DE102022203196A1

DE102022203196A1 - Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit eines Drucksensors und Batterieanordnung

Info

Publication number: DE102022203196A1
Application number: DE102022203196.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Weber; Gerhard Eser
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2042-04-01
Also published as: WO2023187047A1; DE102022203196B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit eines Drucksensors (140) einer ein Batteriegehäuse (110) aufweisenden Batterieanordnung (100) für ein Fahrzeug sowie eine Batterieanordnung (100) für eine Fahrzeug. Der Drucksensor (140) ist dazu ausgebildet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses (110) anzeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Einbringen eines Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) von außerhalb des Batteriegehäuses (110) zum Erhöhen des Drucks innerhalb des Batteriegehäuses (110) und ein Bestimmen, dass der Drucksensor (140) funktionstüchtig ist, wenn das Drucksignal des Drucksensors (140) nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) einen Druck anzeigt, der einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit eines Drucksensors einer Batterieanordnung für ein Fahrzeug sowie eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug.
Lithium-Ionen-Batterien werden derzeit bei der Elektromobilität eingesetzt, sowohl für Hybrid-Fahrzeuge als auch für voll elektrische Fahrzeuge. Bei Lithium-Ionen-Batterien werden Aluminiumelektroden auf Kathodenseite und Kupferelektroden auf Anodenseite als Stromaufnehmer verwendet, üblicherweise jeweils in Folienform. Als Kathodenmaterial finden Lithium-Übergangsmetalloxide, wie beispielsweise Kobalt, Mangan und Nickel, und als Anodenmaterial Kohlenstoff/Graphit Anwendung. Der dazwischen befindliche Elektrolyt besteht aus organischem Lösungsmittel mit gelösten Elektrolytsalzen. Um Kurzschlüsse zu vermeiden kann ein für Lithium-Ionen durchlässiger Separator (z. B. aus Polypropylen) zwischen den Elektroden platziert werden.
Entscheidend für einen langlebigen Betrieb ist sowohl, dass die Batteriezellen nicht überladen als auch zu stark entladen werden, da es so zu einer schnelleren Alterung mit Desaktivierung aktiver Bestandteile der Elektroden und Anstieg der Zellimpedanz sowie zu einem thermischen „Durchgehen“ der jeweiligen Zelle, d. h. dem Totalausfall, kommen kann. Hierfür ist es von entscheidender Bedeutung den aktuellen Ladezustand zu kennen.
Im Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien ist es wichtig, die Batterie im richtigen Temperaturbereich zu betreiben. Besonders ein Überhitzen der Batterie gilt als besonders gefährlich, da es ab einer kritischen Temperatur zu einem nicht mehr aufhaltbaren thermischen Durchgehen (engl.: Thermal Runaway) kommen kann. Dabei reagieren die einzelnen Komponenten der Batteriezelle unkontrolliert miteinander. Unter einer sehr starken Hitzeentwicklung und Gasbildung reagiert die Zelle bis alle Komponenten abreagiert sind.
Beim thermischen Durchgehen kommt zu einer Gasbildung in der jeweiligen Batteriezelle und der innere Druck steigt soweit an, bis das Gehäuse der Batteriezelle nachgibt und diese aufreißt. So kommt es zu einem Austreten des erzeugten Gases. Die Batteriezelle wird weiter aufgeheizt, bis die unkontrollierbare Reaktion startet und die Batteriezelle schlagartig komplett reagiert.
Die dabei erzeugten und freiwerdenden Gases können Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methan oder Ethan, aufweisen. Je nach Fortschritt der Reaktion und somit des thermischen Durchgehens können sich charakteristische Gaskonzentrationen messen lassen, wodurch auf den Zustand der Batterie geschlossen werden kann.
Zukünftige Überwachungssysteme verwenden daher einen oder mehrere unterschiedliche Gassensoren, die kontinuierlich oder in signifikanten Intervallen bestromt sind und folglich die Gaskonzentrationen innerhalb des Batteriegehäuses erfassen können. Der Gassensor kann folglich permanent oder zyklisch die Zusammensetzung des innerhalb des Batteriegehäuses vorhandenen Gases erfassen und ein Signal ausgeben, auf dessen Grundlage der Zustand der Batterie bewertet werden kann.
Da das Batteriegehäuse oder die das Batteriegehäuse bildenden Teile nach dem Stand der Technik luftdurchlässig gestaltet werden, kann je nach Umgebungsdruck der Druck innerhalb des Batteriegehäuses unterschiedlich sein. Durch Luftdruckschwankungen in der Umgebung (z. B. Wetterwechsel, Betrieb des Fahrzeugs in unterschiedlicher Höhe, etc.) ändert sich auch der Druck innerhalb des Batteriegehäuses. Es kann somit nicht exakt allein durch Messung der Gaskonzentration innerhalb des Batteriegehäuses auf den Zustand der Batterie geschlossen werden, sondern es könnte notwendig sein, auch den Druck innerhalb des Batteriegehäuses zu messen bzw. ein durch Messung und/oder Modellierung des Umgebungsdruckes hergeleiteter Innendruck dazu verwendet werden, den ermittelten Wert der Gaskonzentrationsmessung zu korrigieren. In Phasen der Inaktivität des Fahrzeugs und somit auch der Batterieanordnung, z. B. beim Parken ohne Laden, wird die Batterieanordnung nicht überwacht. Im Falle des Auftretens eines Fehlers der Batterieanordnung, wie beispielsweise ein Kurzschluss, eine mechanische Beschädigung, etc., kann es zu einer unzulässigen Erhitzung von einer oder mehreren Batteriezellen kommen. Im schlimmsten Fall kein es zum thermischen Durchgehen der Batteriezellen kommen.
Es gibt bereits bekannte Verfahren, bei denen versucht wird, dieses vorgenannte Problem zur zyklischen Aktvierung des Drucksensors während inaktiver Phase der Batterie bzw. des Batteriemanagementsystems zu beheben. Der Drucksensor misst zyklisch den Druck innerhalb des Batteriegehäuses und bewertet, ob ein kritischer Zustand vorliegt. Als Folgemaßnahme kann das Batteriemanagementsystems aktiviert werden und Notlaufmaßnahmen eingeleitet werden, wie beispielsweise Trennen der Verbindung der Batterie durch die Sicherheitsschütze.
Beispielhafte Verfahren und Vorrichtung sind bekannt aus US 9 207 143 B2 , US 8 459 099 B2 , US 5 361 622 A , US 5 497 654 A , US 9 150 169 B2 und US 9 400 262 B2 .
Die aus dem Stand der Technik bekannten sind passive Verfahren, d.h. dass der Drucksensor nur im Falle eines Druckanstiegs innerhalb des Batteriegehäuses aufgrund eines Fehlers auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Drucksensor einer Batterieanordnung eines Fahrzeugs auf einfache und günstige Weise auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann, vorzugsweise unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und einer Batterieanordnung gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, einen Drucksensor einer Batterieanordnung für ein Fahrzeug im Hinblick auf seine Funktionstüchtigkeit dadurch zu überprüfen, dass von außen ein Gasgemisch in das Batteriegehäuse eingebracht wird und somit der Druck innerhalb des Batteriegehäuses künstlich verändert, vorzugsweise erhöht, wird. Erfasst der Drucksensor eine solche Veränderung (bzw. Erhöhung) des Drucks innerhalb des Batteriegehäuses, kann der Drucksensor als funktionstüchtig diagnostiziert werden. Zeigt der Drucksensor jedoch keine entsprechende Änderung an oder entspricht die Änderung des Drucksignals des Drucksensors einer aufgrund des Einbringens des Gasgemischs in das Batteriegehäuse erwarteten Änderung nicht, kann von einem nicht mehr ordnungsgemäß funktionierenden Drucksensor ausgegangen werden. Gleichzeitig kann das Drucksignal des Drucksensor während dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse quantitativ ausgewertet werden, um ebenfalls den Drucksensor zu diagnostizieren. Ferner kann es möglich sein, weitere Elemente der Batterieanordnung auf der Grundlage des Drucksignals des Drucksensors zu diagnostizieren, wie beispielsweise die Dichtung des Batteriegehäuses.
Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit eines Drucksensors einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterieanordnung für ein Fahrzeug offenbart. Der Drucksensor ist dazu ausgebildet, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses anzeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren weist ein Einbringen eines Gasgemischs in das Batteriegehäuse von außerhalb des Batteriegehäuses zum Erhöhen des Drucks innerhalb des Batteriegehäuses und ein Bestimmen auf, dass der Drucksensor funktionstüchtig ist, wenn das Drucksignal des Gassensors nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse einen Druck anzeigt, der einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet.
Insbesondere kann das Drucksignal des Drucksensors zumindest qualitativ ausgewertet werden. Wenn nämlich das Drucksignal des Drucksensors nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse einen Druck anzeigt, der den vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass der Drucksensor zumindest teilweise funktioniert und die von außen gezielt erwirkte Druckänderung im Inneren des Batteriegehäuses zumindest qualitativ erfassen kann. Alternativ kann das Drucksignal des Drucksensors auch quantitativ ermittelt werden, um einen spezifischen Fehler des Drucksensors, wie beispielsweise einen Drift des Drucksensors, ermitteln zu können. Ferner kann untersucht werden, ob sich das Drucksignal des Drucksensors nach dem Einbringen des Gasgemischs überhaupt ändert.
Der vorbestimmte Druckschwellenwert ist bevorzugt derart gewählt, dass dieser zumindest teilweise größer ist als der Druck innerhalb des Batteriegehäuses, den der Drucksensor vor dem Einbringen des Gasgemischs anzeigt. Dabei wird vor dem Einbringen des Gasgemischs das Drucksignal des Drucksensors ausgewertet und der vorbestimmte Druckschwellenwert derart gewählt, dass dieser größer ist als der aktuell angezeigte Druck innerhalb des Batteriegehäuses.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse ein Anschließen einer externen Gasquelle an einen Anschluss des Batteriegehäuses und ein Zuführen des Gasgemischs über den Anschluss in das Batteriegehäuse aus der externen Gasquelle auf.
Beispielsweise kann während zyklisch vorzunehmenden technischen Überwachungen, wie beispielsweise durch den in Deutschland bekannten Technischen Überwachungsverein (TÜV), das Gasgemisch, vorzugsweise Luft, von außen in das Batteriegehäuse eingebracht und der Drucksensor hinsichtlich seiner Funktionstüchtigkeit überprüft werden.
In einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren weist die Batterieanordnung ferner einen Gasspeicher, der mit dem Batteriegehäuse fluidverbunden ist und in dem das Gasgemisch, bevorzugt unter Druck, gespeichert ist, und ein Steuerungsventil auf, das dazu ausgebildet ist, die Fluidverbindung zwischen dem Gasspeicher und dem Batteriegehäuse zu öffnen oder zu schließen.
Dabei umfasst das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse ein Öffnen des Steuerungsventils zum Zuführen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse aus dem Gasspeicher auf.
Mit einer solchen alternativen Ausgestaltung kann ein Gasspeicher, wie beispielsweise Luftspeicher, mit dem Fahrzeug dauerhaft mitgeführt werden und somit zyklisch auch während dem Betreiben des Fahrzeugs eine Diagnose des Drucksensors durchgeführt werden. Vorteilhaft ist es, wenn das Gasgemisch zumindest teilweise Luft aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse für eine vorbestimmte Zeitdauer, bis ein vorbestimmter Druckwert innerhalb des Batteriegehäuses erreicht ist. Dabei ist ferner bevorzugt, wenn der Drucksensor als funktionstüchtig bestimmt wird, wenn das Drucksignal einen den vorbestimmten Druckschwellenwert übersteigenden Druck innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer anzeigt.
Insbesondere beschreibt diese bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein quantitatives Auswerten des Drucksignals. Wenn der Drucksensor beispielsweise verschmutzt ist, kann dieser in der vorbestimmten Zeit die von extern erzeugte Druckänderungen innerhalb des Batteriegehäuses nicht mehr wie gewohnt in der vorbestimmten Zeitdauer erfassen, sondern langsamer. Ein solcher Fehler des Drucksensors kann mit einer solchen Ausgestaltung erfasst werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Batterieanordnung ferner einen Gassensor auf, der dazu ausgebildet ist, auf zumindest eine innerhalb des Batteriegehäuses vorhandene Gaskomponente sensitiv zu sein und ein Gassignal zu erzeugen, dass den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses anzeigt. Ein solches vorteilhaftes Verfahren weist dabei ferner ein Bestimmen auf, dass der Gassensor funktionstüchtig ist, wenn das Gassignal des Gassensors nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse einen Gehalt der Gaskomponente anzeigt, der einen vorbestimmten Gehaltschwellenwert überschreitet.
Erfindungsgemäß kann somit durch das Einbringen des Gasgemischs, das dabei zumindest eine Gaskomponente aufweist, auf der der Gassensor sensitiv ist, sowohl der Drucksensor als auch der Gassensor auf deren jeweilige Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann. Wenn nämlich der Gassensor ein Gassignal ausgibt, das den vorbestimmten Gehaltschwellenwert nicht überschreitet, kann der Gassensor als zumindest teilweise defekt diagnostiziert werden, da dieser die eingebrachte Gaskomponente, auf die der Gassensor bei Funktionstüchtigkeit sensitiv wäre, nicht erfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug offenbart, die ein Batteriegehäuse, in dem zumindest eine Batteriezelle angeordnet ist, einen Drucksensor, der dazu ausgebildet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses anzeigt, und eine Steuereinheit aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors auszuführen.
Vorzugsweise umfasst das Batteriegehäuse ferner einen Anschluss, an dem eine externe Gasquelle zum Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse anschließbar ist. Der Anschluss des Batteriegehäuses ist dabei vorzugsweise ein standardisierter, aus dem Stand der Technik bekannter Gasanschluss, an dem eine externe Gasquelle über eine entsprechende Gasleitung mit passendem Anschluss angeschlossen werden kann.
Alternativ kann die Batterieanordnung einen Gasspeicher, der mit dem Batteriegehäuse fluidverbunden ist und in dem das Gasgemisch gespeichert ist, und ein Steuerungsventil aufweisen, das dazu ausgebildet ist, die Fluidverbindung zwischen dem Gasspeicher und dem Batteriegehäuse zu öffnen oder zu schließen.
In einer solchen alternativen Ausgestaltung weist die Batterieanordnung ferner Gasspeicher auf, aus dem das darin gespeicherte Gasgemisch durch entsprechendes Ansteuern des Steuerungsventils in das Batteriegehäuse zum Diagnostizieren des Drucksensors eingebracht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieanordnung ist ferner ein Gassensor vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, auf zumindest eine innerhalb des Batteriegehäuses vorhandene Gaskomponente sensitiv zu sein und ein Gassignal zu erzeugen, das den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses anzeigt.
In einer solchen weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das von außen in das Batteriegehäuse eingebrachte Gasgemisch ferner zumindest eine Gaskomponente auf, auf die der Gassensor sensitiv ist. Somit kann sowohl der Drucksensor als auch der Gassensor auf ihre jeweilige Funktionstüchtigkeit überprüft werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der hierin beschriebenen Lehre und Betrachten der beiliegenden einzigen Zeichnung ersichtlich, in denen:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung für ein Fahrzeug zeigt,
2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Batterieanordnung für ein Fahrzeug zeigt, und
3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit eines Gassensors der Batterieanordnung der 1 zeigt.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterieanordnung 100, die ein Batteriegehäuse 110 aufweist, das dazu ausgebildet ist, eine Batterie 120 aufzunehmen. Die Batterie 120 kann, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, zumindest eine Batteriezelle aufweisen. In der 1 ist die Batterie 120 schematisch als Block dargestellt, wobei für den Fachmann selbstredend ist, dass die Batterie 120 sowie die Batteriezellen wie im Stand der Technik bekannt angeordnet sein können.
Die Batterieanordnung 100 der 1 weist ferner einen Gassensor 130, der dazu ausgebildet ist, auf zumindest eine innerhalb des Batteriegehäuses 110 vorhandene Gaskomponente sensitiv zu sein und ein Gassignal zu erzeugen, das den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses 110 anzeigt. Dabei kann der Gassensor 130 den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses sowohl qualitativ als auch quantitativ anzeigen. Vorzugsweise ist der Gassensor 130 dazu ausgebildet, auf solche Gaskomponenten sensitiv zu sein, die während anormalen chemischen Reaktionen innerhalb des Batteriegehäuses 110 erzeugt werden. Insbesondere kann der Gassensor 130 eine solche anormale chemische Reaktion erkennen, woraufhin dem Fahrer des Fahrzeugs eine entsprechende Warnung ausgegeben werden kann.
Beispielsweise kann während eines thermischen Durchgehens von zumindest einer Batteriezelle 120 Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Methan oder Ethan, erzeugt werden, die der Gassensor 130 erfassen kann. Je nach Fortschritt der Reaktion und somit des thermischen Durchgehens kann der Gassensors 130 die charakteristische Gaskonzentrationen der jeweiligen Gaskomponente erfassen, wodurch auf den Zustand der Batterie bzw. Batteriezellen 120 geschlossen werden kann.
Die Batterieanordnung 100 der 1 weist ferner einen Drucksensor 140 auf, der dazu ausgebildet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 anzeigt. Optional kann die Batterieanordnung 100 ferner einen Temperatursensor (in den Zeichnungen nicht dargestellt) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses 110 zu erfassen. Insbesondere kann der Temperatursensor die Gastemperatur, vorzugsweise Lufttemperatur, des die Batterie 120 innerhalb des Batteriegehäuses 110 umgebenden Gases, vorzugsweise Luft, erfassen.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass das „Innere des Batteriegehäuses 110“ denjenigen freien Bereich umfasst, der die Batterie 120 umgibt. Insbesondere handelt es sich dabei um den innerhalb des Batteriegehäuses 110 befindlichen luftgefüllten Bereich um die Batterie 120 herum.
Die Batterieanordnung 100 der 1 weist ferner einen Anschluss 150 auf, an den eine externe Gasquelle derart angeschlossen werden kann, dass aus der externen Gasquelle (in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt) ein Gasgemisch über den Anschluss 150 in das Innere des Batteriegehäuses 110 eingebracht werden kann. Der Anschluss 150 ist dabei bevorzugt ein standardisierter, aus dem Stand der Technik bekannter mechanischer Anschluss mit einem Kupplungselement, das mit einem damit passenden Kupplungselement seitens der externen Gasquelle lösbar verbunden werden kann.
Das Batteriemodul 100 weist ferner eine Steuerungsvorrichtung 160 auf, die mit dem Gassensor 130 und dem Drucksensor 140 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit des Gassensors 130 auszuführen.
Die 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batterieanordnung 100 und ist im Wesentlichen ähnlich zu der Batterieanordnung 100 der 1. Insbesondere unterscheidet sich die Batterieanordnung 100 der 2 von der Batterieanordnung 100 der 1 darin, dass anstelle des Anschlusses 150 ein Gasspeicher 170 vorgesehen ist, der mit dem Batteriegehäuse 110 mittels einer Verbindungsleitung 180 fluidverbunden ist und in dem das Gasgemisch, vorzugsweise unter Druck, gespeichert ist. Zudem weist die Batterieanordnung 100 der 2 ein Steuerungsventil 190 auf, das dazu ausgebildet ist, die Fluidverbindung zwischen dem Gasspeicher 170 und dem Batteriegehäuse 110 zu öffnen oder zu schließen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Gasspeicher 170 um eine Gaskartusche, die eine vorbestimmte Menge des Gasgemischs speichert und zum Zuführen in das Innere des Batteriegehäuses 110 vorhält, vorzugsweise unter Druck. Das Steuerungsventil 190 kann ein elektrisch steuerbares Ventil sein, wie beispielsweise ein Gas-Magnetventil, das sich stromlos in der geschlossenen Stellung befindet.
Unter Verweis auf die 3 wird im Folgenden eine beispielhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors 140 der Batterieanordnung 100 der 1 beschrieben.
Das Verfahren der 3 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem ermittelt wird, ob eine Diagnose des Drucksensors 140 überhaupt notwendig ist. Eine Diagnose des Drucksensors 140 kann insbesondere während Betriebszeiten des Fahrzeugs notwendig sein, bei denen sowohl die Batterieanordnung als auch das Fahrzeug deaktiviert sind, beispielsweise während eins Parkens des Fahrzeugs, während dem die Batterieanordnung 100 nicht geladen wird. Das Verfahren der 3 verbleibt solange beim Schritt 210, bis eine entsprechende Notwendigkeit der Diagnose der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors 140 ermittelt worden ist.
Wird beim Schritt 210 ermittelt, dass eine Diagnose der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors 140 notwendig ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 220, bei dem am Anschluss 150 der Batterieanordnung 100 der 1 eine externe Gasquelle, wie beispielsweise Luftquelle, angeschlossen wird und über den Anschluss 150 ins Innere des Batteriegehäuses 110 das Gasgemisch eingebracht wird.
In einem darauffolgenden Schritt 230 wird mittels des Drucksensors 140 der Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 erfasst. In einem darauffolgenden Schritt 240 wird überprüft, ob das vom Drucksensor 140 erzeugte Drucksignal eine Druck im Inneren des Batteriegehäuses 110 anzeigt, der einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet. Wird beim Schritt 240 bestimmt, dass das mittels dem Drucksensor 140 erzeugte Drucksignal einen Druck anzeigt, der den vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 250, an dem der Gassensor 130 als funktionstüchtig diagnostiziert wird, bevor das Verfahren beim Schritt 280 endet.
Wird hingegen beim Schritt 240 bestimmt, dass das vom Drucksensor 130 erzeugte Drucksignal einen Druck anzeigt, der den vorbestimmten Druckschwellenwert nicht überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 260, an dem überprüft wird, ob eine vorbestimmte Zeit dauerüberschritten ist. Die vorbestimmte Zeitdauer gibt dabei eine Zeitdauer an, während der das Drucksignal eines funktionstüchtigen Drucksensor 140 einen den vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitenden Druck anzeigen sollte.
Wird beim Schritt 260 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeitdauer noch nicht erreicht ist, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 220. Insbesondere verbleibt das Verfahren in der Schleife der Schritte 220, 230, 240 und 260 solange, bis das Drucksignal des Drucksensors 140 entweder einen Druck anzeigt, der den vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet, oder bis die vorbestimmte Zeitdauer erreicht ist.
Wird nämlich beim Schritt 260 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeitdauer überschritten ist, gelangt das Verfahren zum Schritt 270, an dem der Drucksensor 140 als nicht funktionstüchtig diagnostiziert wird, bevor das Verfahren wiederum beim Schritt 280 endet.
Zeigt das Drucksignal des Drucksensors 140 den veränderten Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 nicht in der vorbestimmten Zeitdauer an, kann beispielsweise festgestellt werden, dass der Drucksensor 140 den Fehler „stuck in range“ aufweist. Ein „stuck in range“ Fehler bezeichnet dabei einen Spannungswert des Sensors, der in einem für elektrische Fehler nicht relevanten Spannungswertbereich liegt, jedoch der Sensor nicht plausibel auf externe Anregungen, wie z. B. dem Einbringen des Prüfgases, antwortet dem erwarteten Spannungswert nicht folgt. Ein solcher Fall kann beispielsweise dann auftreten, wenn ein für Gase, insbesondere Luft, mögliche Zugang zum Sensorelement des Drucksensors 140 blockiert ist, beispielsweise durch Verschmutzung, oder das Sensorelement des Drucksensors 140 verschmutzt ist. In einem solchen Fehlerfall kann der Drucksensor 140 selbst im Falle eines thermischen Durchgehens keinen Spitzendruck erfassen und arbeitet folglich nicht ordnungsgemäß.
In ähnlicher Weise können die sogenannten Fehlerfälle „Stuck High“, bei dem der das Drucksignal des Drucksensors 140 dauerhaft einen Spitzendruckwert anzeigt, oder „Slow Dynamic“, bei dem sich das Drucksignal des Drucksensors 140 aufgrund von Verschmutzungen innerhalb des Drucksensors 140 nur sehr langsam ändert, erkannt werden. Zudem kann auch eine unzureichende Korrelation zwischen Drucksignal des Drucksensors 140 und dem erzeugten Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 als Fehlerfall betrachtet werden. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass der Drucksensor 140 aus seiner Halterung gefallen ist und/oder dass das Batteriegehäuse 110 undicht ist, wenn der Drucksensor 140 nicht auf die Druckänderung reagiert.
Dabei wird sich zu Nutze gemacht, dass im Prinzip die Reaktion des ordnungsgemäßen Drucksensors 140 bekannt ist und versucht wird, aufgrund der Abweichung bei einer Normanregung Fehlerfälle abzuleiten.
Erfindungsgemäß kann es ferner vorgesehen sein, zusätzlich die Funktionstüchtigkeit des Gassensors 130 zu überprüfen. Dabei kann beim Schritt 220 ein Gasgemisch in das Batteriegehäuse 110 eingebracht werden, das zumindest eine Gaskomponente aufweist, auf der der Gassensor 130 sensitiv ist. Erfasst der Gassensor 130 die derart eingebrachte Gaskomponente, kann von einem ordnungsgemäß funktionierenden Gassensor 130 ausgegangen werden. Wird jedoch ermittelt, dass sich trotz der in das Batteriegehäuse 110 eingebrachter Gaskomponente das Gassignal des Gassensors 130 im Wesentlichen nicht ändert, kann der Gassensor 140 als nicht ordnungsgemäß funktionierend diagnostiziert werden.
Gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch das Einbringen des Gasgemischs, das zumindest eine Gaskomponente aufweist, auf der der Gassensor 130 sensitiv ist, sowohl der Gassensor 130 als auch der Drucksensor 140 auf ihre jeweilige Funktionstüchtigkeit überprüft werden. Damit ist eine einfache und kostengünstige Art und Weise geschaffen, wie sowohl der Gassensor 130 als auch der Drucksensor 140,zuverlässig auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden kann, insbesondere in regelmäßigen Abständen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9207143 B2 [0010]
US 8459099 B2 [0010]
US 5361622 A [0010]
US 5497654 A [0010]
US 9150169 B2 [0010]
US 9400262 B2 [0010]

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit eines Drucksensors (140) einer ein Batteriegehäuse (110) aufweisenden Batterieanordnung (100) für ein Fahrzeug, wobei der Drucksensor (140) dazu ausgebildet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses (110) anzeigt, wobei das Verfahren aufweist: - Einbringen eines Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) von außerhalb des Batteriegehäuses (110) zum Erhöhen des Drucks innerhalb des Batteriegehäuses (110), und - Bestimmen, dass der Drucksensor (140) funktionstüchtig ist, wenn das Drucksignal des Drucksensors (140) nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) einen Druck anzeigt, der einen vorbestimmten Druckschwellenwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) aufweist: - Anschließen einer externen Gasquelle an einen Anschluss (150) des Batteriegehäuses (110), und - Zuführen des Gasgemischs über den Anschluss (150) in das Batteriegehäuse (110) aus der externen Gasquelle.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Batterieanordnung (100) einen Gasspeicher (170), der mit dem Batteriegehäuse (110) fluidverbunden ist und in dem das Gasgemisch gespeichert ist, und ein Steuerungsventil (190) aufweist, das dazu ausgebildet ist, die Fluidverbindung zwischen dem Gasspeicher (170) und dem Batteriegehäuse (110) zu öffnen oder zu schließen, wobei das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) aufweist: - Öffnen des Steuerungsventils (190) zum Zuführen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) aus dem Gasspeicher (170).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasgemisch Luft aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) für eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt, wobei der Drucksensor (140) als funktionstüchtig bestimmt wird, wenn das Drucksignal einen den vorbestimmten Druckschwellenwert übersteigenden Druck innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer anzeigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterieanordnung (100) ferner einen Gassensor (130) aufweist, der dazu ausgebildet ist, auf zumindest eine innerhalb des Batteriegehäuses (110) vorhandene Gaskomponente sensitiv zu sein und ein Gassignal zu erzeugen, das den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses (110) anzeigt, wobei das Verfahren ferner aufweist: - Bestimmen, dass der Gassensor (130) funktionstüchtig ist, wenn das Gassignal des Gassensors (130) nach dem Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) einen Gehalt der Gaskomponente anzeigt, der einen vorbestimmten Gehaltschwellenwert überschreitet.
Batterieanordnung (100) für ein Fahrzeug, mit: - einem Batteriegehäuse (110), in dem zumindest eine Batteriezelle (120) angeordnet ist, - einem Drucksensor (140), der dazu ausgebildet ist, ein Drucksignal zu erzeugen, das den Druck innerhalb des Batteriegehäuses (110) anzeigt, und - einer Steuereinheit (160), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Bestimmen der Funktionstüchtigkeit des Drucksensors (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Batterieanordnung (100) nach Anspruch 7, wobei das Batteriegehäuse (110) einen Anschluss (150) aufweist, an dem eine externe Gasquelle zum Einbringen des Gasgemischs in das Batteriegehäuse (110) anschließbar ist.
Batterieanordnung (100) nach Anspruch 7, ferner mit: - einem Gasspeicher (170), der mit dem Batteriegehäuse (110) fluidverbunden ist und in dem das Gasgemisch gespeichert ist, und - einem Steuerungsventil (190), das dazu ausgebildet ist, die Fluidverbindung zwischen dem Gasspeicher (170) und dem Batteriegehäuse (110) zu öffnen oder zu schließen.
Batterieanordnung (100) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner mit: - einem Gassensor (130), der dazu ausgebildet ist, auf zumindest eine innerhalb des Batteriegehäuses (110) vorhandene Gaskomponente sensitiv zu sein und ein Gassignal zu erzeugen, das den Gehalt der Gaskomponente innerhalb des Batteriegehäuses (110) anzeigt.