DE102022104975A1

DE102022104975A1 - Batteriemodul, Energiespeicheranordnung und Verfahren zum Detektieren von Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102022104975A1
Application number: DE102022104975.2A
Authority: DE
Inventors: Wolgang Beck; Martin Bräunig; Imke Dittmann; Thomas Milde; Martin Schüssler; Roland Tornar
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2023-09-07
Also published as: US20230282896A1; CN116706289A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für eine Energiespeicheranordnung (50), wobei das Batteriemodul (10) eine Unterseite (14) zur Anordnung auf einem Gehäuseboden (52) eines Batteriegehäuses (54), eine der Unterseite (14) bezüglich einer ersten Richtung (z) gegenüberliegenden Oberseite (12), mindestens eine von der Unterseite (14) und der Oberseite (12) verschiedene Außenseite (16a, 16b), und mindestens einen Flüssigkeitssensor (42, 44) aufweist, mittels welchem eine Flüssigkeit detektierbar ist. Dabei weist der Flüssigkeitssensor (42, 44) einen Messfühler (46, 48) auf, der an der Außenseite (16a, 16b) des Batteriemoduls (10) angeordnet ist und sich nach unten in Richtung der Unterseite (14) des Batteriemoduls (10) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Energiespeicheranordnung, wobei das Batteriemodul eine Unterseite zur Anordnung auf einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses aufweist, eine der Unterseite bezüglich einer ersten Richtung gegenüberliegenden Oberseite, mindestens eine von der Unterseite und der Oberseite verschiedene Außenseite, und mindestens einen Flüssigkeitssensor, mittels welchem eine Flüssigkeit detektierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Energiespeicheranordnung mit einem solchen Batteriemodul und ein Verfahren zum Detektieren von Flüssigkeit im Bereich eines Batteriemoduls.
Die Erfindung ist dabei vorzugsweise auf dem Gebiet der Hochvoltspeichersysteme für Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, angesiedelt. Bei aktuellen Hochvoltspeichersystemen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Akkumulatoren, kommen Kühlsysteme zum Einsatz, die Elemente enthalten können, die im Inneren der Batterie, das heißt innerhalb des Batteriegehäuses, liegen. In einem möglichen Fehlerfall kann das Kühlmedium aus dem Kühlsystem austreten und ins Innere des Speichersystems gelangen. Des Weiteren kann in einem Fehlerfall Wasser von außen in die Batterie gelangen. Üblicherweise verbleiben die flüssigen Medien dort, sofern sie nicht durch saugfähiges Material gebunden werden, ungebunden und können sich frei ausbreiten beziehungsweise bewegen. Solche flüssigen Medien können bei ausreichender Menge oder bei ungünstiger Lage unmittelbar zu einem folgeschweren Fehler oder Ausfall der Batterie führen. Mittelbar können die genannten Medien auch zu weiteren Fehlern der Batterie führen.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2013 212 859 A1 ein System zum Abschwächen einer Beschädigung einer Batterie in einem Fahrzeug, das ein flüssiggekühltes Batteriesystem enthält, wobei das System einen oder mehrere Kühlmittellecksensoren enthält. Ein Kühlmittelleck-Detektionssystem, das mit den Kühlmittellecksensoren kommunikationstechnisch gekoppelt ist, kann ausgestaltet sein, um das Auftreten eines Lecks eines flüssigen Kühlmittels in dem Batteriesystem auf der Grundlage von Informationen zu detektieren, die von den Kühlmittellecksensoren bereitgestellt werden. Ein oder mehrere Ventile, die mit dem Kühlmittelleck-Detektionssystem kommunikationstechnisch gekoppelt sind, können durch das Kühlmittelleck-Detektionssystem betätigt werden, wenn ein Leck eines flüssigen Kühlmittels detektiert wird, wodurch das Ablassen eines ausgelaufenen flüssigen Kühlmittels aus dem Batteriesystem ermöglicht wird. Die Kühlmittellecksensoren können dabei an strategischen Stellen platziert sein, zum Beispiel im Batteriesystem oder im Flüssigkeits-Kühlsystem, in der Nähe eines Wärmetauschers, in der Nähe von Rohrleitungsverbindungen oder an einer oder mehreren strategischen Stellen an oder in der Nähe des Batteriesystem der Batteriestapel oder der Batteriemodule.
Gerade eine solche Verwendung mehrerer Flüssigkeitsdetektionssensoren ist sehr bauraumaufwendig. Dies liegt vor allem daran, dass solche Sensoren an eine Messeinheit oder ein Steuergerät angebunden werden müssen und daher ist auch der Verkabelungsaufwand sehr hoch. Gerade jedoch in Batteriesystemen ist der Bauraum stark limitiert. Ein weiteres Problem besteht zudem darin, dass für den Fall, dass eine Flüssigkeit nicht zuverlässig durch das Detektionssystem detektiert wird, auch das Ablassen der Flüssigkeit aus dem Batteriesystem nicht initialisiert werden kann.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2015 108 546 A1 eine Vorrichtung zum Auslassen einer in eine elektrische Vorrichtung eingedrungenen Flüssigkeit, wobei die Vorrichtung eine Öffnungsvorrichtung aufweist, um einen Auslass in der elektrischen Vorrichtung zu öffnen, wobei die Öffnungsvorrichtung bei einem Eindringen der Flüssigkeit in die elektrische Vorrichtung mit der Flüssigkeit in Wechselwirkung bringbar ist, durch welche ein Öffnen des Auslasses durch die Öffnungsvorrichtung auslösbar ist. Die Öffnungsvorrichtung kann einen Zylinder aufweisen, der zumindest teilweise mit einem flüssigkeitsabsorbierenden Material gefüllt ist. Zudem kann die Öffnungsvorrichtung auch eine Sensorvorrichtung zum Detektieren des Öffnens des Auslasses aufweisen.
Öffnet jedoch der Auslass aus irgendwelchen Gründen nicht, so kann infolgedessen auch nicht die Flüssigkeit detektiert werden.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2014 203 919 A1 ein Batteriesystem mit einem Anschlusselement und zwei Kontakten, das an einer Batteriezelle oder Komponente anschließbar ausgebildet ist und mit einer Verarbeitungseinrichtung, die zum Erfassen eines elektrischen Widerstandsmesswerts zwischen den Kontakten ausgebildet ist, um in Abhängigkeit davon eine Flüssigkeit zu detektieren. Die Kontakte sind dabei an der Oberseite von Batteriezellen angeordnet. Flüssigkeit sammelt sich jedoch schwerkraftbedingt in der Regel am Boden des Gehäuses, die sich durch derartige Sensoren nicht detektieren ließe.
Weiterhin beschreibt die DE 10 2018 200 922 A1 eine Sensorvorrichtung zum Erkennen eines für einen Hochvoltspeicher kritischen Zustands, mit einer Sensoreinheit zum Anordnen in einem Speichergehäuse des Hochvoltspeichers und zum Erfassen eines Messsignals, und mit einer Auswerteeinheit zum Auswerten des Messsignals. Dabei ist die Sensorvorrichtung dazu ausgelegt, als kritischen Zustand eine Anwesenheit einer Flüssigkeit im Speichergehäuse zu erkennen. Hierbei wird eine Sensoreinheit sehr aufwendig in die Kühlerstruktur integriert beziehungsweise zwischen dem Kühler und dem Gehäuseboden angeordnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul, eine Energiespeicheranordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst zuverlässige Detektion einer Flüssigkeit im Bereich eines Batteriemoduls auf möglichst einfache und bauraumsparende Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriemodul, eine Energiespeicheranordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Energiespeicheranordnung weist eine Unterseite zur Anordnung auf einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses auf, eine der Unterseite bezüglich einer ersten Richtung gegenüberliegende Oberseite, mindestens eine von der Unterseite und der Oberseite verschiedene Außenseite und mindestens einen Flüssigkeitssensor, mittels welchem eine Flüssigkeit detektierbar ist. Dabei weist der Sensor einen Messfühler auf, der an der Außenseite des Batteriemoduls angeordnet ist und sich nach unten in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls erstreckt.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass sich ein solcher Flüssigkeitssensor, insbesondere ein Messfühler, auf besonders einfache und bauraumsparende Weise an der Außenseite eines Batteriemoduls integrieren lässt, da in diesem Bereich, das heißt an einer solchen Außenseite, üblicherweise ohnehin bereits weitere elektrische und/oder elektronische Komponenten des Batteriemoduls, zum Beispiel ein Cell Module Controller (CMC), der im Folgenden auch Zellmodulcontroller genannt wird bzw. als Modulsteuereinheit bezeichnet wird, angeordnet sind. Der Flüssigkeitssensor kann somit auf besonders einfache Weise in bereits bestehende elektrische oder elektronische Komponenten integriert werden beziehungsweise als Teil einer solchen Komponente ausgeführt werden, wodurch dann lediglich eine kleine Modifikation einer solchen Komponente nötig ist. Darüber hinaus kann der Messfühler auf einfache Weise mit einer solchen Komponente, wie dem Cell Module Controller, elektrisch verbunden werden, sodass auch der Verkabelungsaufwand insgesamt auf ein Minimum reduziert werden kann. Beispielsweise kann der Sensor auf der vom Cell Module Controller umfassten Platine angeordnet sein. Gleichzeitig ist es durch die verlängerte Ausführung des Messfühlers nach unten dennoch möglich, Flüssigkeit im Bereich des Batteriemoduls, insbesondere im Bereich dessen Unterseite, zuverlässig zu detektieren. Gerade dort sammelt sich Flüssigkeit schwerkraftbedingt zuerst. Dass der Flüssigkeitssensor beziehungsweise dessen Messfühler dabei an einer von der Ober- und Unterseite des Batteriemoduls verschiedenen Außenseite bereitgestellt ist, hat zusätzlich den Vorteil, dass die Ober- und/oder Unterseite des Batteriemoduls auf effiziente Weise an einen Kühlkörper oder eine Kühleinrichtung angebunden werden können. Zusätzlich kann dennoch zuverlässig im Bereich der Unterseite des Batteriemoduls Flüssigkeit detektiert werden, was dadurch möglich ist, dass der Messfühler sich nach unten erstreckend ausgebildet ist. Gleichzeitig ist keine aufwendige Integration des Messfühlers in eine Kühlstruktur oder ähnliches erforderlich. Die bisherige Auslegung und Konzeption eines Energiespeichers mit einem solchen Batteriemodul bleibt durch das zusätzliche Vorsehen eines solchen Flüssigkeitssensors vollkommen unberührt. Damit ist durch die Erfindung eine besonders einfache, effiziente und vor allem bauraumsparende Möglichkeit bereitgestellt, Flüssigkeiten im Bereich der Unterseite eines Batteriemoduls zuverlässig zu detektieren und damit das Batteriemodul rechtzeitig vor einer Flüssigkeitsbedingten Schädigung zu schützen, z.B. durch Ausgeben einer Warnung, Abschalten des Batteriesystems, Ablassen der Flüssigkeit und/oder Einleiten einer anderen Maßnahme.
Bei der Energiespeicheranordnung, für welche das Batteriemodul vorzugsweise vorgesehen ist, kann es sich zum Beispiel um einen Hochvoltenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs handeln, der im Folgenden auch einfach als Hochvolt-Batterie bezeichnet wird. Eine solche Hochvolt-Batterie kann dabei auch mehrere solcher Batteriemodule aufweisen. Weiterhin kann für jedes Batteriemodul, wenn die Hochvolt-Batterie mehrere solcher Batteriemodule aufweist, mindestens ein eigens zugeordneter Flüssigkeitssensor bereitgestellt werden. Daraus resultiert automatisch eine verteilte Anordnung von Flüssigkeitssensoren, was es ermöglicht, an verschiedenen Positionen in einem Batteriesystem Flüssigkeiten unabhängig voneinander zu detektieren. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und Sicherheit. Zudem ist es auch möglich, dass das Batteriemodul nicht nur einen solchen Sensor aufweist, sondern zum Beispiel auch zwei oder mehrere. Beispielsweise kann ein weiterer Flüssigkeitssensor an einer gegenüberliegenden Außenseite des Batteriemoduls angeordnet sein. Dadurch können die Zuverlässigkeit und Sicherheit weiter gesteigert werden. Die Begriffe Oberseite und Unterseite können sich dabei auf die bevorzugte bzw. bestimmungsgemäße Einbaulage des Batteriemoduls in einem Kraftfahrzeug beziehen. In diesem Fall wäre die oben genannte erste Richtung parallel zu einer Fahrzeughochachse ausgerichtet. Wie später näher erläutert, kann das Batteriemodul eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Solche Batteriezellen können zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Die Batteriezellen können weiterhin grundsätzlich als prismatische Batteriezellen, Pouchzellen oder Rundzellen ausgebildet sein, wobei gerade im Zusammenhang mit der nachfolgend noch näher beschriebenen Anordnungsgeometrie des Flüssigkeitssensors die Ausbildung der Batteriezellen als prismatische Zellen oder Pouchzellen besonders vorteilhaft ist. Diese können nämlich zu Zellstapeln beziehungsweise Zellpacks zusammengefasst werden und von einem Rahmen umspannt sein, der dann gleichzeitig auch als Träger für den Flüssigkeitssensor beziehungsweise dessen Messfühler fungieren kann.
Unter einem Messfühler ist insbesondere der Teil des Flüssigkeitssensors zu verstehen, der zur Detektion einer Flüssigkeit in direkten physischen Kontakt mit dieser Flüssigkeit treten muss. Durch den Kontakt der Flüssigkeit mit dem Messfühler kann das Vorhandensein der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitssensor detektiert werden. Im einfachsten Fall kann der Flüssigkeitssensor auf einer Widerstandsmessung beruhen. Als Messfühler können zum Beispiel zwei elektrische Leiter vorgesehen sein, die einen Abstand zueinander aufweisen und die durch diesen Abstand voneinander elektrisch isoliert sind, sodass beim Anlegen einer Spannung zwischen ersten Leiterenden dieser beiden Leiter kein Strom durch die Leiter fließt, zumindest nicht im Normalzustand. Tauchen die gegenüberliegenden Leiterenden jedoch in eine Flüssigkeit, so ist über diese Flüssigkeit eine leitende Verbindung zwischen den beiden Leiterstücken hergestellt und der Widerstand zwischen den beiden Leitern ist reduziert. Dies kann anhand des nunmehr vorhandenen Stromflusses auch erfasst werden. Denkbar wäre auch eine kapazitive Erfassung oder eine andersartige Ausbildung eines solchen Flüssigkeitssensors. Im Fall des widerstandsbasierten Flüssigkeitssensors können die beschriebenen Drähte beispielsweise als die Messfühler aufgefasst werden. Denkbar ist es zudem auch, dass der Flüssigkeitssensor mit einem Docht als Messfühler ausgeführt ist, der gezielt flüssige Medien aufnehmen und dann an eine Detektionseinheit des Flüssigkeitssensors weiterleiten kann. Die Signalauswertung kann durch eine Auswerteeinrichtung des Flüssigkeitssensors erfolgen, die sich jedoch nicht notwendigerweise in räumlicher Nähe zum Messfühler befinden muss. Die Signalauswertung kann zum Beispiel durch den Zellmodulcontroller erfolgen oder durch ein übergeordnetes Batteriesteuergerät. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung des Flüssigkeitssensors Teil einer solchen Modulsteuereinheit oder des Batteriesteuergeräts sein. Der Messfühler kann entsprechend an eine solche Modulsteuereinheit oder an das Batteriesteuergerät angeschlossen sein, insbesondere wiederum indirekt über die Modulsteuereinheit.
Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Batteriemodul eine Modulsteuereinheit aufweist, wobei der Messfühler elektrisch mit der Modulsteuereinheit verbunden ist, und wobei die Modulsteuereinheit dazu ausgelegt ist, ein vom Messfühler bereitgestelltes Messsignal auszuwerten und/oder an ein Batteriesteuergerät weiterzuleiten. Eine solche Modulsteuereinheit ist dabei genau dem Batteriemodul zugeordnet. Weist die Hochvolt-Batterie also mehrere Batteriemodule auf, so kann jedem Batteriemodul eine solche eigene Modulsteuereinheit zugeordnet sein. Die Modulsteuereinheiten können wiederum elektrisch und/oder kommunikativ mit einem übergeordneten Batteriesteuergerät verbunden sein. Die Modulsteuereinheit ist vorliegend Teil des Batteriemoduls. Vorzugsweise ist diese, wie später näher beschrieben, ebenfalls an einer Außenseite des Batteriemoduls angeordnet. Durch die räumliche Nähe zur Modulsteuereinheit kann der Messfühler daher auf besonders einfache Weise ohne großen Verkabelungsaufwand an diese Modulsteuereinheit elektrisch angeschlossen werden. Gleichzeitig kann die Modulsteuereinheit auf einfache Weise die Auswertung der vom Messfühler bereitgestellten Messsignale übernehmen. Alternativ kann die Modulsteuereinheit diese Messsignale auch an das bereits erwähnte übergeordnete Batteriesteuergerät weiterleiten, welches dann entsprechend die Auswertung dieser Messsignale übernehmen kann. Wird anhand der Auswertung dieser Messsignale das Vorhandensein einer Flüssigkeit detektiert, so kann in Abhängigkeit davon wiederum eine weitere Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden. Eine solche Sicherheitsmaßnahme kann zum Beispiel die Ausgabe einer Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeugs umfassen und/oder die Abschaltung des Batteriesystems, welches das Batteriemodul umfasst. Möglich ist es auch, daraufhin Maßnahmen zu initiieren, um die Flüssigkeit aus dem Batteriegehäuse, in welchem das Batteriemodul aufgenommen ist, abzuleiten. Eine solche Flüssigkeitsableitung wird jedoch vorzugsweise von unabhängigen Wasserablaufventilen übernommen, wie diese später näher beschrieben werden.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriemodul einen Zellstapel mit mindestens einer Batteriezelle und ein Modulgehäuse mit einem Modulrahmen auf, der um den Zellstapel umlaufend angeordnet ist und die mindestens eine Außenseite bereitstellt, wobei an der Außenseite zumindest eine elektrische und/oder elektronische Komponente angeordnet ist, und wobei der Messfühler als Teil der Komponente ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine besonders effiziente und bauraumsparende Bereitstellung des Messfühlers. Eine solche elektrische und/oder elektronische Komponente kann zum Zweck der Bereitstellung eines solchen Messfühlers einfach eine bauliche Verlängerung nach unten, das heißt in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls, aufweisen. Durch die Bereitstellung des Messfühlers als Teil einer solchen elektrischen und/oder elektronischen Komponente gestaltet sich auch die elektrische Anbindung des Messfühlers an eine solche Komponente zum Zwecke der Signalauswertung und/oder Weiterleitung besonders einfach und bauraumeffizient.
Vorzugsweise weist der Zellstapel dabei nicht nur eine einzelne Batteriezelle auf, sondern mehrere in Stapelrichtung nebeneinander angeordnete Batteriezellen, wobei die Stapelrichtung entsprechend senkrecht zur oben definierten ersten Richtung ist. Ein solcher Zellstapel kann zum Beispiel in Stapelrichtung beidseitig von sogenannten Endplatten begrenzt werden. Diese können einen Teil des oben genannten Rahmens darstellen. Die beiden Endplatten können in Stapelrichtung durch zwei Seitenplatten miteinander verbunden sein, die sich bezüglich einer dritten Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung ist und senkrecht zur Stapelrichtung ist, gegenüberliegen. Auch diese können Teil des Modulrahmens sein. Durch diese beiden Seitenplatten und die Endplatten ist also ein Modulrahmen bereitgestellt, der einen quaderförmigen Aufnahmebereich umschließt, in welchem entsprechend der Zellstapel mit der mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist. Die Endplatten sowie die Seitenplatten können dann zum Beispiel entsprechend vier Außenseiten des Batteriemoduls bereitstellen, wobei der Messfühler an mindestens einer dieser vier Außenseiten angeordnet sein kann, insbesondere als Teil der beschriebenen elektrischen und/oder elektronischen Komponente.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellt die Modulsteuereinheit die Komponente dar, insbesondere wobei die Modulsteuereinheit an einer Stirnseite des Batteriemoduls angeordnet ist, die durch eine Endplatte des Rahmens bereitgestellt ist, die den Zellstapel bezüglich einer zur ersten Richtung senkrechten Stapelrichtung begrenzt. Dadurch, dass der Messfühler nur als Teil der Modulsteuereinheit ausgebildet ist, kann der Messfühler auf besonders einfache Weise auch elektrisch an diese angebunden sein. Insbesondere kann zum Beispiel der Messfühler oder zumindest ein Großteil davon in das gleiche Gehäuse der Modulsteuereinheit aufgenommen sein, in welchem auch die übrigen Komponenten der Modulsteuereinheit aufgenommen sind. Das Gehäuse der Modulsteuereinheit kann zu diesem Zweck ebenfalls in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls verlängert ausgebildet sein. Dort lässt sich der Messfühler gleichzeitig auf besonders geschützte Weise unterbringen. Außerdem kann hierdurch der Messfühler in einem Bauraum bereitgestellt werden, der üblicherweise ohnehin ungenutzt ist. Damit muss dann zusätzlicher Bauraum für die Integration eines solchen Flüssigkeitssensors vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriemodul eine flexible Leiterplatte auf, mittels welcher zumindest eine die Batteriezelle betreffende Zellmessgröße an der Modulsteuereinheit des Batteriemoduls bereitstellbar ist, wobei die flexible Leiterplatte die Komponente darstellt. Mit anderen Worten kann der Messfühler auch als Teil dieser flexiblen Leiterplatte ausgebildet sein beziehungsweise an dieser angeschlossen sein. Die flexible Leiterplatte kann also ebenso mit einer lokalen Verlängerung in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls ausgebildet sein, an welcher der Messfühler des Flüssigkeitssensors angeordnet sein kann. Die flexible Leiterplatte trägt typischerweise die Leiterbahnen, die diverse Messgrößen der Batteriezellen des Batteriemoduls an die Modulsteuereinheit liefern. Solche Messgrößen sind zum Beispiel die erfassten Zellspannungen, die erfasste Modulspannung, die Zellströme beziehungsweise der Modulstrom, Zelltemperaturen beziehungsweise Modultemperaturen und so weiter. Diese Größen werden also entsprechend der elektrischen Größen über die flexible Leiterplatte an die Modulsteuereinheit geliefert. Die flexible Leiterplatte umfasst also die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen entsprechenden Messabgriffen an den Batteriezellen beziehungsweise am Zellstapel und der Modulsteuereinheit. Die flexible Leiterplatte kann zum Beispiel entlang der oben beschriebenen Seitenplatten geführt sein, bis zur Modulsteuereinheit. Die Modulsteuereinheit kann zum Beispiel eine Anschlusseinrichtung aufweisen, in welche eine korrespondierende Anschlusseinrichtung der flexiblen Leiterplatte eingesteckt werden kann. Eine solche Anschlusseinrichtung kann wiederum mehrere Einzelanschlüsse aufweisen, die zu jeweiligen Eingängen beziehungsweise Eingangssignalen korrespondieren. Der Messfühler des Flüssigkeitssensors kann dann vorteilhafterweise einen weiteren solchen Eingang belegen beziehungsweise über die flexible Leiterplatte zu einem solchen Eingang der Modulsteuereinheit geführt sein. Damit lässt sich der Flüssigkeitssensor beziehungsweise der Messfühler auf besonders einfache und effiziente Weise in bestehende Komponenten integrieren.
Wie bereits erwähnt, kann das Batteriemodul auch mehrere Flüssigkeitssensoren aufweisen. Entsprechend ist es auch denkbar, dass zum Beispiel einer dieser Sensoren als Teil der Modulsteuereinheit selbst ausgeführt ist und ein anderer zum Beispiel als Teil der flexiblen Leiterplatte. Besonders vorteilhaft ist es zum Beispiel, wenn jeweils ein solcher Flüssigkeitssensor beziehungsweise ein Messfühler an einer jeweiligen Endplatte beziehungsweise an einer jeweiligen Stirnseite des Batteriemoduls vorgesehen ist. Somit kann eine zuverlässige Flüssigkeitsdetektion an beiden Enden des Batteriemoduls bereitgestellt werden. So kann auch bei unterschiedlichen Orientierungen des Batteriemoduls im Raum vorhandene Flüssigkeit zumindest durch einen der Sensoren detektiert werden. Dies ist sehr vorteilhaft, da sich ein Kraftfahrzeug, welches ein solches Batteriemodul umfassen kann, typischerweise nicht permanent in der Horizontalen befindet.
Um die Zuverlässigkeit bei der Detektion von Flüssigkeiten weiter zu steigern, gibt es noch zahlreiche weitere Maßnahmen, die nun nachfolgend näher erläutert werden, insbesondere im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung oder ihre Ausgestaltungen.
Die Erfindung betrifft also auch eine Energiespeicheranordnung mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer seiner Ausgestaltungen. Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Energiespeicheranordnung ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden aufweist, auf welchem das Batteriemodul mit der Unterseite dem Gehäuseboden zugewandt angeordnet ist. Wie oben bereits erwähnt, kann die Energiespeicheranordnung beispielsweise als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. In dem Batteriegehäuse können neben dem Batteriemodul noch weitere Batteriemodule aufgenommen sein, die insbesondere alle gleichartig ausgebildet sein können. Mit anderen Worten können diese weiteren Batteriemodule wie zum erfindungsgemäßen Batteriemodul oder seinen Ausgestaltungen beschrieben ausgebildet sein.
Das Batteriemodul ist also nunmehr mit seiner Unterseite dem Gehäuseboden zugewandt im Batteriegehäuse angeordnet. Dadurch kann der Flüssigkeitssensor auf besonders einfache und zuverlässige Weise Flüssigkeiten im Bereich dieses Gehäusebodens detektieren.
Dabei ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Messfühler einen vorbestimmten Abstand zu einem bezüglich der ersten Richtung direkt unterhalb des Messfühlers angeordneten Bodenbereich des Gehäusebodens aufweist, insbesondere wobei der Gehäuseboden bezüglich der ersten Richtung mindestens eine Vertiefung aufweist, die am Bodenbereich angeordnet ist.
Dass also der Messfühler einen bestimmten Abstand zum Bodenbereich aufweist, hat den Vorteil, dass lediglich geringe Flüssigkeitsmengen nicht gleich zu einer Auslösung des Flüssigkeitssensors führen. Solche geringen Flüssigkeitsmengen kommen relativ häufig im Zusammenhang mit auftretendem Kondenswasser im Batteriegehäuse vor. Diese geringen Flüssigkeitsmengen beeinträchtigen den Betrieb der Hochvolt-Batterie jedoch nicht. Eine Auslösung des Flüssigkeitssensors in diesem Fall ist also unerwünscht. Ein darauf basierendes Öffnen eines Auslassventils oder ähnliches würde lediglich dazu führen, dass das Innere des Batteriegehäuses durch die fluidische Verbindung nach außen verunreinigt werden könnte. Zudem sind manche Auslässe so ausgestaltet, dass diese nicht mehr reversibel verschließbar sind. In diesem Fall ist ein Werkstattaufenthalt unerlässlich. Dadurch, dass also der Messfühler einen bestimmten Abstand zum Gehäuseboden aufweist, insbesondere zum Bodenbereich, über welchen der Messfühler angeordnet ist, kann eine zu häufige Fehlauslösung effizient vermieden werden. Im Hochvoltspeichersystem auftretendes Kondenswasser beeinflusst bei vorhergesehenem Gebrauch das System also nicht.
Davon unabhängig kann es auch vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden eine Vertiefung im besagten Bodenbereich direkt unterhalb des Messfühlers aufweist. Der Messfühler kann zum Beispiel auch teilweise in diese Vertiefung hineinragen. Dies hat den Vorteil, dass sich Flüssigkeiten in dieser Vertiefung sammeln, selbst bei leichter Schräglage des Kraftfahrzeugs, sodass auch in diesem Fall eine zuverlässige Detektion von Flüssigkeiten möglich ist. Durch das Vorsehen einer solchen Vertiefung kann also die Detektionszuverlässigkeit weiter gesteigert werden. Auch in diesem Fall kann es aber vorgesehen sein, dass der Messfühler dann einen bestimmten Abstand zu diesem vertieften Bodenbereich aufweist, wenngleich der tiefste Punkt des Messfühlers auch tiefer ragen kann als umliegend erhöhte Bereiche des Gehäusebodens. Mit anderen Worten kann der unterste Punkt des Messfühlers zwar tiefer angeordnet sein, insbesondere bezogen auf die oben definierte erste Richtung, als manche anderen Bereiche des Gehäusebodens, die zum Beispiel die Vertiefung umgeben, dennoch kann aber der unterste Punkt nicht in direktem Kontakt mit dem Bodenbereich in dieser Vertiefung stehen sondern ebenfalls einen bestimmten Abstand zu diesem aufweisen. Auch Kondensat kann sich entsprechend in der Vertiefung sammeln, führt aber dann ebenso nicht gleich zur Auslösung des Flüssigkeitssensors.
Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gehäuseboden mindestens eine Sicke oder auch ein Sickenbild zum Sammeln von Kondensatflüssigkeit auf, die in einem in der mindestens einen Sicke befindlichen Zustand nicht vom mindestens einen Flüssigkeitssensor detektierbar ist. Auch solche Sicken im Gehäuseboden ermöglichen es vorteilhafterweise, dass sich in diesen Sicken kleine Flüssigkeitsmengen, wie das oben beschriebene Kondensat, sammeln. Diese gelangen dann nicht in den Bodenbereich unterhalb des Flüssigkeitssensors und können damit auch nicht durch den Messfühler detektiert werden. Auch durch solche Sicken lässt es sich damit vorteilhafterweise vermeiden, dass der Flüssigkeitssensor bei unschädlichen, geringen Mengen an Flüssigkeiten im Gehäuse auslöst. Unter einem Sickenbild kann im Übrigen eine Anordnung von mehreren Sicken verstanden werden. Diese sind vorzugsweise in Bereichen des Gehäusebodens angeordnet, auf welchen keine Batteriemodule angeordnet sind.
Denkbar ist es zudem auch, wie bereits erwähnt, dass der Flüssigkeitssensor mit einem Docht als Messfühler ausgeführt ist, der gezielt flüssige Medien aufnehmen und dann an die Detektionseinheit weiterleiten kann. Diese kann wiederum im CMC integriert sein oder sich an der flexiblen Leiterplatte befinden. Vorhandene Flüssigkeiten steigen also durch einen solchen Docht bedingt durch den Kapillareffekt nach oben, wobei die Steighöhe wiederum von der Flüssigkeitsmenge abhängig ist. Hierdurch können zuverlässig größere Mengen an Flüssigkeit detektiert werden. Auch ein solcher Docht kann so ausgestaltet sein, dass geringe Flüssigkeitsmengen nicht zu einer Auslösung führen. Alternativ oder zusätzlich kann auch hier wieder vorgesehen sein, dass ein solcher Docht einen gewissen Mindestabstand zum Bodenbereich aufweist.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Gehäuseboden mindestens ein Wasserablaufventil auf, welches derart eingerichtet ist, dass es in Abhängigkeit von einem Vorhandensein von Flüssigkeit im Bereich des Wasserablaufventils öffnet, um die Flüssigkeit aus dem Batteriegehäuse herauszuleiten, wobei das mindestens eine Wasserablaufventil dazu ausgelegt ist, bei einem Vorhandensein von Flüssigkeit im Bereich des mindestens einen Wasserablaufventils unabhängig von einer Detektion der Flüssigkeit durch den mindestens einen Flüssigkeitssensor zu öffnen. Mit anderen Worten ist ein solches Wasserablaufventil nicht als ansteuerbares Ventil ausgeführt, sondern als eines, welches selbsttätig öffnen kann, sobald Flüssigkeit oder eine bestimmte Mindestmenge an Flüssigkeit im Bereich des Wasserablaufventils auftritt. Das Wasserablaufventil kann dabei auch rein mechanisch ausgeführt sein oder auch auf einer chemischen Reaktion beruhen. Beispielsweise kann ein solches Wasserablaufventil mit einem Verschluss ausgeführt sein, der sich bei Kontakt mit Flüssigkeit auflöst oder bei Kontakt mit einer bestimmten Flüssigkeit auflöst und dadurch die Öffnung aus dem Gehäuse freigibt. Auch kann ein solches Ventil dazu ausgelegt sein, bei ausreichend hohem Druck auf das Ventil zu öffnen, der aus der von der Flüssigkeitsansammlung resultierenden Gewichtskraft auf das Ventil bedingt sein kann. Auch kann das Ventil mit einem Material ausgebildet sein, welches sich bei Feuchtigkeit beziehungsweise beim Kontakt mit Flüssigkeit zusammenzieht oder ähnliches, und hierdurch eine Öffnung freigibt. Auch zahlreiche weitere Ausbildungsmöglichkeiten für ein solches passives Öffnen des Wasserablaufventils sind denkbar. Dadurch ist vorteilhafterweise das Öffnen eines solchen Wasserablaufventils unabhängig von der Detektion der Flüssigkeit mittels des Flüssigkeitssensors. Hierdurch ist ein zusätzlicher, redundanter Sicherheitsmechanismus gegeben, der jedoch auf einem anderen Messprinzip beruht und zusätzlich an anderer Stelle angeordnet ist. Ein solches passives Wasserablaufventil benötigt vorteilhafterweise keinen Ansteuermechanismus. Dies vereinfacht wiederum den Verkabelungsaufwand, der insbesondere dann auch komplett entfallen kann. Auch wenn beispielsweise der Flüssigkeitssensor selbst nicht auslöst, obwohl Flüssigkeit im Batteriegehäuse vorhanden ist, so kann das passive Wasserablaufventil in diesem Fall dennoch für einen zuverlässigen Ablauf der Flüssigkeit sorgen. Auch im umgekehrten Fall, wenn das Wasserablaufventil aus irgendwelchen Gründen nicht öffnen sollte, so kann dennoch die Flüssigkeit mittels des Flüssigkeitssensors detektiert werden, und zum Beispiel eine entsprechende Warnmeldung ausgegeben werden oder eine andere Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden. In beiden Fällen bleibt die vorhandene Flüssigkeit zumindest nicht vollkommen unbeachtet.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine Wasserablaufventil einen Öffnungssensor auf, der dazu ausgelegt ist, ein Öffnen des mindestens einen Wasserablaufventils zu detektieren und an eine Steuereinrichtung, insbesondere wiederum an die Modulsteuereinheit oder das Batteriesteuergerät, der Energiespeicheranordnung zu melden. Dadurch kann vorteilhafterweise auch das Öffnen dieses Wasserablaufventils detektiert werden. Detektiert der Flüssigkeitssensor beispielsweise die vorhandene Flüssigkeit nicht, während jedoch das Wasserablaufventil bedingt durch die vorhandene Flüssigkeit öffnet, so kann dies vorteilhafterweise durch den Öffnungssensor detektier und an eine Steuereinrichtung gemeldet werden. Dies reduziert das Risiko, dass eine im Gehäuse vorhandene Flüssigkeit unbemerkt bleibt. Durch das beschriebene Ablaufventil lässt sich also Wasser im Fehlerfall umgehend und selbsttätig aus der Batterie herausführen. Dieses optionale Wasserablaufventil ist zudem bevorzugt mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet, die vorliegend als Öffnungssensor bezeichnet ist. Elektrisch kann ein solcher Sensor, das heißt der Öffnungssensor, über zum Beispiel ein Kabel oder über geeignete kabellose Übertragungswege zum CMC oder zu anderen Steuergeräten übertragen werden.
Besonders vorteilhaft ist es dabei zudem, wenn das Batteriegehäuse mehrere solcher Wasserablaufventile aufweist. Besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, jeweils ein solches Wasserablaufventil in einer Ecke des Batteriegehäusebodens vorzusehen. Diese Wasserablaufventile sind bevorzugt so im System platziert, dass das Ablassen des Wassers in jeder Fahrzeuglage gewährleistet ist, das heißt auch im Falle einer Steigung oder bei Neigung, und so weiter. Vorteilhafterweise ist in jedem Eck des Hochvoltspeichers ein derartiges Ventil untergebracht. Der Batteriegehäuseboden ist vorzugsweise rechteckig ausgeführt, sodass vorzugsweise vier solcher Wasserablaufventile insgesamt vorgesehen sind. Dadurch kann unabhängig von der aktuellen Neigung der Energiespeicheranordnung immer eine zuverlässige Detektion von Flüssigkeiten im Gehäuse gewährleistet werden.
Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer seiner Ausgestaltungen, oder mit einer erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen, als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Detektieren von Flüssigkeit im Bereich eines Batteriemoduls für eine Energiespeicheranordnung, wobei das Batteriemodul eine Unterseite zur Anordnung auf einem Gehäuseboden eines Batteriegehäuses und eine der Unterseite bezüglich einer ersten Richtung gegenüberliegenden Oberseite aufweist, sowie mindestens eine von der Unterseite und der Oberseite verschiedene Außenseite. Weiterhin umfasst das Batteriemodul mindestens einen Flüssigkeitssensor, mittels welchem eine Flüssigkeit detektiert wird. Dabei wird die Flüssigkeit mittels eines an der Außenseite des Batteriemoduls angeordneten und sich nach unten in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls erstreckenden Messfühlers des Flüssigkeitssensors detektiert.
Auch hier gelten die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen sowie die für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Hochvolt-Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 10 weist in diesem Beispiel eine Oberseite 12 und eine bezüglich der z-Richtung gegenüberliegende Unterseite 14 auf. Weiterhin weist das Batteriemodul von der Oberseite 12 und der Unterseite 14 verschiedenen Außenseiten 16a, 16b auf. Die Außenseite 16a stellt dabei eine Stirnseite 16a des Batteriemoduls 10 dar, die durch eine Endplatte 18 eines Rahmens 20 eines Modulgehäuses 22 bereitgestellt ist. Dieser Rahmen 20 weist dabei zwei solcher Endplatten 18 auf, wobei vorliegend in 1 nur eine dargestellt ist. Diese Endplatten 18 begrenzen einen im Modulgehäuse 20 aufgenommenen Zellstapel 24 (vergleiche 2) in Stapelrichtung, die zu der hier dargestellten x-Richtung korrespondiert. Das Batteriemodul 10 umfasst also auch einen solchen Zellstapel 24 mit mehreren Batteriezellen 26 (vergleiche ebenfalls 2), die in Stapelrichtung x nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Endplatten 18 können dabei durch zwei Seitenplatten 28 miteinander verbunden und verspannt sei. Die Endplatten 18 sowie die Seitenplatten 28 sind entsprechend Teil des Rahmens 20 beziehungsweise stellen diesen bereit. Neben dem Rahmen 20 umfasst das Modulgehäuse 22 in diesem Beispiel noch einen Gehäusedeckel 30, durch welchen optional auch eine Kühlung der Batteriezellen 26 bereitgestellt werden kann.
Weiterhin weist das Batteriemodul 10 eine Modulsteuereinheit 32 auf, die im Folgenden auch als Cell Module Controller oder einfach CMC bezeichnet wird. Dieser CMC 32 ist dabei an einer der Endplatten 18 angeordnet und an dieser befestigt. Der CMC 32 weist dabei ein Gehäuse 34 auf, in dem die elektrischen und elektronischen Komponenten des CMC 32 angeordnet sind. Weiterhin umfasst das Batteriemodul 10 auch eine flexible Leiterplatte 36, insbesondere mehrere solcher flexiblen Leiterplatten 36, die auch als flexible Printed Circuits „FPC“ bezeichnet werden. Diese führen die Leiterbahnen, über welche diverse elektrische Messgrößen von den Zellen 26 des Zellstapels 24 an den CMC 32 geleitet werden können. Zu diesem Zweck umfasst der CMC 32 eine entsprechende Anschlusseinrichtung 38, insbesondere beidseitig in Bezug auf die y-Richtung, die entsprechende Schnittstellen bereitstellen, in die korrespondierende Stecker 40 der flexiblen Leiterplatten 36 eingesteckt werden können. Diese Schnittstellen 38 können dabei mehrere Pins umfassen, die zu jeweiligen Eingängen korrespondieren. Jedem Eingang kann zum Beispiel eine Messgröße zugeordnet sein. Dabei müssen nicht notwendigerweise alle Eingänge mit einer Messgröße belegt sein beziehungsweise ein Eingangssignal an diesem Eingang bereitgestellt sein.
Vorteilhafterweise weist das Batteriemodul 10 nun mindestens einen Flüssigkeitssensor auf. Im vorliegenden Beispiel sind zwei solche Flüssigkeitssensoren 42, 44 illustriert. Insbesondere sind vorliegend die Messfühler 46, 48 dieser Flüssigkeitssensoren 42, 44 dargestellt. Für die Anordnung solcher Flüssigkeitssensoren 42, 44 an der Außenseite 16a, 16b des Batteriemoduls 10 gibt es nun zwei besonders vorteilhafte Möglichkeiten. Zum einen ist hierbei die flexible Leiterplatte 36 in einem Bereich bis zum Bodenblech der Batterie 50 (vergleiche 2) verlängert, wobei das Bodenblech eine beispielhafte Ausführung des Gehäusebodens 52 des Batteriegehäuses 54 (vergleiche ebenfalls 2) darstellt. Dieser verlängerte Teil der flexiblen Leiterplatte 36 ist vorliegend mit 36a bezeichnet. Am unteren Ende dieses verlängerten Teils 36a ist der Messfühler 46 des Flüssigkeitssensors 42 integriert. Zur besseren Veranschaulichung ist der Messfühler 46 des Flüssigkeitssensors 42 nochmal in einer vergrößerten Darstellung in 1 separat dargestellt. Ein solcher Messfühler 46 kann dabei extrem klein ausgeführt sein und dabei Abmessungen aufweisen, die kleiner sind als der Durchmesser einer Ein-Cent-Münze, insbesondere sogar deutlich kleiner sind als der Radius einer solchen Ein-Cent-Münze. Damit lässt sich ein solcher Messfühler 46 auf besonders bauraumsparende Weise in bereits bestehende elektrische oder elektronische Komponenten des Batteriemoduls 10 integrieren. Der Sensor 42 beziehungsweise der Messfühler 46 kann als Surface Mounted Device (SMD), d.h. oberflächenmontiertes Bauelement, ausgeführt sein, mit welchem das FPC, das heißt die flexible Leiterplatte 46, bestückt wird. Der Messfühler 46 kann darüber hinaus über die flexible Leiterplatte 36 an den CMC 32 angeschlossen sein, insbesondere über den Stecker 40 und die korrespondierende Anschlusseinrichtung 38 des CMC 32. Hierfür kann zum Beispiel einer der oben genannten Pins genutzt werden, um an diesem das durch den Messfühler 46 bereitgestellte Messsignal als Eingangssignal bereitzustellen. Dadurch gestaltet sich auch die elektrische Anbindung an eine Steuereinrichtung, nämlich den CMC 32, besonders effizient, einfach, bauraumsparend und ohne großen Verkabelungsaufwand.
Der CMC 32 kann dabei gleichzeitig als Auswerteeinheit des Flüssigkeitssensors 42 fungieren und die gelieferten Messsignale auswerten. Alternativ oder zusätzlich kann der CMC 32 diese Messsignale oder daraus abgeleitete Größen an ein vorliegend nicht dargestelltes übergeordnetes Batteriesteuergerät weiterleiten, welches die Auswertung dieser Signale übernimmt. In Abhängigkeit von den ausgewerteten Signalen kann wiederum bei Detektion einer Flüssigkeit eine entsprechende Maßnahme eingeleitet werden, zum Beispiel eine Warnung an einen Fahrer ausgegeben werden oder das Abschalten des Batteriesystems 50 (vergleiche 2) ausgelöst werden, oder ähnliches.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Integration eines Flüssigkeitssensors, vorliegend des zweiten Flüssigkeitssensors 44 beziehungsweise dessen Messfühlers 48, besteht darin, diesen in das CMC 32 selbst zu integrieren. Das CMC 32 kann hierfür ebenfalls mit einer Verlängerung 32a nach unten, das heißt in Richtung der Unterseite 14 des Batteriemoduls 10, ausgeführt sein. In diese Verlängerung 32a, insbesondere des Gehäuses 34 des CMC 32, kann nun vorteilhafterweise der Messfühler 48 integriert werden. Auch hier ist zur besseren Veranschaulichung der Messfühler 48 des Flüssigkeitssensors 44 nochmal in einer vergrößerten Darstellung in 1 separat dargestellt. Das PCB (Printed Circuit Board), das heißt die Platine des CMC 32, kann entsprechend mit dem Sensor 44 bestückt werden. Mit anderen Worten können die dargestellten Enden 56 des Sensors 44 an die Platine des CMC 32 angebunden sein. Über diese Enden 56 können die vom Sensor beziehungsweise dem Messfühler 48 gelieferten Sensorsignale abgegriffen werden. Diese Enden 56 können zum Beispiel für eine Widerstandsmessung mit einer Spannung beaufschlagt werden, die ebenfalls durch das CMC 32 bereitgestellt wird. Gelangt das untere Ende 58 des Messfühlers 48 in Kontakt mit Flüssigkeit, so verringert sich entsprechend der Widerstand zwischen den Leitern, was entsprechend über die Enden 56 erfasst werden kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer als Hochvoltenergiespeicher beziehungsweise Hochvolt-Batterie 50 ausgeführten Energiespeicheranordnung. Diese weist, wie bereits erwähnt, ein Batteriegehäuse 54 auf, in welchem eines oder mehrere Batteriemodule 10 aufgenommen sein können. In diesem Beispiel umfasst das Batteriegehäuse mehrere Trennwände 53, die das Innere des Batteriegehäuses 54 in mehrere Aufnahmebereiche 55 zur Aufnahme jeweils eines Batteriemoduls 10 gliedern. Diese Batteriemodule 10 können dabei, wie zu 1 bereits beschrieben, ausgebildet sein. Exemplarisch sind hierbei vier in y-Richtung nebeneinander angeordnete solcher Batteriemodule 10 dargestellt, bzw. aus Gründen der Übersichtlichkeit nur andeutungsweise darstellt. Der jeweilige Zellstapel 24 eines jeweiligen Batteriemoduls erstreckt sich also vorzugsweise im Wesentlichen bis zum Ende des jeweiligen Aufnahmebereichs 55 in x-Richtung.
Weiterhin ist es sehr vorteilhaft, wenn der Gehäuseboden 52 des Batteriegehäuses 54 mindestens ein Wasserablaufventil 60 aufweist. In diesem Beispiel umfasst der Energiespeicher 50 vier solcher Wasserablaufventile 60, die in den jeweiligen Ecken 62 des Gehäusebodens 52 angeordnet sind. Diese können als rein mechanische Ventile 60 oder chemisch-mechanische Ventile ausgeführt sein, die insbesondere selbsttätig öffnen, sobald sie mit Flüssigkeit oder einer bestimmten Mindestmenge an Flüssigkeit, insbesondere optional auch einer bestimmten Flüssigkeit, in Kontakt kommen. Damit können diese Wasserablaufventile 60 geöffnet werden, unabhängig davon, ob einer der Flüssigkeitssensoren 42, 44 eine Flüssigkeit detektiert oder nicht. Hiermit lässt sich das Wasser im Fehlerfall umgehend und selbstständig aus der Batterie 50 herausführen. Öffnet ein solches Ventil 60, so stellt dieses also eine fluidische Verbindung zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 54 und einer Umgebung 64 des Batteriegehäuses her, insbesondere einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, in welchem der Energiespeicher 50 Anwendung findet. Dadurch, dass nunmehr vier solcher Ventile 60 in den Ecken 62 platziert sind, kann ein Ablassen eines solchen Wassers in jeder Fahrzeuglage gewährleistet werden. Es ist also sehr vorteilhaft, wenn in jedem Eck des Hochvoltspeichers 50, insbesondere im Bodenbereich, ein derartiges Ventil 60 untergebracht ist.
Zusätzlich kann ein solches Ventil 60 auch eine Sensorik 64 aufweisen, die vorliegend nur für ein solches Ventil 60 exemplarisch dargestellt ist. Mittels einer solchen Sensorik 64 kann zum Beispiel detektiert werden, wenn das betreffende zugeordnete Ventil 60 öffnet. Das Öffnen des Ventils, was durch die Sensorik 64 detektiert wird, kann wiederum an das CMC 32 oder ein anderes übergeordnetes Steuergerät gemeldet beziehungsweise an dieses übertragen werden, zum Beispiel über ein Kabel oder eine geeignete kabellose Übertragungsmöglichkeit.
Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass der Boden 52 des Batteriegehäuses 54 über ein Sickenbild mit einer oder mehreren Sicken verfügt, um Kleinmengen an Kondensat aufzufangen. Dadurch führen Kleinmengen an Kondensat nicht zu einer sofortigen Auslösung weder der Ventile 60 noch der Flüssigkeitssensoren 42, 44. Weiterhin ist es denkbar, dass zusätzlich im Bodenbereich 52 der Batterie 50 eine Ausführung des Gehäuses 54 beziehungsweise an dessen Anbauteil, das heißt dem Bodenblech 52, vorgesehen ist, welche eine Wasseransammlung ermöglicht, zum Beispiel eine Versickung oder Vertiefung 66 unten im Blech 52. Mit anderen Worten kann der Gehäuseboden 52 eine Vertiefung 66 aufweisen. Eine solche Vertiefung 66 ist vorzugsweise im Bereich 68 des Gehäusebodens 52 angeordnet, welcher sich bezüglich der z-Richtung direkt unterhalb eines jeweiligen Messfühlers 46, 48 befindet. So können die Sensoren 44, 42 im Fehlerfall als erstes mit den flüssigen Medien in Kontakt treten. Die Messfühler 46, 48 können dabei entgegen z-Richtung ein Stück weit vertieft in diese Vertiefungen 66 ragen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein System zur Wasserdetektion in einem Hochvoltspeichersystem mit optionalem Wasserablaufventil bereitgestellt werden kann. Der Fehler freier oder frei werdender Flüssigkeiten kann durch eine geeignete Sensorik rechtzeitig erkannt werden und Maßnahmen können eingeleitet werden beziehungsweise werden mechanisch eingeleitet, zum Beispiel durch Auslösen eines Ventils, und durch eine geeignete Sensorik erkannt werden, zum Beispiel durch einen Sensor am Ventil. Im Hochvoltspeichersystem auftretendes Kondenswasser beeinflusst bei vorhergesehenem Gebrauch das System nicht und Kleinmengen an Kondensat können durch ein geeignetes Sickenbild im Batteriebodenblech aufgefangen und gesammelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013212859 A1 [0003]
DE 102015108546 A1 [0005]
DE 102014203919 A1 [0007]
DE 102018200922 A1 [0008]

Claims

Batteriemodul (10) für eine Energiespeicheranordnung (50), wobei das Batteriemodul (10) aufweist: - eine Unterseite (14) zur Anordnung auf einem Gehäuseboden (52) eines Batteriegehäuses (54); - eine der Unterseite (14) bezüglich einer ersten Richtung (z) gegenüberliegenden Oberseite (12); - mindestens eine von der Unterseite (14) und der Oberseite (12) verschiedene Außenseite (16a, 16b); - mindestens einen Flüssigkeitssensor (42, 44), mittels welchem eine Flüssigkeit detektierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitssensor (42, 44) einen Messfühler (46, 48) aufweist, der an der Außenseite (16a, 16b) des Batteriemoduls (10) angeordnet ist und sich nach unten in Richtung der Unterseite (14) des Batteriemoduls (10) erstreckt.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (10) eine Modulsteuereinheit (32) aufweist, wobei der Messfühler (46, 48) elektrisch mit der Modulsteuereinheit (32) verbunden ist, und wobei die Modulsteuereinheit (32) dazu ausgelegt ist, ein vom Messfühler (46, 48) bereitgestelltes Messsignal auszuwerten und/oder an ein Batteriesteuergerät weiterzuleiten.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (10) einen Zellstapel (24) mit mindestens einer Batteriezelle (26) und ein Modulgehäuse (22) mit einem Modulrahmen (20) aufweist, der um den Zellstapel (24) umlaufend angeordnet ist und die mindestens eine Außenseite (16a, 16b) bereitstellt, wobei an der Außenseite (16a, 16b) zumindest eine elektrische und/oder elektronische Komponente (32, 36) angeordnet ist, wobei der Messfühler (46, 48) als Teil der Komponente (32, 36) ausgebildet ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Modulsteuereinheit (32) die Komponente (32, 36) darstellt, insbesondere wobei die Modulsteuereinheit (32) an einer Stirnseite (16a) des Batteriemoduls (10) angeordnet ist, die durch eine Endplatte (18) des Modulrahmens (20) bereitgestellt ist, die den Zellstapel (24) bezüglich einer zur ersten Richtung (z) senkrechten Stapelrichtung (x) begrenzt; und/oder - das Batteriemodul (10) eine flexible Leiterplatte (36) aufweist, mittels welcher zumindest eine die Batteriezelle (26) betreffende Zellmessgröße an der Modulsteuereinheit (32) des Batteriemoduls (10) bereitstellbar ist, wobei die flexible Leiterplatte (36) die Komponente (32, 36) darstellt.
Energiespeicheranordnung (50) mit einem Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicheranordnung (50) ein Batteriegehäuse (54) mit einem Gehäuseboden (52) aufweist, auf welchem das Batteriemodul (10) mit der Unterseite (14) dem Gehäuseboden (52) zugewandt angeordnet ist.
Energiespeicheranordnung (50) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Messfühler (46, 48) einen vorbestimmten Abstand zu einem bezüglich der ersten Richtung (z) direkt unterhalb des Messfühlers angeordneten Bodenbereich (68) des Gehäusebodens (52) aufweist, insbesondere wobei der Gehäuseboden (52) bezüglich der ersten Richtung (z) mindestens eine Vertiefung (66) aufweist, die im Bodenbereich (68) angeordnet ist.
Energiespeicheranordnung (50) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (52) mindestens eine Sicke zum Sammeln von Kondensatflüssigkeit aufweist, die in einem in der mindestens einen Sicke befindlichen Zustand nicht vom mindestens einen Flüssigkeitssensor (42, 44) detektierbar ist.
Energiespeicheranordnung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (52) mindestens ein Wasserablaufventil (60) aufweist, welches derart eingerichtet ist, dass es in Abhängigkeit von einem Vorhandensein von Flüssigkeit im Bereich des Wasserablaufventils (60) öffnet, um die Flüssigkeit aus dem Batteriegehäuse (54) herauszuleiten, wobei das mindestens eine Wasserablaufventil (60) dazu ausgelegt ist, bei einem Vorhandensein von Flüssigkeit im Bereich des mindestens einen Wasserablaufventils (60) unabhängig von einer Detektion der Flüssigkeit durch den mindestens einen Flüssigkeitssensor (42, 44) zu öffnen.
Energiespeicheranordnung (50) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wasserablaufventil (60) einen Öffnungssensor (64) aufweist, der dazu ausgelegt ist, ein Öffnen des mindestens einen Wasserablaufventils (60) zu detektieren und an eine Steuereinrichtung, insbesondere der Modulsteuereinheit (32) oder dem Batteriesteuergerät, der Energiespeicheranordnung (50) zu melden.
Verfahren zum Detektieren von Flüssigkeit im Bereich eines Batteriemoduls (10) für eine Energiespeicheranordnung (50), wobei das Batteriemodul (10) aufweist: - eine Unterseite (14) zur Anordnung auf einem Gehäuseboden (52) eines Batteriegehäuses (54); - eine der Unterseite (14) bezüglich einer ersten Richtung (z) gegenüberliegenden Oberseite (12); - mindestens eine von der Unterseite (14) und der Oberseite (12) verschiedene Außenseite (16a, 16b); und - mindestens einen Flüssigkeitssensor (42, 44), mittels welchem eine Flüssigkeit detektiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit mittels eines an der Außenseite (16a, 16b) des Batteriemoduls (10) angeordneten und sich nach unten in Richtung (z) der Unterseite (14) des Batteriemoduls (10) erstreckenden Messfühlers (46, 48) des Flüssigkeitssensors (42, 44) detektiert wird.