cell monitoring device.

Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.The above objects are solved with the features of the independent claims.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention emerge from the further claims, the description and the drawing.

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, wobei die Elektronikeinheit in eine Endplatte eines Batteriekörpers der Fahrzeugbatterie integriert ist. Die Zellüberwachungsvorrichtung umfasst eine Zugriffssicherung, mit der die Elektronikeinheit nach bestimmungsgemäßer Montage der Elektronikeinheit in der Endplatte gegen eine Manipulation von außen gesichert ist.According to one aspect of the invention, a cell monitoring device for a vehicle battery is proposed, with an electronic unit which is designed to monitor battery cells of the vehicle battery, wherein the electronic unit is integrated into an end plate of a battery body of the vehicle battery. The cell monitoring device comprises an access protection with which the electronic unit is secured against external manipulation after the electronic unit has been properly installed in the end plate.

Die Elektronikeinheit der Zellüberwachungsvorrichtung wird beispielsweise mittig in die Endplatte des Batteriekörpers montiert, so dass diese nicht seitlich zugänglich ist. Dementsprechend können auch keine Änderungen an der Schaltung vorgenommen werden. Um beispielsweise einen Ausbau der Elektronikeinheit oder sonstige Manipulationen, beispielsweise über einen Zugang zu Steckkontakten, zu unterbinden, ist eine Zugriffssicherung vorgesehen, welche einen Zugang von einer Stirnseite der Endplatte und damit der Elektronikeinheit verhindert.The electronic unit of the cell monitoring device is mounted in the middle of the end plate of the battery body, for example, so that it is not accessible from the side. Accordingly, no changes can be made to the circuit. In order to prevent the electronic unit from being removed or other manipulations, for example by accessing plug contacts, an access protection device is provided which prevents access from one end of the end plate and thus the electronic unit.

Die vorgeschlagene Zellüberwachungsvorrichtung bietet eine mechanische Absicherung der Elektronikeinheit in der Endplatte. Die Elektronikeinheit kann nach einmaliger Montage schwerer entfernt werden. Das Entfernen der Elektronikeinheit erfordert weitere Arbeitsschritte, die eine eventuelle Manipulation der Elektronikeinheit unattraktiver und aufwendiger machen.The proposed cell monitoring device provides mechanical protection for the electronic unit in the end plate. The electronic unit is more difficult to remove after it has been installed once. Removing the electronic unit requires additional work steps, which makes any manipulation of the electronic unit less attractive and more complex.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Zugriffssicherung wenigstens eine Abdeckung aufweisen, welche auf einer von der Endplatte abgewandten Seite über der Elektronikeinheit so angeordnet ist, dass diese von außen unzugänglich ist.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the access protection can have at least one cover which is arranged on a side facing away from the end plate above the electronic unit in such a way that it is inaccessible from the outside.

Um den einfachen Ausbau der Elektronikeinheit zu unterbinden, kann eine darüber liegende Abdeckung genutzt werden. Diese verhindert, dass die Elektronikeinheit leicht zugänglich ist bzw. herausgezogen werden kann. Durch die Abdeckung muss als erstes ein Deckelsegment gelöst werden. Dies erschwert die Manipulation der Elektronikeinheit. Durch das Lösen des Deckels werden die Batteriezellen freigelegt und es muss dementsprechend mit Sorgfalt gearbeitet werden, um etwaige Kurzschlüsse zu vermeiden. Gegebenenfalls muss sogar unter Hochvolt-Bedingungen gearbeitet werden. Zusätzliche Sicherheit gegen Manipulationen kann bieten, wenn das Deckelsegment fest an der Endplatte fixiert ist.To prevent the electronic unit from being easily removed, a cover can be used over it. This prevents the electronic unit from being easily accessible or pulled out. The first thing that needs to be done is to loosen a cover segment through the cover. This makes manipulating the electronic unit more difficult. Removing the cover exposes the battery cells and work must be carried out with care to avoid any short circuits. It may even be necessary to work under high-voltage conditions. Additional security against manipulation can be provided if the cover segment is firmly fixed to the end plate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit von einer Stirnseite der Endplatte her in die Endplatte eingeschoben sein und/oder in die Endplatte integriert sein, wobei die Abdeckung an der Stirnseite der Endplatte über der Elektronikeinheit so angeordnet sein kann, dass die Elektronikeinheit von außen unzugänglich ist. Dadurch kann bei fest montierter Abdeckung verhindert werden, dass die Elektronikeinheit herausgezogen oder auf sonstigem Wege manipuliert wird.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the electronic unit can be pushed into the end plate from one end face of the end plate and/or integrated into the end plate, wherein the cover on the end face of the end plate can be arranged above the electronic unit in such a way that the electronic unit is inaccessible from the outside. This can prevent the electronic unit from being pulled out or manipulated in any other way when the cover is firmly mounted.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann ein Deckelsegment des Batteriekörpers an der Endplatte angeordnet sein, wobei die Abdeckung an dem Deckelsegment so angeordnet und/oder mit dem Deckelsegment einstückig ausgebildet sein kann, dass in einem geschlossenen Zustand des Deckelsegments, bei dem das Deckelsegment mit der Endplatte verbunden ist, die Elektronikeinheit von außen verdeckt ist. Auf diese Weise kann bei fest montiertem Deckelsegment verhindert werden, dass die Elektronikeinheit herausgezogen oder auf sonstigem Wege manipuliert wird.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, a cover segment of the battery body can be arranged on the end plate, wherein the cover can be arranged on the cover segment and/or formed integrally with the cover segment such that when the cover segment is closed and the cover segment is connected to the end plate, the electronic unit is covered from the outside. In this way, when the cover segment is firmly mounted, it can be prevented that the electronic unit is pulled out or manipulated in any other way.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Zugriffssicherung wenigstens eine Verschiebesicherung aufweisen, welche das Deckelsegment an der Endplatte fixiert. Die Verschiebesicherung kann günstigerweise verhindern, dass das Deckelsegment verschoben oder abgehoben wird, um die Elektronikeinheit aus der Endplatte auszubauen oder zu manipulieren. Die Verschiebesicherung kann auch eine einfache Verschraubung des Deckelsegments auf der Endplatte sein, welche verhindert, dass das Deckelsegment einfach abgehoben oder verschoben werden kann. Zusätzlich kann die Verschraubung eine, insbesondere dauerhafte, Schraubensicherung, wie beispielsweise eine Verklebung, aufweisen.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the access protection can have at least one displacement protection which fixes the cover segment to the end plate. The displacement protection can advantageously prevent the cover segment from being moved or lifted off in order to remove or manipulate the electronic unit from the end plate. The displacement protection can also be a simple screw connection of the cover segment to the end plate, which prevents the cover segment from being easily lifted off or moved. In addition, the screw connection can have a, in particular permanent, screw lock, such as an adhesive.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann das Deckelsegment mit der Endplatte über eine Schwenkverbindung verbunden sein. Alternativ kann das Deckelsegment auch schwenkbar an der Endplatte angeordnet sein. Die Schwenkverbindung kann ein einfacher Mechanismus sein, welcher erlaubt, dass das Deckelsegment aus seiner Lage als Deckel eines Batteriemodulgehäuses herausgeschwenkt oder geklappt wird. Die Schwenkverbindung kann so beispielsweise als Drehgelenk, Scharnier oder Klappmechanismus ausgebildet sein. Auch dabei kann die Abdeckung so an dem Deckelsegment angeordnet sein, dass trotz Wegschwenkens des Deckelsegments eine Zugänglichkeit der in der Endplatte integrierten Elektronikeinheit nicht gegeben ist.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the cover segment can be connected to the end plate via a swivel connection. Alternatively, the cover segment can also be arranged pivotably on the end plate. The swivel connection can be a simple mechanism that allows the cover segment to be swiveled out of its position as the cover of a battery module housing or folded. The swivel connection can thus be designed, for example, as a swivel joint, hinge or folding mechanism. Here too, the cover can be arranged on the cover segment in such a way that, despite the cover segment being swiveled away, the electronic unit integrated in the end plate is not accessible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Zugriffssicherung wenigstens eine Schwenksicherung aufweisen, welche die Schwenkverbindung im geschlossenen Zustand des Deckelsegments fixiert. Insbesondere kann dabei die Schwenkverbindung mittels der Schwenksicherung im geschlossenen Zustand des Deckelsegments von einer Innenseite des Batteriekörpers fixiert sein. Zusätzlich kann die Schwenkverbindung eine Schwenksicherung aufweisen, welche ein Herausschwenken oder Herausklappen des Deckelsegments verhindert und damit die Abdeckung über der Elektronikeinheit in ihrer Schutzfunktion belässt. Besonders vorteilhaft kann die Schwenksicherung von einer Innenseite des Batteriekörpers wirken, um so zusätzliche Sicherheit gegen ein Öffnen des Deckelsegments zu bieten.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the access protection can have at least one swivel lock which fixes the swivel connection in the closed state of the cover segment. In particular, the swivel connection can be fixed by means of the swivel lock in the closed state of the cover segment from an inside of the battery body. In addition, the swivel connection can have a swivel lock which prevents the cover segment from pivoting out or folding out and thus allows the cover over the electronic unit to perform its protective function. The swivel lock can act particularly advantageously from an inside of the battery body in order to offer additional security against the cover segment being opened.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann eine Anbindung von elektrischen Leitungen an die Elektronikeinheit, insbesondere von Steckverbindungen der elektrischen Leitungen an die Elektronikeinheit, durch die Zugriffssicherung gegen eine Manipulation von außen gesichert sein. Auch die Verkabelung der Elektronikeinheit kann so günstigerweise durch die Zugriffssicherung geschützt sein. Dadurch kann auch eine elektronische Beeinflussung der Elektronikeinheit und damit der Zellüberwachungsvorrichtung verhindert werden.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, a connection of electrical lines to the electronic unit, in particular of plug connections of the electrical lines to the electronic unit, can be secured against manipulation from outside by the access protection. The wiring of the electronic unit can also be advantageously protected by the access protection. This can also prevent electronic interference with the electronic unit and thus the cell monitoring device.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit 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. Die Elektronikeinheit der Zellüberwachungsvorrichtung kann so alle wesentlichen Funktionen einer Zellüberwachung, insbesondere des Ladungsausgleichs der Batteriezellen, des sogenannten Balancing, erfüllen.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the electronic unit can be designed at least for an electrical voltage measurement of the battery cells and/or a temperature measurement and/or a diagnosis of charge equalization of the battery cells and/or a line diagnosis and/or a mechanical voltage measurement and/or a compensation of an effect of mechanical stress. The electronic unit of the cell monitoring device can thus fulfill all essential functions of cell monitoring, in particular the charge equalization of the battery cells, the so-called balancing.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zellüberwachungsvorrichtung kann die Elektronikeinheit für eine Bestimmung eines Zelldickenwachstums der Fahrzeugbatterie ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektronikeinheit auch die Funktion eines Zelldickenwachstumssensors erfüllen. Wird diese Funktion mit den Funktionen der üblichen Zellüberwachungselektronik (CSE = cell supervision electronics) kombiniert, so kann vorteilhaft Bauraum in der Batterie gespart werden, da für beide Funktionalitäten nur eine Einheit als Zellüberwachungsvorrichtung benötigt wird.According to an advantageous embodiment of the cell monitoring device, the electronic unit can be designed to determine cell thickness growth of the vehicle battery. Alternatively or additionally, the electronic unit can also fulfill the function of a cell thickness growth sensor. If this function is combined with the functions of the usual cell supervision electronics (CSE), installation space in the battery can be advantageously saved, since only one unit is required as a cell monitoring device for both functions.

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.Further advantages emerge from the following description of the drawings. The drawings show an embodiment of the invention. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will also expediently consider the features individually and combine them into further useful combinations.

Dabei zeigen:

  • 1 eine in eine Endplatte integrierte Zellüberwachungsvorrichtung in einem Längsschnitt;
  • 2 die in die Endplatte integrierte Zellüberwachungsvorrichtung nach 1 in einer Draufsicht;
  • 3 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit Endplatte und fixiertem Deckelsegment nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls mit Endplatte und fixiertem Deckelsegment nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Showing:
  • 1 a cell monitoring device integrated into an end plate in a longitudinal section;
  • 2 the cell monitoring device integrated into the end plate according to 1 in a top view;
  • 3 a schematic sectional view of a battery module with end plate and fixed cover segment according to an embodiment of the invention; and
  • 4 a schematic sectional view of a battery module with end plate and fixed cover segment according to a further embodiment of the invention.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, identical or similar components are numbered with identical reference symbols. The figures merely show examples and are not to be understood as limiting.

1 zeigt eine in eine Endplatte 20 integrierte Zellüberwachungsvorrichtung 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Längsschnitt, während in 2 die in die Endplatte 20 integrierte Zellüberwachungsvorrichtung 100 nach 1 in einer Draufsicht dargestellt ist. 1 shows a cell monitoring device 100 integrated into an end plate 20 according to an embodiment of the invention in a longitudinal section, while in 2 the cell monitoring device 100 integrated in the end plate 20 according to 1 shown in a top view.

Die Zellüberwachungsvorrichtung 100 für eine Fahrzeugbatterie weist eine Elektronikeinheit 10 auf, welche nicht weiter detailliert ist, und welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist. Die Elektronikeinheit 10 kann beispielsweise wenigstens einen integrierten Schaltkreis umfassen, der als ASIC, insbesondere als Mess-ASIC, zur Zellüberwachung ausgebildet sein kann. Der integrierte Schaltkreis kann dabei auch für eine Bestimmung eines Zelldickenwachstums der Fahrzeugbatterie ausgebildet sein.The cell monitoring device 100 for a vehicle battery has an electronic unit 10, which is not further detailed, and which is designed to monitor battery cells of the vehicle battery. The electronic unit 10 can, for example, comprise at least one integrated circuit, which can be designed as an ASIC, in particular as a measuring ASIC, for cell monitoring. The integrated circuit can also be designed to determine cell thickness growth of the vehicle battery.

Die Elektronikeinheit 10 ist in die Endplatte 20 eines Batteriekörpers der Fahrzeugbatterie integriert. Batteriekörper und Fahrzeugbatterie sind nicht dargestellt.The electronic unit 10 is integrated into the end plate 20 of a battery body of the vehicle battery. The battery body and vehicle battery are not shown.

Die Zellüberwachungsvorrichtung 100 kann den integrierten Schaltkreis als kombinierten Sensor aufweisen, 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.The cell monitoring device 100 can have the integrated circuit as a combined sensor, which is designed for both cell monitoring and cell thickness growth measurement. The electronics unit 10 of the cell monitoring device 100 is integrated into the end plate 20. This makes it possible to omit the otherwise usual sensors for measuring cell thickness growth, which are mounted on the outside of the end plate 20.

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.At the same time, mounting the cell monitoring device 100 within the end plate 20 makes it more difficult to manipulate the sensor, as the sensor is no longer so easily accessible. If the sensor is additionally glued, the security against manipulation can be further increased. This advantageously results in increased security against manipulation, as the component is more difficult to access.

Die Elektronikeinheit 10 mit dem wenigstens einen integrierten Schaltkreis kann 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. Die Elektronikeinheit 10 kann so günstigerweise die Funktion der Zellüberwachung als auch der Messung des Zelldickenwachstums ausführen.The electronic unit 10 with the at least one integrated circuit can be designed at least for an electrical voltage measurement of the battery cells and/or a temperature measurement and/or a diagnosis of a charge balance of the battery cells and/or a line diagnosis and/or a mechanical voltage measurement and/or a compensation of an effect of a mechanical voltage. The electronic unit 10 can thus advantageously carry out the function of cell monitoring as well as the measurement of cell thickness growth.

Die Elektronikeinheit 10 ist, wie insbesondere in 2 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.The electronic unit 10 is, as particularly shown in 2 visible, inserted from a front side 22 of the end plate 20 into the end plate 20 and thus integrated into the end plate 20. The electronic unit 10 can advantageously be cast and/or glued into the end plate 20. In this way, the electronic unit 10 can also be thermally connected to the end plate 20 in order to dissipate heat generated in the electronic unit 10.

Durch die Positionierung der Zellüberwachungsvorrichtung 100 in der Endplatte 20 und deren bessere Wärmeleitfähigkeit sowie höhere Wärmekapazität ist es möglich, mehr Wärme von der Elektronikeinheit 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.By positioning the cell monitoring device 100 in the end plate 20 and its better thermal conductivity and higher heat capacity, it is possible to dissipate more heat from the electronic unit to the environment. This is particularly important when balancing the charge of the battery cells. During balancing, the electrochemical energy is converted into thermal energy in order to achieve the most uniform charge state possible in the system. The thermal energy must be dissipated so that it does not cause damage to the battery module. The heat can be dissipated through the end plate 20. For the cell monitoring function, this results in a better thermal connection to the large heat capacity of the end plate 20 and better thermal conductivity to dissipate the heat. Balancing currents can be significantly increased because the heat output can be dissipated better.

So können zum Überwachen einer Fahrzeugbatterie mit der Zellüberwachungsvorrichtung 100 mittels der Elektronikeinheit 10 Batteriezellen der Fahrzeugbatterie überwacht und das Zelldickenwachstum der Fahrzeugbatterie bestimmt werden.Thus, in order to monitor a vehicle battery with the cell monitoring device 100, battery cells of the vehicle battery can be monitored by means of the electronic unit 10 and the cell thickness growth of the vehicle battery can be determined.

3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls 200 mit Endplatte 20 und fixiertem Deckelsegment 24 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 200 ist rein schematisch mit einem Batteriekörper 50 dargestellt, der an einer Seite durch die Endplatte 20 abgeschlossen ist. An der Oberseite des Batteriekörpers 50 ist ein Deckelsegment 24 angeordnet, welches mit der Endplatte 20 verbunden ist. 3 shows a schematic sectional view of a battery module 200 with end plate 20 and fixed cover segment 24 according to an embodiment of the invention. The battery module 200 is shown purely schematically with a battery body 50, which is closed on one side by the end plate 20. A cover segment 24 is arranged on the top of the battery body 50, which is connected to the end plate 20.

In die Endplatte 20 ist eine Zellüberwachungsvorrichtung 100 für eine Fahrzeugbatterie mit einer Elektronikeinheit 10 integriert, welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist.A cell monitoring device 100 for a vehicle battery with an electronic unit 10 is integrated into the end plate 20, which is designed to monitor battery cells of the vehicle battery.

Die Zellüberwachungsvorrichtung 100 umfasst eine Zugriffssicherung 12, mit der die Elektronikeinheit 10 nach bestimmungsgemäßer Montage der Elektronikeinheit 10 in der Endplatte 20 gegen eine Manipulation von außen gesichert ist.The cell monitoring device 100 comprises an access protection 12 with which the electronic unit 10 is secured against manipulation from the outside after the electronic unit 10 has been properly installed in the end plate 20.

Die Zugriffssicherung 12 weist dabei eine Abdeckung 26 auf, welche auf einer von der Endplatte 20 abgewandten Seite über der Elektronikeinheit 10 so angeordnet ist, dass diese von außen unzugänglich ist.The access protection 12 has a cover 26 which is arranged on a side facing away from the end plate 20 above the electronic unit 10 in such a way that the latter is inaccessible from the outside.

Da die Elektronikeinheit 10 von einer Stirnseite 22 der Endplatte 20 her in die Endplatte 20 eingeschoben und/oder in die Endplatte 20 integriert ist, ist die Abdeckung 26 an der Stirnseite 22 der Endplatte 20 über der Elektronikeinheit 10 angeordnet. Dadurch ist die Elektronikeinheit 10 von außen unzugänglich.Since the electronic unit 10 is inserted into the end plate 20 from a front side 22 of the end plate 20 and/or is integrated into the end plate 20, the cover 26 is arranged on the front side 22 of the end plate 20 above the electronic unit 10. As a result, the electronic unit 10 is inaccessible from the outside.

Die Abdeckung 26 ist an dem Deckelsegment 24 so angeordnet, dass in einem geschlossenen Zustand des Deckelsegments 24, bei dem das Deckelsegment 24 mit der Endplatte 20 verbunden ist, die Elektronikeinheit 10 von außen verdeckt ist. Ebenfalls mit verdeckt sind auch Leitungen 34, welche mit der Elektronikeinheit 10 verbunden sind. Damit kann durch die Abdeckung 26 ein Herausziehen der Elektronikeinheit 10 aus der Endplatte 20 oder auch eine Manipulation über Steckverbindungen, welche die Leitungen 34 mit der Elektronikeinheit 10 elektrisch verbinden, verhindert werden.The cover 26 is arranged on the cover segment 24 in such a way that when the cover segment 24 is closed and the cover segment 24 is connected to the end plate 20, the electronic unit 10 is concealed from the outside. Cables 34 that are connected to the electronic unit 10 are also concealed. The cover 26 can thus prevent the electronic unit 10 from being pulled out of the end plate 20 or manipulation via plug connections that electrically connect the cables 34 to the electronic unit 10.

Alternativ kann die Abdeckung 26 auch mit dem Deckelsegment 24 einstückig ausgebildet sein.Alternatively, the cover 26 can also be formed integrally with the cover segment 24.

Die Zugriffssicherung 12 weist weiter wenigstens eine Verschiebesicherung 28 auf, welche das Deckelsegment 24 an der Endplatte 20 fixiert. Die Verschiebesicherung 28 kann günstigerweise verhindern, dass das Deckelsegment 24 verschoben oder abgehoben wird, um die Elektronikeinheit 10 aus der Endplatte 20 auszubauen oder zu manipulieren. Die Verschiebesicherung 28 kann auch eine einfache Verschraubung des Deckelsegments 24 auf der Endplatte 20 sein, welche verhindert, dass das Deckelsegment 24 einfach abgehoben oder verschoben werden kann. Zusätzlich kann die Verschraubung eine, insbesondere dauerhafte, Schraubensicherung, wie beispielsweise eine Verklebung, aufweisen. Auf diese Weise kann bei fest montiertem Deckelsegment 24 verhindert werden, dass die Elektronikeinheit 10 herausgezogen oder auf sonstigem Wege manipuliert wird.The access protection 12 further comprises at least one anti-displacement device 28, which fixes the cover segment 24 to the end plate 20. The anti-displacement device 28 can advantageously prevent the cover segment 24 from being displaced or lifted off in order to remove or manipulate the electronic unit 10 from the end plate 20. The anti-displacement device 28 can also be a simple screw connection of the cover segment 24 to the end plate 20, which prevents the cover segment 24 from being easily lifted off or displaced. In addition, the screw connection can comprise a screw lock, in particular a permanent one, such as an adhesive. In this way, when the cover segment 24 is firmly mounted, it can be prevented that the electronic unit 10 is pulled out or manipulated in any other way.

In 4 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls 200 mit Endplatte 20 und fixiertem Deckelsegment 24 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.In 4 is a schematic sectional view of a battery module 200 with end plate 20 and fixed cover segment 24 according to a further embodiment of the invention.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Deckelsegment 24 mit der Endplatte 20 über eine Schwenkverbindung 30 verbunden. Am Ende des Deckelsegments 24, welches an der Stirnseite 22 der Endplatte 20 über der Elektronikeinheit 10 liegt, ist ebenfalls eine Abdeckung 26 angeordnet. Damit kann auch hier durch die Abdeckung 26 ein Herausziehen der Elektronikeinheit 10 aus der Endplatte 20 oder auch eine Manipulation über Steckverbindungen, welche die Leitungen 34 mit der Elektronikeinheit 10 elektrisch verbinden, verhindert werden.In this embodiment, the cover segment 24 is connected to the end plate 20 via a pivot connection 30. A cover 26 is also arranged at the end of the cover segment 24, which is located on the front side 22 of the end plate 20 above the electronic unit 10. The cover 26 can thus also prevent the electronic unit 10 from being pulled out of the end plate 20 or manipulation via plug connections that electrically connect the lines 34 to the electronic unit 10.

Die Schwenkverbindung 30 kann ein einfacher Mechanismus sein, welcher erlaubt, dass das Deckelsegment 24 aus seiner Lage als Deckel eines Batteriemodulgehäuses herausgeschwenkt oder geklappt wird. Die Schwenkverbindung 30 kann so beispielsweise als Drehgelenk, Scharnier oder Klappmechanismus ausgebildet sein. Auch dabei kann die Abdeckung 26 so an dem Deckelsegment 24 angeordnet sein, dass trotz Wegschwenkens des Deckelsegments 26 eine Zugänglichkeit der in der Endplatte 20 integrierten Elektronikeinheit 10 nicht gegeben ist.The pivot connection 30 can be a simple mechanism that allows the cover segment 24 to be pivoted out of its position as the cover of a battery module housing or to be folded. The pivot connection 30 can thus be designed, for example, as a rotary joint, hinge or folding mechanism. Here too, the cover 26 can be arranged on the cover segment 24 in such a way that, despite the cover segment 26 being pivoted away, the electronic unit 10 integrated in the end plate 20 cannot be accessed.

Die Zugriffssicherung 12 weist wenigstens eine Schwenksicherung 32 auf, welche die Schwenkverbindung 30 im geschlossenen Zustand des Deckelsegments 24 fixiert. Insbesondere kann die Schwenkverbindung 30 mittels der Schwenksicherung 32 im geschlossenen Zustand des Deckelsegments 24 von einer Innenseite des Batteriekörpers 50 fixiert sein. Zusätzlich kann die Schwenkverbindung 30 eine Schwenksicherung 32 aufweisen, welche ein Herausschwenken oder Herausklappen des Deckelsegments 24 verhindert und damit die Abdeckung 26 über der Elektronikeinheit 10 in ihrer Schutzfunktion belässt. Besonders vorteilhaft kann die Schwenksicherung 32 von einer Innenseite des Batteriekörpers 50 wirken, um so zusätzliche Sicherheit gegen ein Öffnen des Deckelsegments 24 zu bieten.The access protection 12 has at least one pivoting lock 32, which Pivoting connection 30 is fixed in the closed state of the cover segment 24. In particular, the pivoting connection 30 can be fixed in the closed state of the cover segment 24 from an inside of the battery body 50 by means of the pivot lock 32. In addition, the pivoting connection 30 can have a pivot lock 32 which prevents the cover segment 24 from pivoting out or folding out and thus leaves the cover 26 above the electronic unit 10 in its protective function. The pivot lock 32 can act particularly advantageously from an inside of the battery body 50 in order to offer additional security against the cover segment 24 being opened.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
ElektronikeinheitElectronic unit
1212
ZugriffssicherungAccess security
2020
EndplatteEnd plate
2222
StirnseiteFront side
2424
DeckelsegmentLid segment
2626
Abdeckungcover
2828
VerschiebesicherungShift protection
3030
SchwenkverbindungSwivel connection
3232
SchwenksicherungSwivel lock
3434
LeitungLine
5050
BatteriekörperBattery body
100100
ZellüberwachungsvorrichtungCell monitoring device
200200
BatteriemodulBattery module

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102018002221 A1 [0004]DE 102018002221 A1 [0004]
  • DE 102020007414 A1 [0005]DE 102020007414 A1 [0005]

Claims (10)

Zellüberwachungsvorrichtung (100) für eine Fahrzeugbatterie, mit einer Elektronikeinheit (10), welche für eine Überwachung von Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist, wobei die Elektronikeinheit (10) in eine Endplatte (20) eines Batteriekörpers (50) der Fahrzeugbatterie integriert ist, umfassend eine Zugriffssicherung (12), mit der die Elektronikeinheit (10) nach bestimmungsgemäßer Montage der Elektronikeinheit (10) in der Endplatte (20) gegen eine Manipulation von außen gesichert ist.Cell monitoring device (100) for a vehicle battery, with an electronic unit (10) which is designed to monitor battery cells of the vehicle battery, wherein the electronic unit (10) is integrated into an end plate (20) of a battery body (50) of the vehicle battery, comprising an access protection (12) with which the electronic unit (10) is secured against manipulation from the outside after the electronic unit (10) has been properly installed in the end plate (20). Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zugriffssicherung (12) wenigstens eine Abdeckung (26) aufweist, welche auf einer von der Endplatte (20) abgewandten Seite über der Elektronikeinheit (10) so angeordnet ist, dass diese von außen unzugänglich ist.Cell monitoring device according to Claim 1 , wherein the access protection (12) has at least one cover (26) which is arranged on a side facing away from the end plate (20) above the electronic unit (10) such that the latter is inaccessible from the outside. Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronikeinheit (10) von einer Stirnseite (22) der Endplatte (20) her in die Endplatte (20) eingeschoben ist und/oder in die Endplatte (20) integriert ist, wobei die Abdeckung (26) an der Stirnseite (22) der Endplatte (20) über der Elektronikeinheit (10) so angeordnet ist, dass die Elektronikeinheit (10) von außen unzugänglich ist.Cell monitoring device according to Claim 1 or 2 , wherein the electronic unit (10) is inserted into the end plate (20) from an end face (22) of the end plate (20) and/or is integrated into the end plate (20), wherein the cover (26) is arranged on the end face (22) of the end plate (20) above the electronic unit (10) such that the electronic unit (10) is inaccessible from the outside. Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Deckelsegment (24) des Batteriekörpers (50) an der Endplatte (20) angeordnet ist, wobei die Abdeckung (26) an dem Deckelsegment (24) so angeordnet und/oder mit dem Deckelsegment (24) einstückig ausgebildet ist, dass in einem geschlossenen Zustand des Deckelsegments (24), bei dem das Deckelsegment (24) mit der Endplatte (20) verbunden ist, die Elektronikeinheit (10) von außen verdeckt ist.Cell monitoring device according to Claim 2 or 3 , wherein a cover segment (24) of the battery body (50) is arranged on the end plate (20), wherein the cover (26) is arranged on the cover segment (24) and/or is formed integrally with the cover segment (24) such that in a closed state of the cover segment (24), in which the cover segment (24) is connected to the end plate (20), the electronic unit (10) is concealed from the outside. Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Zugriffssicherung (12) wenigstens eine Verschiebesicherung (28) aufweist, welche das Deckelsegment (24) an der Endplatte (20) fixiert.Cell monitoring device according to Claim 4 , wherein the access protection (12) has at least one displacement protection (28) which fixes the cover segment (24) to the end plate (20). Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Deckelsegment (24) mit der Endplatte (20) über eine Schwenkverbindung (30) verbunden ist.Cell monitoring device according to Claim 4 , wherein the cover segment (24) is connected to the end plate (20) via a pivot connection (30). Zellüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Zugriffssicherung (12) wenigstens eine Schwenksicherung (32) aufweist, welche die Schwenkverbindung (30) im geschlossenen Zustand des Deckelsegments (24) fixiert, insbesondere wobei die Schwenkverbindung (30) mittels der Schwenksicherung (32) im geschlossenen Zustand des Deckelsegments (24) von einer Innenseite des Batteriekörpers (50) fixiert ist.Cell monitoring device according to Claim 6 , wherein the access protection (12) has at least one pivoting protection (32) which fixes the pivoting connection (30) in the closed state of the cover segment (24), in particular wherein the pivoting connection (30) is fixed by means of the pivoting protection (32) in the closed state of the cover segment (24) from an inner side of the battery body (50). Zellüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anbindung von elektrischen Leitungen (34) an die Elektronikeinheit (10), insbesondere von Steckverbindungen der elektrischen Leitungen (34) an die Elektronikeinheit (10), durch die Zugriffssicherung (12) gegen eine Manipulation von außen gesichert ist.Cell monitoring device according to one of the preceding claims, wherein a connection of electrical lines (34) to the electronic unit (10), in particular of plug connections of the electrical lines (34) to the electronic unit (10), is secured against manipulation from outside by the access protection (12). Zellüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit (10) 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 ist.Cell monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the electronic unit (10) is designed at least for an electrical voltage measurement of the battery cells and/or a temperature measurement and/or a diagnosis of a charge balance of the battery cells and/or a line diagnosis and/or a mechanical voltage measurement and/or a compensation of an effect of a mechanical voltage. Zellüberwachungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektronikeinheit (10) für eine Bestimmung eines Zelldickenwachstums der Fahrzeugbatterie ausgebildet ist.Cell monitoring device according to one of the preceding claims, wherein the electronic unit (10) is designed to determine a cell thickness growth of the vehicle battery.
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DE102018002221A1 (en) 2018-03-19 2018-09-27 Daimler Ag Sensor device for detecting a change in shape of a battery body of a vehicle battery and method for detecting a change in shape of a battery body of a vehicle battery
DE102020007414A1 (en) 2020-12-04 2022-06-09 Mercedes-Benz Group AG Battery with at least one cell module

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