DE102022209233A1 - Battery monitoring device for monitoring the condition of a battery and battery arrangement for a vehicle with such a battery monitoring device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungseinrichtung (100) zur Überwachung des Zustandes einer Batterie (200), insbesondere einer Fahrzeugbatterie, umfassend wenigstens einen Drucksensor (20) zur Erfassung eines Druckpulses eines im Schadfall durch die Batterie (200) freigesetzten Gasgemisches. Es wird vorgeschlagen, dass die Batterieüberwachungseinrichtung (100) zusätzlich wenigstens einen Gassensor (31) zur Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente und wenigstens einen Beschleunigungssensor (21) zur Detektion einer Erschütterung der Batterie (200) aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterieanordnung (300) für ein Fahrzeug mit einer solchen Batterieüberwachungseinrichtung (100).

Figure DE102022209233A1_0000
The invention relates to a battery monitoring device (100) for monitoring the condition of a battery (200), in particular a vehicle battery, comprising at least one pressure sensor (20) for detecting a pressure pulse of a gas mixture released by the battery (200) in the event of damage. It is proposed that the battery monitoring device (100) additionally has at least one gas sensor (31) for detecting a gas component contained in the gas mixture and at least one acceleration sensor (21) for detecting a vibration of the battery (200). The invention further relates to a battery arrangement (300) for a vehicle with such a battery monitoring device (100).
Figure DE102022209233A1_0000

Description

Stand der TechnikState of the art

Batteriebasierte Antriebssysteme gewinnen in der Kraftfahrzeugtechnik zunehmend an Bedeutung. Große elektrische Batterien weisen ein Risiko auf, bei einem Defekt eine stark exotherme chemische Reaktion auszulösen. Entsteht beispielsweise in einer Lithium-Ionen-Zelle durch eine Verunreinigung oder Beschädigung ein lokaler Kurzschluss der internen Elektroden, kann ein Kurzschlussstrom die Umgebung der Schadstelle so weit aufheizen, dass die umliegenden Bereiche ebenfalls in Mitleidenschaft gezogen werden. Dadurch wird die in der Zelle gespeicherte Energie in kurzer Zeit freigesetzt. Dieser Vorgang wird auch als thermisches Durchgehen (thermal runaway) bezeichnet. Das thermische Durchgehen einer einzelnen Lithium-Ionen-Zelle dauert gewöhnlich etwa 20 bis 60 Sekunden. Durch die thermische Kopplung einzelner Batteriezellen können zu der schadhaften Zelle benachbarte Zellen ebenfalls thermisch durchgehen, wodurch sich die Hitzeentwicklung dramatisch verstärkt und die gesamte Batterie in wenigen Minuten zerstört werden kann. Daher werden Batterieüberwachungseinrichtungen eingesetzt, um den Schadensfall einer Batterie möglichst rasch zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten.Battery-based drive systems are becoming increasingly important in automotive technology. Large electric batteries have a risk of triggering a highly exothermic chemical reaction if they become defective. For example, if a local short circuit occurs in the internal electrodes in a lithium-ion cell due to contamination or damage, a short-circuit current can heat up the area around the damaged area to such an extent that the surrounding areas are also affected. This releases the energy stored in the cell in a short time. This process is also known as thermal runaway. Thermal runaway of a single lithium-ion cell typically takes about 20 to 60 seconds. Due to the thermal coupling of individual battery cells, cells adjacent to the damaged cell can also thermally runaway, which dramatically increases the heat development and can destroy the entire battery in just a few minutes. Battery monitoring devices are therefore used to detect damage to a battery as quickly as possible and to initiate countermeasures.

Es sind Batterieüberwachungseinrichtungen bekannt, die eine Druckmessung zur Überwachung des Batteriezustandes einsetzen. Beim thermischen Durchgehen eines Batteriepacks erfolgt in den ersten Sekunden ein starker Druckanstieg, der anschließend steil abfällt. Parallel dazu erfolgt eine starke Gasemission. Ein Temperaturanstieg erfolgt mit einigen Sekunden Verzögerung. Ein Spannungsabfall der Batterie tritt oft erst später nach dem Beginn der Gasemission auf. Die Detektion eines plötzlichen Druckanstiegs kann daher ein wichtiges Indiz für eine beschädigte Batterie sein. Bekannte Überwachungseinrichtungen zur Überwachung des Zustandes einer Batterie umfassen daher wenigstens einen Drucksensor zur Erfassung eines Druckpulses eines im Schadfall durch die Batterie freigesetzten Gasgemisches.Battery monitoring devices are known which use pressure measurement to monitor the battery condition. When a battery pack undergoes thermal runaway, there is a sharp increase in pressure in the first few seconds, which then drops steeply. At the same time, strong gas emissions occur. A temperature increase occurs with a delay of a few seconds. A battery voltage drop often occurs later after gas emissions begin. The detection of a sudden increase in pressure can therefore be an important indication of a damaged battery. Known monitoring devices for monitoring the condition of a battery therefore include at least one pressure sensor for detecting a pressure pulse of a gas mixture released by the battery in the event of damage.

Weiterhin ist es bekannt, in Fahrzeugen die schweren Lithium-Ionen-Batterien im Bereich des Fahrzeugbodens anzubringen, um einen möglichst niedrigen Schwerpunkt zu erreichen. Jedoch besteht hier die Problematik, dass auf der Straße, welche das Fahrzeug befährt, aufgewirbelte Gegenstände von unten gegen die Batterie prallen können oder aber das Fahrzeug beispielsweise auf unwegsamen Straßen oder Bordsteinkanten aufsetzen kann. Um eine Beschädigung der Batterie zu vermeiden, ist es bekannt, die Batterie in einem Batteriefach mit einer besonders stabilen Bodenplatte anzuordnen.Furthermore, it is known to mount the heavy lithium-ion batteries in the area of the vehicle floor in order to achieve the lowest possible center of gravity. However, the problem here is that objects thrown up on the road on which the vehicle is traveling can collide with the battery from below or the vehicle can land on impassable roads or curbs, for example. In order to avoid damage to the battery, it is known to arrange the battery in a battery compartment with a particularly stable base plate.

Im Stand der Technik werden Batterieüberwachungseinrichtungen beschrieben, die einen ausgedehnten mit Luft gefüllten Schlauch in der Bodenplatte aufweisen, an dessen voneinander abgewandten Enden jeweils ein Drucksensor angeordnet ist. Beim Anprall eines Gegenstandes an die Bodenplatte entsteht in dem Schlauch eine Druckwelle, die mittels der beiden Drucksensoren erfasst wird. Durch Laufzeitmessungen der Druckwelle an den Schlauchenden kann die Position des Anpralls berechnet werden. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass die Dicke der Bodenplatte reduziert wird, wodurch das Risiko einer Beschädigung der Batterie durch Anprall oder Aufsetzen des Fahrzeuges erhöht wird.The prior art describes battery monitoring devices which have an extended air-filled hose in the base plate, at each of whose ends facing away from one another a pressure sensor is arranged. When an object hits the base plate, a pressure wave is created in the hose, which is detected by the two pressure sensors. The position of the impact can be calculated by measuring the transit time of the pressure wave at the ends of the hose. However, this solution has the disadvantage that the thickness of the base plate is reduced, which increases the risk of damage to the battery due to impact or impact of the vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungseinrichtung zur Überwachung des Zustandes einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie, umfassend wenigstens einen Drucksensor zur Erfassung eines Druckpulses eines im Schadfall durch die Batterie freigesetzten Gasgemisches. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Batterieüberwachungseinrichtung zusätzlich zu dem wenigstens einen Drucksensor wenigstens einen Gassensor zur Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente und wenigstens einen Beschleunigungssensor zur Detektion einer Erschütterung der Batterie aufweist. The invention relates to a battery monitoring device for monitoring the condition of a battery, in particular a vehicle battery, comprising at least one pressure sensor for detecting a pressure pulse of a gas mixture released by the battery in the event of damage. According to the invention, it is proposed that the battery monitoring device has, in addition to the at least one pressure sensor, at least one gas sensor for detecting a gas component contained in the gas mixture and at least one acceleration sensor for detecting a vibration of the battery.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug mit einer solchen Batterieüberwachungseinrichtung und mit einem Batteriefach, in dem die Batterie auf einer Bodenplatte des Batteriefaches angeordnet ist, wobei wenigstens ein Beschleunigungssensor in oder an der Bodenplatte verbaut ist. Da die Batterie mit der Bodenplatte mechanisch verbunden ist, erfasst auch ein in oder an der Bodenplatte verbauter Beschleunigungssensor einen auf die Bodenplatte einwirkenden Stoß oder Anprall, der eine Erschütterung der Batterie bedingt.The invention further relates to a battery arrangement for a vehicle with such a battery monitoring device and with a battery compartment in which the battery is arranged on a base plate of the battery compartment, with at least one acceleration sensor being installed in or on the base plate. Since the battery is mechanically connected to the base plate, an acceleration sensor installed in or on the base plate also detects a shock or impact acting on the base plate, which causes the battery to shake.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Batterieüberwachungseinrichtung ermöglicht vorteilhaft durch eine gleichzeitige oder aufeinanderfolgende Auswertung der Signale des Beschleunigungssensors, des Drucksensors und des Gassensors einen Schadfall der Batterie rechtzeitig und zuverlässiger zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Dabei wird durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Beschleunigungssensor erreicht, dass eine Erschütterung der Batterie erkannt und die daraus gewonnene Information als Indiz für einen Schadfall der Batterie verwandt werden kann. Im Falle einer Erschütterung ist die Batterie nämlich zumindest kurzzeitig starken Beschleunigungen ausgesetzt, welche mittels des Beschleunigungssensor erfasst werden können. Vorteilhaft kann dies unabhängig von Temperatureinflüssen erfasst werden. Eine Information über eine plötzliche Beschleunigung oder Erschütterung der Batterie reicht jedoch nicht aus, um eindeutig auf einen Schadfall der Batterie zu schließen. Vielmehr eilt die Erschütterung den später einsetzenden Folgen eines Batteriedefektes wie beispielsweise einem Gasaustritt und eines damit verbundenen Druckpulses oder gar einer Explosion im Batteriegehäuse voraus.The battery monitoring device according to the invention advantageously makes it possible to detect damage to the battery in a timely and more reliable manner and to initiate countermeasures by simultaneously or successively evaluating the signals from the acceleration sensor, the pressure sensor and the gas sensor. The acceleration sensor provided according to the invention ensures that a shock to the battery is detected and the information obtained from this can be used as an indication of damage to the battery. In the event of a shock, the battery is at least briefly exposed to strong accelerations, which can be detected using the acceleration sensor. This can advantageously be recorded independently of temperature influences. However, information about a sudden acceleration or shock to the battery is not enough to clearly conclude that the battery is damaged. Rather, the shock precedes the later consequences of a battery defect, such as a gas leak and an associated pressure pulse or even an explosion in the battery housing.

Der Beschleunigungssensor erfasst eine Erschütterung der Batterie beispielsweise aufgrund eines Anpralls durch Steinschlag oder eines Unterbodenkontakts beim Aufsetzen des Fahrzeuges. Diese Information kann vorteilhaft als Grundlage für eine Überprüfung des Batteriezustands verwandt werden, indem nunmehr auch das Signal des wenigstens einen Drucksensors und des wenigstens einen Gassensors daraufhin ausgewertet werden, ob eine solcher Schadfalle bereits vorliegt. Als Beschleunigungssensor können insbesondere piezoelektrische Bauelemente oder mikro-elektronische Sensoren, die als Feder-Masse-Systeme auf Siliziumbasis ausgebildet sind, verwandt werden. Das Signal des Beschleunigungssensors liefert also sehr schnell eine Information über eine mögliche Beschädigung der Batterie und kann daher zum Anlass genommen werden, mittels des Drucksensors und des Gassensors einen Schadfall der Batterie sicher zu detektieren.The acceleration sensor detects a vibration in the battery, for example due to an impact caused by falling stones or contact with the underbody when the vehicle touches down. This information can advantageously be used as a basis for checking the battery condition by now also evaluating the signal from the at least one pressure sensor and the at least one gas sensor to determine whether such a damage trap is already present. In particular, piezoelectric components or microelectronic sensors designed as silicon-based spring-mass systems can be used as acceleration sensors. The signal from the acceleration sensor therefore very quickly provides information about possible damage to the battery and can therefore be used as an opportunity to reliably detect damage to the battery using the pressure sensor and the gas sensor.

Bei einer Beschädigung der Batterie, insbesondere bei einem thermischen Durchgehen werden durch die Batterie sehr schnell Gase freigesetzt, wie beispielsweise Wasserstoffgas oder Kohlendioxid, welche transiente Druckspitzen in der Batteriekammer generieren. Diese werden mittels des Gassensors und des Drucksensors erfasst. Sensoren zur Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente erfassen die Änderung der Zusammensetzung eines Gasgemisches in einem deutlich längeren Zeitintervall als dem für die Druckerfassung benötigten Zeitintervall, welches im Bereich von Millisekunden liegt. Die Sensordaten derartiger Sensoren für die Detektion von Gaskomponenten können eine komplexe Auswertung erfordern, die in einer Auswerteeinrichtung, beispielsweise in einem Steuergerät erfolgen kann. Der Drucksensor kann ein Halbleitermaterial umfassen und beispielsweise eine Membran aufweisen, welche bei einer Druckbeaufschlagung elastisch ausgelenkt beziehungsweise verformt wird. Die Verformung der Membran ist mittels elektronischer Elemente, beispielsweise einer Wheatstone'schen Brückenschaltung nachweisbar. Der Drucksensor kann beispielsweise einen ASIC oder Mikroprozessor aufweisen und eine Drucküberwachung in Kombination mit einer sogenannten Wake-up-Funktion ermöglichen. Wenn die Überwachung des Drucks eines Gasgemisches im Inneren einer Batterie permanent erfolgt, belastet ein permanenter Stromverbrauch eines an die Batterie angeschlossenen Überwachungssensors die Batterie. Der ASIC ermöglicht es, den Sensorstrom abzuschalten und intervallweise zu aktivieren und bei Bedarf das Steuergerät aufzuwecken. Ein Drucksensor kann daher beispielsweise in 3 Millisekunden in recht einfacher Weise drei Druckwerte zuverlässig erfassen, daraus Durchschnittswerte ermitteln und diese mit Schwellwerten vergleichen und anschließend für 91 Millisekunden in den Schlafmodus geschaltet werden, bevor die nächste Druckmessung erfolgt. Dadurch kann beispielsweise mit einer Datenrate von 10Hz und daher alle 100ms Daten der Druckverlauf überwacht und gleichzeitig die Batterie geschont werden. Kurzfristige Druckänderung können jedoch auch eine andere Ursache als einen Defekt der Batterie haben. So kann beispielsweise auch eine Tunneldurchfahrt eines Fahrzeuges, in dem die Batterie verbaut ist, eine kurzfristige Druckänderung bewirken. Durch die zusätzliche Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente ist vorteilhaft eine Plausibilisierung möglich.If the battery is damaged, especially in the event of thermal runaway, the battery will very quickly release gases, such as hydrogen gas or carbon dioxide, which generate transient pressure peaks in the battery chamber. These are detected using the gas sensor and the pressure sensor. Sensors for detecting a gas component contained in the gas mixture detect the change in the composition of a gas mixture in a significantly longer time interval than the time interval required for pressure detection, which is in the range of milliseconds. The sensor data from such sensors for the detection of gas components can require a complex evaluation, which can take place in an evaluation device, for example in a control unit. The pressure sensor can comprise a semiconductor material and, for example, have a membrane which is elastically deflected or deformed when pressure is applied. The deformation of the membrane can be detected using electronic elements, for example a Wheatstone bridge circuit. The pressure sensor can, for example, have an ASIC or microprocessor and enable pressure monitoring in combination with a so-called wake-up function. If the pressure of a gas mixture inside a battery is constantly monitored, constant power consumption by a monitoring sensor connected to the battery puts a strain on the battery. The ASIC makes it possible to switch off the sensor current and activate it at intervals and wake up the control unit if necessary. A pressure sensor can therefore, for example, reliably record three pressure values in 3 milliseconds in a very simple manner, determine average values from them and compare them with threshold values and then switch to sleep mode for 91 milliseconds before the next pressure measurement is carried out. This means, for example, with a data rate of 10Hz and therefore data every 100ms, the pressure curve can be monitored and the battery can be protected at the same time. However, short-term changes in pressure can also have a cause other than a battery defect. For example, a vehicle in which the battery is installed passing through a tunnel can cause a short-term change in pressure. The additional detection of a gas component contained in the gas mixture advantageously enables a plausibility check.

Unter einem Gasgemisch wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein Gemisch aus Gasen verstanden, welches mehrere unterschiedliche Gase oder im Grenzfall auch nur ein einzelnes Gas aufweisen kann. Insbesondere handelt es sich um die Ausgasung einer Batterie, welche innerhalb eines Batteriegehäuses vorliegen kann. Bei einem tatsächlichen Defekt der Batterie ändert sich das Gasgemisch im Batteriegehäuse relativ rasch. Dabei entstehen vorzugsweise große Mengen Kohlendioxid. Auch die Emission weiterer explosiver Gase wie beispielsweise Wasserstoff ist möglich. Das Sensormodul zur Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente kann eine niedrigere Datenrate liefern (beispielsweise alle 10 Sekunden). Zudem kann eine Auswertung der Daten in einem Steuergerät benötigt werden. In Kombination mit dem deutlich agileren Drucksensor und Beschleunigungssensor ist vorteilhaft eine Plausibilisierung der mittels des Beschleunigungssensors und des Drucksensors erfassten Daten möglich. Ändert sich beispielsweise der Druck kurzfristig jedoch nicht die Gaszusammensetzung des Gasgemisches in der Batterie, so deutet dies darauf hin, dass kein Defekt der Batterie vorliegt.In the context of the present application, a gas mixture is understood to mean a mixture of gases, which can contain several different gases or, in borderline cases, only a single gas. In particular, this concerns the outgassing of a battery, which can occur within a battery housing. If the battery is actually defective, the gas mixture in the battery housing changes relatively quickly. This preferably produces large amounts of carbon dioxide. The emission of other explosive gases such as hydrogen is also possible. The sensor module for detecting a gas component contained in the gas mixture can deliver a lower data rate (for example every 10 seconds). In addition, an evaluation of the data in a control unit may be required. In combination with the significantly more agile pressure sensor and acceleration sensor, it is advantageous to check the plausibility of the data recorded by the acceleration sensor and the pressure sensor. For example, if the pressure changes in the short term but the gas composition of the gas mixture in the battery does not change, this indicates that there is no defect in the battery.

Zu diesem Zweck kann der Batterieüberwachungseinrichtung bei einem eine Erschütterung anzeigenden Signal des Beschleunigungssensor und einer mittels des Drucksensors erkannten schnellen Druckänderung den Gassensor und gegebenenfalls beispielsweise auch ein an den Batterieüberwachungssensor angeschlossenes Steuergerät aktivieren und eine Erfassung der Änderung einer Gaskomponente beispielsweise in einem Zeitintervall von 10 Sekunden veranlassen. Das Resultat kann dazu verwandt werden, die Druckänderung zu bewerten. Steigt nach einer erkennten Erschütterung beispielsweise die CO2-Konzentration in dem Gasgemisch der Batterie bei gleichzeitigem Druckanstieg so deutet dies auf eine Beschädigung der Batterie hin. Im Falle einer Beschädigung der Batterie kann ein Steuergerät des Fahrzeuges eingeschaltet werden, um Gegenmaßnahmen einzuleiten.For this purpose, in the event of a signal from the acceleration sensor indicating a vibration and a rapid change in pressure detected by the pressure sensor, the battery monitoring device can activate the gas sensor and, if necessary, for example, a control device connected to the battery monitoring sensor and detect the change For example, trigger the gas component at a time interval of 10 seconds. The result can be used to evaluate the pressure change. For example, if after a detected shock the CO 2 concentration in the gas mixture of the battery increases with a simultaneous increase in pressure, this indicates damage to the battery. If the battery is damaged, a vehicle control unit can be switched on to initiate countermeasures.

Der wenigstens eine Gassensor kann beispielsweise ein Wasserstoffsensor sein, welches die Konzentration oder Anwesenheit von Wasserstoff in dem Gasgemisch der Batterie überwacht. Da bei einem Wasserstoffaustritt der Batterie die Gefahr der Entstehung eines explosiven Gasgemisches besteht, ist die Detektion von Wasserstoff als Warnzeichen von besonderem Wert. Ein Wasserstoffsensor weist ein Sensorelement auf, dass zur Detektion von Wasserstoff in einem Gas geeignet ist. Wasserstoff ist ein leicht flüchtiges Gas, so dass sich der Aufbau eines Wasserstoffsensor vom Aufbau anderer Gassensoren oft unterscheidet. Beispielsweise kann ein Wasserstoffsensor auf der Basis von Wärmeleitfähigkeitsmessungen verwandt werden, wie er in der DE 10 2005 058 830 B4 beschrieben wurde. Aber auch andere Sensorarten sind möglich.The at least one gas sensor can be, for example, a hydrogen sensor that monitors the concentration or presence of hydrogen in the gas mixture of the battery. Since there is a risk of an explosive gas mixture being created if there is a hydrogen leak from the battery, the detection of hydrogen is of particular value as a warning sign. A hydrogen sensor has a sensor element that is suitable for detecting hydrogen in a gas. Hydrogen is a highly volatile gas, so the structure of a hydrogen sensor often differs from the structure of other gas sensors. For example, a hydrogen sensor based on thermal conductivity measurements can be used, as described in the DE 10 2005 058 830 B4 was described. But other types of sensors are also possible.

Der wenigstens eine Gassensor kann auch ein CO2-Sensor sein, welcher die Konzentration oder Anwesenheit von CO2 im Gasgemisch der Batterie detektiert. Die Entstehung größere Mengen Kohlendioxids kann auf ein thermisches Durchgehen der Batterie hinweisen. Der CO2-Sensor kann Sensorelemente aufweisen, die zur Detektion von Kohlendioxid in einem Gasgemisch geeignet sind. Am Markt erhältliche CO2-Sensoren arbeiten auf der Grundlage von Infrarotmessungen und optoelektronischen Auswertungen, Kapazitätsmessungen oder chemisch. Auch weitere komplexere Messmethoden sind bekannt. Insbesondere kann der CO2-Sensor dazu ausgelegt sein, die Konzentration von Kohlendioxid in einem Gasgemisch zu erfassen. Ähnliche oder gleichartig aufgebaute Sensoren können auch zur Erfassung von anderen Gaskomponenten als CO2 verwandt werden.The at least one gas sensor can also be a CO 2 sensor, which detects the concentration or presence of CO 2 in the gas mixture of the battery. The production of large amounts of carbon dioxide can indicate thermal runaway of the battery. The CO 2 sensor can have sensor elements that are suitable for detecting carbon dioxide in a gas mixture. CO 2 sensors available on the market work on the basis of infrared measurements and optoelectronic evaluations, capacity measurements or chemically. Other more complex measurement methods are also known. In particular, the CO 2 sensor can be designed to detect the concentration of carbon dioxide in a gas mixture. Similar or similarly constructed sensors can also be used to detect gas components other than CO 2 .

Natürlich kann sowohl ein Wasserstoffsensor als auch ein CO2-Sensor vorgesehen sein. In diesem Falls kann sowohl die Erfassung der Wasserstoffkonzentration als auch die Erfassung des Kohlendioxidanteils eingesetzt werden, was zu einer besonders zuverlässigen Bewertung eines Schadensfalls der Batterie führt.Of course, both a hydrogen sensor and a CO 2 sensor can be provided. In this case, both the detection of the hydrogen concentration and the detection of the carbon dioxide content can be used, which leads to a particularly reliable assessment of damage to the battery.

Das thermische Durchgehen einer Batterie eines elektrisch batteriebetriebenen Fahrzeuges nach einem Anprall oder Stoß kann mit der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungseinrichtung mittels des Beschleunigungssensors vorteilhaft frühzeitig erkannt und durch Einleiten von Gegenmaßnahmen im günstigen Fall vermieden werden. Beispielsweise kann eine Abschaltung der Batterie durch ein Steuergerät veranlasst werden. Jedoch kann auch ohne einen erkannten Schadfall der Batterie aufgrund des Signals des wenigstens einen Beschleunigungssensor für den Fall einer Erschütterung der Batterie eine Überprüfung der Bodenplatte veranlasst werden, um einen zukünftigen Schadfall der Batterie aufgrund einer versteckten Beschädigung der Bodenplatte ausschließen zu können.The thermal runaway of a battery of an electrically battery-operated vehicle after an impact or impact can advantageously be detected early with the battery monitoring device according to the invention using the acceleration sensor and, in the best case, avoided by taking countermeasures. For example, the battery can be switched off by a control unit. However, even without a detected damage to the battery based on the signal from the at least one acceleration sensor in the event of a shock to the battery, a check of the base plate can be initiated in order to be able to rule out future damage to the battery due to hidden damage to the base plate.

Vorteilhaft kann mit der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungseinrichtung eine Schwächung der Stabilität der Bodenplatte vermieden werden, da eine Reduzierung der Dicke der Batteriebodenplatte nicht erforderlich ist. Auch Schläuche in der Bodenplatte sind nicht erforderlich, so dass die erfindungsgemäße Batterieüberwachungseinrichtung auch erheblich kostengünstiger herstellbar ist.Advantageously, with the battery monitoring device according to the invention, a weakening of the stability of the base plate can be avoided, since a reduction in the thickness of the battery base plate is not necessary. Hoses in the base plate are also not required, so that the battery monitoring device according to the invention can also be produced significantly more cost-effectively.

Zusätzlich wird ein mögliches Ausgasen der Batterie (Venting), das auf ein thermisches Durchgehen hindeutet, auch ohne Anprall und Erschütterung der Batterie erkannt, da dies mittels des wenigstens einen Drucksensors und Gassensors auch dann erfasst werden kann, wenn der Beschleunigungssensor keine Erschütterung detektiert haben sollte.In addition, possible outgassing of the battery (venting), which indicates a thermal runaway, is detected even without impact and shock to the battery, since this can be detected by means of the at least one pressure sensor and gas sensor even if the acceleration sensor should not have detected any shock .

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die in den abhängigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale ermöglicht.Advantageous refinements and further developments of the invention are made possible by the features contained in the dependent claims.

Vorteilhaft kann zumindest der Gassensor und der Drucksensor in einer gemeinsamen Sensoreinrichtung verbaut sein, wobei die Sensoreinrichtung ein Sensorgehäuse und eine in dem Sensorgehäuse angeordnete Leiterplatte aufweist, auf welcher der Gassensor und der Drucksensor angeordnet sind. Der wenigstens eine Drucksensor und der wenigstens eine Gassensor können beispielsweise separat als diskrete Sensormodule oder auch in einem gemeinsamen Sensormodul zusammengefasst auf der Leiterplatte angeordnet sein. Diese kostengünstige Lösung erleichtert die Montage und den Schutz der Sensoren. Es ist insbesondere möglich, dass die Sensoreinrichtung einen Mikroprozessor oder einen ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) aufweist. Der ASIC kann zusammen oder getrennt von den Sensoren in einem Moldgehäuse angeordnet sein. Ein Drucksensor, der Wasserstoffsensor, CO2-Sensor oder Beschleunigungssensor kann als diskretes Bauteil auf die Leiterplatte bestückt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, zwei oder mehr der Sensoren zu einem gemeinsamen Sensormodul zusammenzufassen, welches auf die Leiterplatte bestückt wird.Advantageously, at least the gas sensor and the pressure sensor can be installed in a common sensor device, the sensor device having a sensor housing and a circuit board arranged in the sensor housing, on which the gas sensor and the pressure sensor are arranged. The at least one pressure sensor and the at least one gas sensor can, for example, be arranged separately on the circuit board as discrete sensor modules or also combined in a common sensor module. This cost-effective solution makes it easier to mount and protect the sensors. It is particularly possible for the sensor device to have a microprocessor or an ASIC (application-specific integrated circuit). The ASIC can be arranged together or separately from the sensors in a mold housing. A pressure sensor, the hydrogen sensor, CO 2 sensor or acceleration sensor can be assembled as a discrete component on the circuit board. In addition, it is also possible to combine two or more of the sensors into a common sensor module, which is fitted onto the circuit board.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist auch der wenigstens eine Beschleunigungssensor in dem Sensorgehäuse auf der Leiterplatte angeordnet. In diesem Fall können alle Sensoren durch die Montage einer Sensoreinrichtung gemeinsam am Batteriegehäuse angeordnet werden. Die Integration von mehreren Sensoren in einem Gehäuse vermeidet zusätzliche Kabelbäume und Durchführungsöffnungen in das Batteriegehäuse und ermöglicht daher eine kostengünstige Lösung zur Batterieüberwachung. Die unterschiedlichen Sensorsignale ermöglichen eine sichere Überwachung des Batteriezustandes.In an advantageous embodiment, the at least one acceleration sensor is also arranged in the sensor housing on the circuit board. In this case, all sensors can be arranged together on the battery housing by mounting a sensor device. The integration of several sensors in one housing avoids additional cable harnesses and feedthrough openings in the battery housing and therefore enables a cost-effective solution for battery monitoring. The different sensor signals enable reliable monitoring of the battery status.

Das Sensorgehäuse kann einen Gehäuseinnenraum aufweist, in dem die Leiterplatte angeordnet ist, wobei an dem Sensorgehäuse ein Gaseintrittskanal für ein von der Batterie freigesetztes Gasgemisch ausgebildet ist, wobei der Gaseintrittskanal eine Einlassöffnung zum Anschluss an die Batterie aufweist, wobei ein von der Einlassöffnung abgewandtes Ende des Gaseintrittskanals in einen ersten Teilraum des Gehäuseinnenraums mündet, wobei der erste Teilraum durch die Leiterplatte von einem zweiten Teilraum des Gehäuseinnenraumes getrennt ist, wobei wenigstens der Drucksensor und der Gassensor in dem ersten Teilraum angeordnet sind. Unter einem Gehäuseinnenraum der Sensoreinrichtung wird ein Raum verstanden, der durch ein einteiliges oder mehrteiliges Gehäuse umgeben wird und der bis auf einen Gaseintrittskanal geschlossen ausgebildet ist.The sensor housing can have a housing interior in which the circuit board is arranged, a gas inlet channel for a gas mixture released by the battery being formed on the sensor housing, the gas inlet channel having an inlet opening for connection to the battery, an end of the sensor housing facing away from the inlet opening Gas inlet channel opens into a first subspace of the housing interior, the first subspace being separated from a second subspace of the housing interior by the circuit board, with at least the pressure sensor and the gas sensor being arranged in the first subspace. A housing interior of the sensor device is understood to mean a space that is surrounded by a one-piece or multi-part housing and that is designed to be closed except for a gas inlet channel.

Zusätzlich kann gegebenenfalls der Beschleunigungssensor in dem ersten Teilraum oder auch in dem zweiten Teilraum angeordnet sein. Der Gaseintrittskanal ermöglicht einen einfachen Anschluss der Sensoreinrichtung an das Batteriegehäuse. Nur die in dem ersten Teilraum angeordneten Sensoren stehen in unmittelbaren Kontakt mit dem über den Gaseintrittskanal zugeführten Gasgemisch. Da der Beschleunigungssensor nicht unmittelbar dem Gasgemisch ausgesetzt werden braucht, kann er auch in dem zweiten Teilraum angeordnet sein.In addition, the acceleration sensor can optionally be arranged in the first subspace or in the second subspace. The gas inlet channel enables the sensor device to be easily connected to the battery housing. Only the sensors arranged in the first subspace are in direct contact with the gas mixture supplied via the gas inlet channel. Since the acceleration sensor does not need to be directly exposed to the gas mixture, it can also be arranged in the second subspace.

In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Leiterplatte eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist und die Leiterplatte mit der zweiten Seite auf eine den Gaseintrittskanal umlaufende Innenwand des Gehäuseinnenraums gasdicht aufgeklebt ist, so dass der erste Teilraum von dem zweiten Teilraum gasdicht getrennt ist. Dies ermöglicht vorteilhaft die Anordnung von elektrischen Kontaktierungsmitteln oder die Anordnung einer elektronischen Auswerte- und Steuerschaltung in dem geschützten zweiten Teilraum.In this context, it is advantageous if the circuit board has a first side and a second side opposite the first side and the circuit board with the second side is glued in a gas-tight manner to an inner wall of the housing interior surrounding the gas inlet channel, so that the first subspace is separated from the second subspace separated gas-tight. This advantageously enables the arrangement of electrical contacting means or the arrangement of an electronic evaluation and control circuit in the protected second subspace.

Besonders vorteilhaft ist weiterhin eine Batterieanordnung mit einer wie oben dargestellten Batterieüberwachungseinrichtung und mit einem Batteriefach, in dem die Batterie auf einer Bodenplatte des Batteriefaches angeordnet ist, wobei wenigstens auch der Beschleunigungssensor in oder an der Bodenplatte verbaut sein kann. Dieser Beschleunigungssensor kann zusätzlich oder alternativ zu einem in der Sensoreinrichtung verbautem Beschleunigungssensor vorgesehen sein. Der an der Bodenplatte verbaute Beschleunigungssensor erfasst in besonders zuverlässiger Weise einen Anprall bei einem Steinschlag oder einem Aufsetzen der Bodenplatte.A battery arrangement with a battery monitoring device as shown above and with a battery compartment in which the battery is arranged on a base plate of the battery compartment is also particularly advantageous, with at least the acceleration sensor also being able to be installed in or on the base plate. This acceleration sensor can be provided in addition to or as an alternative to an acceleration sensor installed in the sensor device. The acceleration sensor installed on the base plate detects an impact in the event of a stone fall or the base plate touching down in a particularly reliable manner.

Vorteilhaft können mehrere Beschleunigungssensoren vorgesehen sein, welche beispielsweise die Lage einer möglicherweise beschädigten Zelle erkennen, so dass die betroffene Zelle bis zu einem Werkstattbesuch deaktiviert werden kann. Durch eine Auswertung der mit den Beschleunigungssensoren erfassten Schwingungen der Bodenplatte nach einem Steinschlag mittels einer Auswerteeinrichtung kann beispielsweise die genaue Lage des Anpralls berechnen werden.Advantageously, several acceleration sensors can be provided, which, for example, detect the position of a possibly damaged cell, so that the affected cell can be deactivated until a visit to the workshop. By evaluating the vibrations of the floor slab detected by the acceleration sensors after a rockfall using an evaluation device, the exact location of the impact can be calculated, for example.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher ein erster Beschleunigungssensor zur Detektion einer Erschütterung der Batterie, welcher auf beliebige Einflüsse zurückzuführen ist, zusammen mit dem Gassensor und der Drucksensor in einer gemeinsamen Sensoreinrichtung verbaut sind, und zusätzlich wenigstens ein zweiter Beschleunigungssensor und vorzugsweise ein dritter Beschleunigungssensor zur Erkennung eines auf die Bodenplatte einwirkenden Stoßes oder Anpralls in oder an der Bodenplatte verbaut sind. Dadurch ist eine sehr zuverlässige und umfassende Überwachung des Batteriezustandes möglich.A particularly advantageous embodiment is in which a first acceleration sensor for detecting a vibration of the battery, which can be attributed to any influences, is installed together with the gas sensor and the pressure sensor in a common sensor device, and in addition at least a second acceleration sensor and preferably a third acceleration sensor are installed in or on the base plate to detect a shock or impact acting on the base plate. This enables very reliable and comprehensive monitoring of the battery condition.

Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Beschleunigungssensoren kann auch ein vierter Beschleunigungssensor im Batterie-Management-System oder in der Batterie verbaut sein.Alternatively or in addition to the acceleration sensors mentioned above, a fourth acceleration sensor can also be installed in the battery management system or in the battery.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Batterieanordnung eine elektronische Auswerteeinrichtung zur Auswertung der Signale des wenigstens einen Gassensors, des wenigstens einen Drucksensors und des wenigstens einen Beschleunigungssensors aufweist, wobei im Falle einer mittels des wenigstens einen Beschleunigungssensors erkannten Erschütterung die Signale des Drucksensor und/oder des Gassensor ausgewertet werden, um einen Schaden der Batterie zu erkennen. Hierbei kann der wenigstens eine Beschleunigungssensor über ein „Sleep-mode“-Signal oder „Wake-up“-Signal die elektronische Auswerteeinrichtung zu einer weiteren Überprüfung eines möglichen Batterieschadens aktivieren. So kann beispielsweise ein Anprallsignal des Beschleunigungssensors die anschließende Messung der Gaskonzentration oder die Detektion einer Gaskomponente oder des Drucks in der Batteriekammer aktivieren. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann dann Maßnahmen einleiten und beispielsweise die Batterie oder einzelne Batteriezellen deaktivieren oder zu einem Werkstattbesuch veranlassen.It is also advantageous if the battery arrangement has an electronic evaluation device for evaluating the signals from the at least one gas sensor, the at least one pressure sensor and the at least one acceleration sensor, whereby in the event of a shock detected by means of the at least one acceleration sensor, the signals from the pressure sensor and/or the gas sensor be evaluated to detect battery damage. Here, the at least one acceleration sensor can activate the electronic evaluation device via a “sleep mode” signal or “wake-up” signal for further checking of possible battery damage For example, an impact signal from the acceleration sensor can activate the subsequent measurement of the gas concentration or the detection of a gas component or the pressure in the battery chamber. The electronic evaluation device can then initiate measures and, for example, deactivate the battery or individual battery cells or prompt a visit to the workshop.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoreinrichtung als erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterieüberwachungseinrichtung,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel einer Batterieanordnung mit einer erfindungsgemäßen Batterieüberwachungseinrichtung und mit einem Batteriefach, in dem die Batterie auf einer Bodenplatte des Batteriefaches angeordnet ist.
Possible embodiments of the invention are explained below with reference to the accompanying drawing. Show in the drawing:
  • 1 a cross section through a first exemplary embodiment of a sensor device as a first embodiment of a battery monitoring device according to the invention,
  • 2 an embodiment of a battery arrangement with a battery monitoring device according to the invention and with a battery compartment in which the battery is arranged on a base plate of the battery compartment.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterieüberwachungseinrichtung 100. Die Batterieüberwachungseinrichtung 100 kann eine Sensoreinrichtung 1 umfassen, die ein Sensorgehäuse 2 aufweist, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein vorzugsweise aus Kunststoff hergestelltes Gehäuseunterteil 3 und ein darauf aufgesetztes Gehäusedeckelteil 4 aus vorzugsweise ebenfalls Kunststoff aufweist. Das Gehäusedeckelteil 4 kann mit seinem umlaufenden Rand in einer Nut des Gehäuseunterteils 3 mittels eines Klebers 25 befestigt werden. Zwischen dem Gehäuseunterteil 3 und dem Gehäusedeckelteil 2 weist das Sensorgehäuse 2 einen bis auf einen Gaseintrittskanal 7 abgedichteten Gehäuseinnenraum 10 auf, der durch eine darin angeordnete Leiterplatte 6 in einen ersten Teilraum 11 und einen zweiten Teilraum 12 unterteilt ist. Das Gehäuseunterteil 3 kann eine ebene Oberseite 14 aufweisen, in die eine wannenförmige Aussenkung 13 eingelassen ist. Am Boden oder Grund 18 der wannenförmigen Aussenkung 13 kann der Gaseintrittskanal 7 in die Aussenkung 13 einmünden. Der Gaseintrittskanal 13 kann beispielsweise innerhalb eines Anschlussstutzens 9 verlaufen, welcher an der unteren Seite des Gehäuseunterteils 3 abstehen kann. Natürlich kann der Anschlussstutzen 9 auch seitlich an dem Gehäuseunterteil 3 angeordnet sein und der Gaseintrittskanal 7 kann in einem Kanal im Boden der Aussenkungen bis zu einer gewünschten Einmündungsstelle verlaufen. An seinem von der Einmündungsstelle abweisenden Ende weist der Gaseintrittskanal 7 eine Eintrittsöffnung 71 auf. Der Gaseintrittskanal 7 ist dazu ausgebildet mit einer Batterie gekoppelt zu werden. Zu diesem Zweck kann der Anschlussstutzen 9 in eine Einbauöffnung eines in 1 nicht dargestellten Batteriegehäuses eingeschoben werden. Ein am Anschlussstutzen 9 angeordneter umlaufender Dichtring 8 kann die Einbauöffnung der Batterie abdichten. 1 shows a first exemplary embodiment of a battery monitoring device 100 according to the invention. The battery monitoring device 100 can include a sensor device 1 which has a sensor housing 2, which in the present exemplary embodiment has a lower housing part 3, preferably made of plastic, and a housing cover part 4 placed thereon, preferably also made of plastic. The housing cover part 4 can be fastened with its peripheral edge in a groove in the lower housing part 3 using an adhesive 25. Between the lower housing part 3 and the housing cover part 2, the sensor housing 2 has a housing interior 10 that is sealed except for a gas inlet channel 7 and is divided into a first subspace 11 and a second subspace 12 by a circuit board 6 arranged therein. The lower housing part 3 can have a flat top 14, into which a trough-shaped recess 13 is embedded. At the bottom or base 18 of the trough-shaped recess 13, the gas inlet channel 7 can open into the recess 13. The gas inlet channel 13 can, for example, run within a connecting piece 9, which can protrude from the lower side of the lower housing part 3. Of course, the connecting piece 9 can also be arranged laterally on the lower housing part 3 and the gas inlet channel 7 can run in a channel in the bottom of the recesses up to a desired junction. The gas inlet channel 7 has an inlet opening 71 at its end facing away from the confluence point. The gas inlet channel 7 is designed to be coupled to a battery. For this purpose, the connecting piece 9 can be inserted into an installation opening of an in 1 Battery housing, not shown, can be inserted. A circumferential sealing ring 8 arranged on the connecting piece 9 can seal the installation opening of the battery.

An dem Gehäuseunterteil 3 ausgebildete elektrische Kontaktelemente 15 für den Anschluss an ein Steuergerät verlaufen von einem an dem Gehäuseunterteil angeformten Steckerteil 5 bis in den Gehäuseinnenraum 10. Die Kontaktelemente 15 können als Stanzgitterteile in den Kunststoff des Gehäuseunterteils 3 eingespritzt sein. In dem Gehäuseinnenraum 10 kann am Grund 18 der Aussenkung 13 eine die Einmündungsstelle des Gaseintrittskanals 7 in den Gehäuseinnenraum umlaufende Innenwand 33 in Richtung des Deckels 4 abstehen.Electrical contact elements 15 formed on the lower housing part 3 for connection to a control device run from a plug part 5 formed on the lower housing part into the housing interior 10. The contact elements 15 can be injected as stamped grid parts into the plastic of the lower housing part 3. In the housing interior 10, at the base 18 of the recess 13, an inner wall 33 surrounding the point where the gas inlet channel 7 opens into the housing interior can protrude in the direction of the cover 4.

Die Leiterplatte 6 weist eine ebene erste Seite 61 und eine der ersten Seite 61 gegenüberliegende ebene zweite Seite 62 auf. Die Leiterplatte 6 ist mit der zweiten Seite 62 auf eine Stirnseite der den Gaseintrittskanal 7 umlaufenden Innenwand 33 mittels eines Klebers 17 gasdicht aufgeklebt ist. Dabei ist die Leiterplatte 6 beispielsweise auf die umlaufende Innenwand 33 derart gasdicht aufgeklebt ist, dass die Leiterplatte 6 in etwa auf der Höhe der Oberseite 14 des Gehäuseunterteils 3 verläuft. Anschlusselemente 64 der Leiterplatte 6 können als Kontaktmetallsierungen auf der gegenüberliegenden ersten Seite 61 der Leiterplatte angeordnet und über Bonddrahtverbindungen 16 mit den Kontaktelementen 15 des Sensorgehäuses 2 elektrisch kontaktiert sein.The circuit board 6 has a flat first side 61 and a flat second side 62 opposite the first side 61. The circuit board 6 is glued gas-tight with the second side 62 to an end face of the inner wall 33 surrounding the gas inlet channel 7 using an adhesive 17. The circuit board 6 is, for example, glued gas-tight to the circumferential inner wall 33 in such a way that the circuit board 6 runs approximately at the height of the top side 14 of the lower housing part 3. Connection elements 64 of the circuit board 6 can be arranged as contact metal coatings on the opposite first side 61 of the circuit board and can be electrically contacted with the contact elements 15 of the sensor housing 2 via bonding wire connections 16.

Wie in 1 zu erkennen ist, bildet der innerhalb der umlaufenden Innenwand 33 angeordneter Bereich der zweiten Seite 62 der Leiterplatte 6 einen ersten Oberflächenbereich 65 aus, während ein zweiter Oberflächenbereich 66 der zweiten Seite 62 außerhalb der Innenwand 33 in dem Gehäuseinnenraum 10 angeordnet ist. Wie in 1 weiterhin zu erkennen ist, wird der Gehäuseinnenraum 10 auf diese Weise durch die Leiterplatte 6 in einen ersten Teilraum 11, der von dem ersten Oberflächenbereich 65, der Innenwand 33 und dem Grund 18 begrenzt wird, und einen zweiten Teilraum 12 unterteilt, der durch die Innenseite des Gehäusedeckelteil 12, die erste Seite 61 der Leiterplatte 6 und den die Innenwand 33 umgebenden Teil der Aussenkung 13 begrenzt wird. Elektronische Bauelemente 63 einer Auswerte- und/oder Steuerschaltung können in dem zweiten Teilraum 12 auf dem zweiten Oberflächenbereich 66 der Leiterplatte 6 angeordnet sein. Die Bauhöhe des Gehäusedeckelteils 4 kann sehr niedrig ausfallen, da das Gehäusedeckelteil 4 nur die Bonddrahtverbindungen 16 abdeckt, welche über die erste Seite 61 der Leiterplatte 6 hervorstehen.As in 1 can be seen, the area of the second side 62 of the circuit board 6 arranged within the circumferential inner wall 33 forms a first surface area 65, while a second surface area 66 of the second side 62 is arranged outside the inner wall 33 in the housing interior 10. As in 1 can also be seen, the housing interior 10 is divided in this way by the circuit board 6 into a first subspace 11, which is delimited by the first surface area 65, the inner wall 33 and the base 18, and a second subspace 12, which is through the inside of the housing cover part 12, the first side 61 of the circuit board 6 and the part of the recess 13 surrounding the inner wall 33. Electronic components 63 of an evaluation and/or control circuit can be arranged in the second subspace 12 on the second surface area 66 of the circuit board 6. The overall height of the housing cover part 4 can be very low, since the housing cover part 4 only Bonding wire connections 16 covers, which protrude over the first side 61 of the circuit board 6.

Der dem ersten Teilraum 11 zugewandte erste Oberflächenbereich 65 der Leiterplatte 6 ist in dem Ausführungsbeispiel der 1 mit einem Drucksensor 20 einem Gassensor 31 und optional mit einem Beschleunigungssensor 21 versehen. Der Beschleunigungssensor 21 ist in diesem Ausführungsbeispiel als erster Beschleunigungssensor 22 in der gemeinsamen Sensoreinrichtung 1 verbaut. Alle Sensoren können als oberflächenmontierbare Bauelemente auf die Leiterplatte 6 bestückt sein.The first surface area 65 of the circuit board 6 facing the first subspace 11 is in the exemplary embodiment 1 with a pressure sensor 20, a gas sensor 31 and optionally with an acceleration sensor 21. In this exemplary embodiment, the acceleration sensor 21 is installed as the first acceleration sensor 22 in the common sensor device 1. All sensors can be installed on the circuit board 6 as surface-mountable components.

Bei dem Gassensor 31 kann es sich beispielsweise um einen Wasserstoffsensor oder einen CO2-Sensor handeln. In 1 ist erkennbar, dass der auf die Leiterplatte 6 aufgelötete Drucksensor 20, der Gassensor 31 und optional auch der Beschleunigungssensor 21 in direktem Kontakt mit einem in dem ersten Teilraum 11 enthaltenen Gasgemisch stehen, während alle übrigen auf der Leiterplatte 6 angeordneten elektronischen Bauelemente 63 einer Auswerte- und/oder Steuerschaltung sowie die Anschlusselemente 64 außerhalb des ersten Teilraums 11 und daher vor dem Gasgemisch geschützt in dem zweiten Teilraum 12 angeordnet sind.The gas sensor 31 can be, for example, a hydrogen sensor or a CO 2 sensor. In 1 It can be seen that the pressure sensor 20 soldered onto the circuit board 6, the gas sensor 31 and optionally also the acceleration sensor 21 are in direct contact with a gas mixture contained in the first subspace 11, while all other electronic components 63 arranged on the circuit board 6 are subject to an evaluation. and/or control circuit as well as the connection elements 64 are arranged outside the first subspace 11 and therefore protected from the gas mixture in the second subspace 12.

2 zeigt eine Batterieanordnung 300 für ein Fahrzeug mit einer Batterieüberwachungseinrichtung 100. Die Batterieüberwachungseinrichtung 100 kann beispielsweise wie in 1 dargestellt aufgebaut sein und eine Sensoreinrichtung 1 umfassen, welche in oder an der Batterie 200 angeordnet ist. Die Sensoreinrichtung 1 kann einen ersten Beschleunigungssensor 22 aufweisen, der in der Sensoreinrichtung 1 verbaut ist. Alternativ zu dem ersten Beschleunigungssensor 22 oder zusätzlich zu diesem weist in dem Ausführungsbeispiel der 2 die Batterieanordnung 300 einen zweiten Beschleunigungssensor 23 und einen dritten Beschleunigungssensor 24 auf, die in oder an der Bodenplatte 202 des Batteriefachs verbaut sind. 2 shows a battery arrangement 300 for a vehicle with a battery monitoring device 100. The battery monitoring device 100 can, for example, as in 1 be constructed and include a sensor device 1, which is arranged in or on the battery 200. The sensor device 1 can have a first acceleration sensor 22, which is installed in the sensor device 1. As an alternative to the first acceleration sensor 22 or in addition to this, in the exemplary embodiment the 2 the battery arrangement 300 has a second acceleration sensor 23 and a third acceleration sensor 24, which are installed in or on the base plate 202 of the battery compartment.

Während der erste Beschleunigungssensor 22 jegliche Erschütterung der Batterie 200 erfasst, erfasst der zweite Beschleunigungssensor 23 und der dritte Beschleunigungssensor 24 schwerpunktmäßig eine Erschütterung der Batterie 200, die ihren Ursprung in einem auf die Bodenplatte 202 einwirkenden Stoß oder Anprall durch Steinschlag oder Aufsetzen der Bodenplatte 202 auf dem Fahrweg haben. Durch eine Auswertung der mit dem zweiten Beschleunigungssensor 23 und dem dritten Beschleunigungssensor 24 erfassten Schwingungen der Bodenplatte nach einem Steinschlag mittels einer Auswerteeinrichtung kann beispielsweise die genaue Lage des Anpralls an der Bodenplatte 202 und eine vermutete Beschädigungsstelle der Batterie 200 berechnen werden.While the first acceleration sensor 22 detects any vibration of the battery 200, the second acceleration sensor 23 and the third acceleration sensor 24 primarily detect a vibration of the battery 200, which originates in a shock or impact acting on the base plate 202 due to falling stones or placing the base plate 202 on have the route. By evaluating the vibrations of the base plate detected by the second acceleration sensor 23 and the third acceleration sensor 24 after a stone chip using an evaluation device, for example, the exact location of the impact on the base plate 202 and a suspected point of damage to the battery 200 can be calculated.

Weiterhin kann gegebenenfalls zusätzlich ein vierter Beschleunigungssensor 25 im Batterie-Management-System 203 oder, wie in 2 dargestellt, in der Batterie 200 verbaut sein.Furthermore, if necessary, a fourth acceleration sensor 25 can also be installed in the battery management system 203 or, as in 2 shown, be installed in the battery 200.

Die Batterieanordnung 300 kann weiterhin eine elektronische Auswerteeinrichtung 30 zur Auswertung der Signale des wenigstens einen Gassensors 31, des wenigstens einen Drucksensors 20 und des wenigstens einen Beschleunigungssensors 21 aufweisen. Wie in 2 erkennbar, ist die Auswerteeinrichtung 30 beispielsweise als Steuergerät ausgebildet und über elektrische Signalleitungen mit der Sensoreinrichtung 1 und sowie dem zweiten, dritten und vierten Beschleunigungssensor verbunden.The battery arrangement 300 can also have an electronic evaluation device 30 for evaluating the signals from the at least one gas sensor 31, the at least one pressure sensor 20 and the at least one acceleration sensor 21. As in 2 recognizable, the evaluation device 30 is designed, for example, as a control device and is connected to the sensor device 1 and the second, third and fourth acceleration sensors via electrical signal lines.

Im Falle einer mittels des ersten Beschleunigungssensors 22, des zweiten Beschleunigungssensors 23 des dritten Beschleunigungssensors 24 und/oder des vierten Beschleunigungssensors 25 erfassten Erschütterung der Batterie 200 werden die Signale des Drucksensors 20 oder Gassensors 31 ausgewertet, um einen Schadfall der Batterie eindeutig festzustellen. Ein thermischer Durchbruch der Batterie 200 kann dabei nur durch den Drucksensor 20 und den Gassensor 31 eindeutig festgestellt werden. Der wenigstens eine Beschleunigungssensor 21 kann jedoch eine dem thermischen Durchbruch vorausgehende Erschütterung der Batterie sehr schnell detektieren. In Verbindung mit der anschließenden Auswertung der Signale des Drucksensors 20 und des Gassensors 31 ergibt sich dadurch eine wesentliche erhöhte Sicherheit.In the event of a shock to the battery 200 detected by means of the first acceleration sensor 22, the second acceleration sensor 23, the third acceleration sensor 24 and/or the fourth acceleration sensor 25, the signals from the pressure sensor 20 or gas sensor 31 are evaluated in order to clearly determine whether the battery is damaged. A thermal breakthrough in the battery 200 can only be clearly detected by the pressure sensor 20 and the gas sensor 31. However, the at least one acceleration sensor 21 can very quickly detect a shock to the battery that precedes the thermal breakdown. In conjunction with the subsequent evaluation of the signals from the pressure sensor 20 and the gas sensor 31, this results in significantly increased safety.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102005058830 B4 [0012]DE 102005058830 B4 [0012]

Claims (11)

Batterieüberwachungseinrichtung zur Überwachung des Zustandes einer Batterie (200), insbesondere einer Fahrzeugbatterie, umfassend wenigstens einen Drucksensor (20) zur Erfassung eines Druckpulses eines im Schadfall durch die Batterie (200) freigesetzten Gasgemisches, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieüberwachungseinrichtung (100) zusätzlich wenigstens einen Gassensor (31) zur Detektion einer in dem Gasgemisch enthaltenen Gaskomponente und wenigstens einen Beschleunigungssensor (21) zur Detektion einer Erschütterung der Batterie (200) aufweist.Battery monitoring device for monitoring the condition of a battery (200), in particular a vehicle battery, comprising at least one pressure sensor (20) for detecting a pressure pulse of a gas mixture released by the battery (200) in the event of damage, characterized in that the battery monitoring device (100) additionally has at least one Gas sensor (31) for detecting a gas component contained in the gas mixture and at least one acceleration sensor (21) for detecting a vibration of the battery (200). Batterieüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der Gassensor (31) und der Drucksensor (20) in einer gemeinsamen Sensoreinrichtung (1) verbaut sind, wobei die Sensoreinrichtung (1) ein Sensorgehäuse (2) und eine in dem Sensorgehäuse (2) angeordnete Leiterplatte (6) aufweist, auf welcher der Gassensor (31) und der Drucksensor (20) angeordnet sind.Battery monitoring device Claim 1 , characterized in that at least the gas sensor (31) and the pressure sensor (20) are installed in a common sensor device (1), the sensor device (1) having a sensor housing (2) and a circuit board (6) arranged in the sensor housing (2). ), on which the gas sensor (31) and the pressure sensor (20) are arranged. Batterieüberwachungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich der wenigstens eine Beschleunigungssensor (21) in dem Sensorgehäuse (2) auf der Leiterplatte (6) angeordnet ist.Battery monitoring device Claim 2 , characterized in that the at least one acceleration sensor (21) is additionally arranged in the sensor housing (2) on the circuit board (6). Batterieüberwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorgehäuse (3) einen Gehäuseinnenraum (10) aufweist, in dem die Leiterplatte (6) angeordnet ist, wobei an dem Sensorgehäuse (2) ein Gaseintrittskanal (7) für ein von der Batterie (200) freigesetztes Gasgemisch ausgebildet ist, wobei der Gaseintrittskanal (7) eine Einlassöffnung (71) zum Anschluss an die Batterie (200) aufweist, wobei ein von der Einlassöffnung (71) abgewandtes Ende des Gaseintrittskanals (7) in einen ersten Teilraum (11) des Gehäuseinnenraums (10) mündet, wobei der erste Teilraum (11) durch die Leiterplatte (6) von einem zweiten Teilraum (12) des Gehäuseinnenraumes (10) getrennt ist, wobei wenigstens der Drucksensor (20) und der Gassensor (31) in dem ersten Teilraum (11) angeordnet sind.Battery monitoring device according to one of the Claims 2 or 3 , characterized in that the sensor housing (3) has a housing interior (10) in which the circuit board (6) is arranged, a gas inlet channel (7) for a gas mixture released by the battery (200) being formed on the sensor housing (2). is, wherein the gas inlet channel (7) has an inlet opening (71) for connection to the battery (200), wherein an end of the gas inlet channel (7) facing away from the inlet opening (71) into a first subspace (11) of the housing interior (10) opens, the first subspace (11) being separated from a second subspace (12) of the housing interior (10) by the circuit board (6), with at least the pressure sensor (20) and the gas sensor (31) in the first subspace (11) are arranged. Batterieüberwachungseinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (21) in dem ersten Teilraum (11) oder dem zweiten (12) Teilraum angeordnet ist.Battery monitoring device according to the Claims 3 and 4 , characterized in that the acceleration sensor (21) is arranged in the first subspace (11) or the second (12) subspace. Batterieüberwachungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (6) eine erste Seite (61) und eine der ersten Seite (61) gegenüberliegende zweite Seite (62) aufweist und dass die Leiterplatte (6) mit der zweiten Seite (62) auf eine den Gaseintrittskanal (7) umlaufende Innenwand (33) des Gehäuseinnenraums (10) gasdicht aufgeklebt ist, so dass der erste Teilraum (11) von dem zweiten Teilraum (12) gasdicht getrennt ist.Battery monitoring device Claim 4 or 5 , characterized in that the circuit board (6) has a first side (61) and a second side (62) opposite the first side (61) and that the circuit board (6) has the second side (62) on a gas inlet channel ( 7) circumferential inner wall (33) of the housing interior (10) is glued in a gas-tight manner, so that the first subspace (11) is separated from the second subspace (12) in a gas-tight manner. Batterieanordnung (300) für ein Fahrzeug mit einer Batterieüberwachungseinrichtung (100) nach einem der Anspruche 1 bis 6 und mit einem Batteriefach (201), in dem die Batterie (200) auf einer Bodenplatte (202) des Batteriefaches (201) angeordnet ist, wobei wenigstens ein Beschleunigungssensor (21) in oder an der Bodenplatte (202) verbaut ist.Battery arrangement (300) for a vehicle with a battery monitoring device (100) according to one of Claims 1 until 6 and with a battery compartment (201), in which the battery (200) is arranged on a base plate (202) of the battery compartment (201), at least one acceleration sensor (21) being installed in or on the base plate (202). Batterieanordnung (300) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Beschleunigungssensoren (21, 23) in oder an der Bodenplatte (202) verbaut sind.Battery arrangement (300). Claim 7 , characterized in that several acceleration sensors (21, 23) are installed in or on the base plate (202). Batterieanordnung (300) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Beschleunigungssensor (22) zur Detektion einer Erschütterung der Batterie (200) zusammen mit dem Gassensor (31) und der Drucksensor (20) in einer gemeinsamen Sensoreinrichtung (1) verbaut sind, und dass wenigstens ein zweiter Beschleunigungssensor (23) und vorzugsweise ein dritter Beschleunigungssensor (24) zur Erkennung eines auf die Bodenplatte (202) einwirkenden Stoßes oder Anpralls in oder an der Bodenplatte (202) verbaut sind.Battery arrangement (300) according to one of the Claims 7 or 8th , characterized in that a first acceleration sensor (22) for detecting a vibration of the battery (200) is installed together with the gas sensor (31) and the pressure sensor (20) in a common sensor device (1), and that at least one second acceleration sensor ( 23) and preferably a third acceleration sensor (24) for detecting a shock or impact acting on the base plate (202) are installed in or on the base plate (202). Batterieanordnung (300) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein vierter Beschleunigungssensor (25) im Batterie-Management-System (203) oder in der Batterie (200) verbaut ist.Battery arrangement (300) according to one of the Claims 7 until 9 , characterized in that at least a fourth acceleration sensor (25) is installed in the battery management system (203) or in the battery (200). Batterieanordnung (300) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Auswerteeinrichtung (30) zur Auswertung der Signale des wenigstens einen Gassensors (31), des wenigstens einen Drucksensors (20) und des wenigstens einen Beschleunigungssensors (21) vorgesehen ist, wobei im Falle einer mittels des wenigstens einen Beschleunigungssensors (21) erkannten Erschütterung der Batterie (200) die Signale des Drucksensor (20) und/oder des Gassensor (31) ausgewertet werden, um einen Schaden der Batterie (200) zu erkennen.Battery arrangement (300) according to one of the Claims 7 until 10 , characterized in that an electronic evaluation device (30) is provided for evaluating the signals from the at least one gas sensor (31), the at least one pressure sensor (20) and the at least one acceleration sensor (21), in the case of one by means of the at least one acceleration sensor (21) detected shock to the battery (200), the signals from the pressure sensor (20) and / or the gas sensor (31) are evaluated in order to detect damage to the battery (200).
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