EP4690347A1

EP4690347A1 - Verfahren, steuerungsvorrichtung und computerprogramm zum feststellen eines fehlers einer batterievorrichtung eines fahrzeugs sowie fehlerermittlungsvorrichtung und batterievorrichtung

Info

Publication number: EP4690347A1
Application number: EP24708767.9A
Authority: EP
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2023-03-30
Filing date: 2024-02-29
Publication date: 2026-02-11
Also published as: WO2024199880A1; CN120883421A; DE102023202949A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogramm zum Feststellen eines Fehlers einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs sowie eine Fehlerermittlungsvorrichtung und eine Batterievorrichtung für ein Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Empfangen eines Differenzdrucksignals von einer Differenzdruckermittlungsvorrichtung (140), ein Senden eines Entlüftungssignals an eine Entlüftungsvorrichtung (130), wenn das Differenzdrucksignal einen Differenzdruck anzeigt, die größer ist als ein vorbestimmter Differenzdruckschwellenwert, ein Empfangen eines Strömungsparametersignals von einer Strömungsparameterermittlungseinheit (164), ein Feststellen eines Fehlers der Batterievorrichtung (100), wenn das Strömungsparametersignal einen Strömungsparameter anzeigt, der größer ist als ein vorbestimmter Strömungsschwellenwert, und ein Senden eines Fehlersignals, das angibt, dass ein Fehler der Batterievorrichtung (100) vorliegt.

Description

Beschreibung

Verfahren, Steuerungsvorrichtung und Computerprogramm zum Feststellen eines Fehlers einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs sowie Fehlerermittlungsvorrichtung und Batterievorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogramm zum Feststellen eines Fehlers einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere elektrischen Fahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, sowie eine Fehlerermittlungsvorrichtung und eine Batterievorrichtung 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 so weit 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.

Zudem ist es bekannt, mittels geeigneter Entlüftungsvorrichtungen, z. B. Magnetventilen, das Innere des Batteriegehäuses kontrolliert zu entlüften. Mittels der Entlüftungsvorrichtung kann somit den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses zumindest teilweise ausgeglichen werden.

Beispielhafte Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt aus GB 2 584 293 B, US 2022/0314837 A1 , JP 7 099 335 B2, CN 215 834 653 U und US 10 658 714 B2.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Aufgabe zugrunde, einen Fehler einer Batterievorrichtung, wie beispielsweise ein thermisches Durchgehen, frühestmöglich auf einfache und zuverlässiger Weise zu erkennen. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 , einer Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, einer Fehlerermittlungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, einer Batterievorrichtung gemäß Anspruch 11 , einem Computerprogram gemäß Anspruch 12 und einer computerlesbaren Medium gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zu Grunde, ein Verfahren zum Feststellen eines Fehlers einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterievorrichtung eines Fahrzeugs bereitzustellen, mit dem auf einfache und zuverlässige Weise ein Fehler der Batterievorrichtung, insbesondere der Batteriezelle, wie beispielsweise ein thermisches Durchgehen, frühzeitig erkannt und der Betreiber des Fahrzeugs entsprechend darüber informiert und ein Warnsignal ausgegeben werden kann. Insbesondere basiert die vorliegende Erfindung darauf, dass bei einem Batteriegehäuse mit einer aktiven Entlüftungsvorrichtung, die zum zumindest teilweisen Druckausgleichen zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses ausgebildet ist, zusätzlich zum Ermitteln der Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses ferner ein Strömungsparameter, wie beispielsweise das aus dem Batteriegehäuse durch die Entlüftungsvorrichtung strömende Fluidvolumen und/oder Fluidmasse über die Zeit, ermittelt werden kann und dann darauf basierend ausgesagt werden kann, ob ein Fehler der Batterievorrichtung vorliegt oder nicht. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass während eines aktiven Entlüftungsvorgangs des Batteriegehäuses ein Fehler innerhalb des Batteriegehäuses, beispielsweise der Batteriezelle, vorliegt, wenn der Strömungsparameter einen vorbestimmten Strömungsparameterschwellenwert überschreitet.

Das heißt, dass die aktive Entlüftungsvorrichtung beim Überschreiten eines bestimmten Differenzdrucks (automatisch) aktiviert wird und, wenn die Aktivierung der Entlüftungsvorrichtung nicht zum erwarteten Erfolg führt, nämlich dass der Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses wieder unterhalb des Schwellenwerts fällt, sondern vielmehr weiterhin oberhalb dieses Differenzdruckschwellenwerts verbleibt und gleichzeitig noch ein signifikant großer Strömungsparameter ermittelt wird, kann dies auf einen Fehler der Batterievorrichtung, insbesondere der Batteriezelle, wie beispielsweise einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle, hinweisen. Die Erfindung schlägt dabei vor, anhand verschiedener Parameter, wie beispielsweise dem Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses, der Ventilposition der Entlüftungsvorrichtung, der Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses sowie dem Heranziehen weiterer physikalischer Größen den Strömungsparameter, wie beispielsweise das herausströmende Fluidvolumen und/oder die herausströmende Fluidmasse über die Zeit, zu bestimmen, anhand dem ein Fehler der Batterievorrichtung festgestellt werden kann.

Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Feststellen eines Fehlers einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterievorrichtung eines Fahrzeugs offenbart. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Empfangen eines Differenzdrucksignals von einer Differenzdruckermittlungsvorrichtung. Dabei ist das Differenzdrucksignal repräsentativ für die Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Senden eines Entlüftungssignals an eine Entlüftungsvorrichtung, wenn das Differenzdrucksignal eine Druckdifferenz anzeigt, die größer ist als ein vorbestimmter Druckdifferenzschwellenwert. Dabei veranlasst das Entlüftungssignal die Entlüftungsvorrichtung dazu, das Innere des Batteriegehäuse mit dem Äußeren des Batteriegehäuses zum zumindest teilweise Entlüften des Batteriegehäuses zumindest teilweise fluidzuverbinden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zudem ein Empfangen eines

Strömungsparametersignals von einer Strömungsparameterermittlungseinheit. Das Strömungsparametersignal ist dabei repräsentativ für einen Strömungsparameter des während des Entlüftens des Batteriegehäuses aus dem Batteriegehäuse strömenden Fluids. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner ein Feststellen eines Fehlers der Batterievorrichtung, wenn das Strömungsparametersignal einen Strömungsparameter anzeigt, der größer ist als ein vorbestimmter Strömungsschwellenwert, und ein Senden eines Fehlersignals, das angibt, das ein Fehler der Batterievorrichtung vorliegt.

Dabei macht sich die vorliegende Erfindung zu Nutze, dass während eines aktiven Entlüftungsvorgangs des Batteriegehäuses einer Batterievorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere elektrischen Fahrzeugs oder Hybridfahrzeugs, zusätzlich noch ein Strömungsparameter ermittelt und ausgewertet wird. Übersteigt während des aktiven Entlüftens des Batteriegehäuses der ermittelte Strömungsparameter den vorbestimmten Strömungsschwellenwert, kann von einem Fehler der Batterievorrichtung ausgegangen werden und zusätzlich ein Fehlersignal bzw. eine Warnung an den Betreiber des Fahrzeugs ausgegeben werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt der Strömungsparameter das Fluidvolumen und/oder die Fluidmasse des Fluids an, das während des Entlüftens des Batteriegehäuses aus dem Batteriegehäuse strömt. Insbesondere kann dabei das Integral über die Zeit eines ermittelten Fluidvolumenstroms und/oder eines Fluidmassenstroms ermittelt werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich bei der Entlüftungsvorrichtung um ein direkt gesteuertes Magnetventil, das einen gegen einen Ventilsitz drückenden Ventilkolben aufweist. Das Entlüftungssignal ist dabei dazu ausgebildet, den Ventilkolben dazu zu veranlassen, sich vom Ventilsitz in eine einstellbare Ventilkolbenposition zum Bereitstellen einer einstellbaren Öffnungsquerschnittsfläche zumindest teilweise loszulösen, durch die das Fluid aus dem Batteriegehäuse herausströmen kann. Dabei ist die Strömungsparameterermittlungsvorrichtung dazu ausgebildet, den Strömungsparameter des durch das direkt gesteuerte Magnetventil strömenden Fluids zumindest teilweise basierend auf der Ventilposition des Ventilkolbens zu ermitteln und das entsprechende Strömungsparametersignal zu senden. Dabei kann es zusätzlich vorteilhaft sein, wenn die Strömungsparameterermittlungseinheit ferner dazu ausgebildet ist, ein Temperatursignal zu empfangen, das repräsentativ ist für die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses, den Strömungsparameter des durch das direkt gesteuerte Magnetventil strömenden Fluid zumindest basierend auf dem empfangenen Temperatursignal zu ermitteln, und das entsprechende Strömungsparametersignal senden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Druckdifferenzschwellenwert ungefähr 50 mbar.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Fehlersignal zum Ansteuern einer Bedienerschnittstelle zum Anzeigen einer Warnung an einen Bediener des Fahrzeugs ausgebildet. Die Warnung informiert den Bediener darüber, dass ein Fehler der Batterievorrichtung festgestellt worden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung offenbart, die dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung einen ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Empfangens des Differenzdrucksignals von der Differenzdruckermittlungsvorrichtung, einen zweiten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Sendens eines Entlüftungssignals, einen dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Empfangens eines Strömungsparametersignals von der Strömungsparameterermittlungseinheit, und einen vierten Steuerungsvorrichtungsabschnitt zum Ausführen des Schrittes des Sendens eines Fehlersignals auf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fehlerermittlungsvorrichtung für eine ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterievorrichtung eines Fahrzeugs offenbart, die eine Differenzdruckermittlungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Differenzdrucksignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses, und eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung aufweist.

Vorzugsweise umfasst die Fehlerermittlungsvorrichtung ferner einen Temperatursensor, der dazu ausgebildet ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Batterievorrichtung für ein Fahrzeug offenbart, die ein Batteriegehäuse, zumindest eine im Batteriegehäuse angeordnete Batteriezelle, eine Entlüftungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, beim Empfangen eines Entlüftungssignals das Innere des Batteriegehäuses mit dem Äußeren des Batteriegehäuses zum zumindest teilweise Entlüften des Batteriegehäuses zumindest teilweise fluidzuverbinden, und eine erfindungsgemäße Fehlerermittlungsvorrichtung aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm offenbart, das Befehle umfasst, die, wenn sie von einer Recheneinheit ausgeführt werden, die Recheneinheit veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Feststellen eines Fehlers einer ein Batteriegehäuse aufweisenden Batterievorrichtung eines Fahrzeugs auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Medium offenbart, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.

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:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen

Batterievorrichtung für ein Fahrzeug zeigt, und Fig. 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Feststellen eines Fehlers der Batterievorrichtung der Fig. 1 zeigt.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterievorrichtung 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 Fig. 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 und miteinander verschaltet sein können.

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 fluidgefüllten, vorzugsweise luftgefüllten, Bereich um die Batterie 120 herum.

Die Batterievorrichtung 100 der Fig. 1 weist ferner eine Entlüftungsvorrichtung 130 auf, die dazu ausgebildet ist, beim Empfangen eines Entlüftungssignals das Innere des Batteriegehäuses 110 mit dem Äußeren des Batteriegehäuses 110 zum zumindest teilweisen Entlüften des Batteriegehäuses 110 zumindest teilweise fluidzuverbinden. Die Entlüftungsvorrichtung 130 ist bevorzugt eine aktive Entlüftungsvorrichtung, die durch Ansteuern mit einem entsprechenden Entlüftungssignal gesteuert werden kann. Insbesondere kann der Öffnungs- und somit Entlüftungsgrad der Entlüftungsvorrichtung 130, das heißt, die effektive Öffnungsquerschnittfläche der Entlüftungsvorrichtung 130, derart eingestellt werden, dass sich eine gewünschte Strömung des Fluids aus dem Batteriegehäuse 110 ins Äußere ausbildet und erfolgen kann.

Vorzugsweise handelt es sich bei der Entlüftungsvorrichtung 130 um ein aktives Magnetventil, das einen elektrischen Antrieb mit Elektromagnet aufweist. Der elektrische Antrieb ist direkt verbunden mit einem als Dichtelement wirkenden Ventilkolben. Bei ausgeschaltetem Elektromagnet hält eine Druckfeder das Magnetventil geschlossen, indem die Druckfeder den Ventilkolben gegen den zugehörigen Ventilsitz drückt. Die Strömungsrichtung des Mediums durch das Ventil ist bestimmungsgemäß so festgelegt, dass bei geschlossenem Ventil der im Inneren des Batteriegehäuses 110 herrschende Druck den Ventilkolben zusätzlich gegen den Ventilsitz drückt. Zum Öffnen des Ventils wird der Ventilkolben durch den elektromagnetischen Antrieb vom Ventilsitz abgehoben. Die minimale benötigte Kraft des elektromagnetischen Antriebs zum Öffnen des Magnetventils hängt vor allem ab von der Federkraft, der Ventilsitzgröße und dem maximalen Differenzdruck bei geschlossenem Ventil. Sobald sich der Ventilkolben vom Ventilsitz löst, bildet sich eine im Wesentlichen ringförmige Öffnung mit einer von der Hubposition des Ventilkolbens abhängigen Öffnungsquerschnittsfläche.

Die Batterievorrichtung 100 der Fig. 1 weist ferner einen Differenzdrucksensor 140 auf, der dazu ausgebildet ist, den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses 110 zu erfassen. Alternativ kann ein einfacher Drucksensor vorhanden sein, der dazu ausgebildet ist, den absoluten Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 zu erfassen. In einer derartigen alternativen Ausgestaltung kann ferner ein Umgebungsdrucksensor (nicht explizit in der Fig. 1 gezeigt) vorhanden sein, um dann aus den Signalen des absoluten Drucksensors und des Umgebungsdrucksensors den Differenzdruck zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 110 und dem Äußeren des Batteriegehäuses 110 zu ermitteln.

Ferner kann es alternativ möglich sein, anstelle eines Umgebungsdrucksensors auf Wetterdatenbanken zuzugreifen und den aktuellen Druck der Umgebung des Batteriegehäuses 110 zu ermitteln.

Die Batterievorrichtung 100 der Fig. 1 weist zudem einen Temperatursensor 150 auf, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses 110 zu erfassen.

Die Batterievorrichtung 100 der Fig. 1 umfasst zudem eine Steuerungsvorrichtung 160, die mit der Entlüftungsvorrichtung 130, der Differenzdruckermittlungsvorrichtung 140 und dem Temperatursensor 150 elektrisch verbunden ist. Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 umfasst wiederum eine Entlüftungssteuerungsvorrichtung 161 , die, gemäß der Ausgestaltung der Fig. 1 , mit der Entlüftungsvorrichtung 130 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, der Entlüftungsvorrichtung 130 ein Entlüftungssignal zu senden und somit die Entlüftungsvorrichtung 130 zu steuern.

Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 umfasst ferner eine Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162, die, in der Ausgestaltung der Fig. 1 , mit dem Differenzdrucksensor 140 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, aus dem (analogen) Signal des Differenzdrucksensors 140 ein (digitales) Differenzdrucksignal zu erzeugen, das für den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses 110 repräsentativ ist. Für den Fachmann ist es selbstredend, dass die Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 in einer alternativen Ausgestaltung ein Bestandteil des Differenzdrucksensors 140 sein kann, der in einer solchen alternativen Ausführungsform die Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 bereits beinhalten kann. Die Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 kann ferner dazu ausgebildet sein, (analoge) Signale eines Umgebungsdrucksensors zu empfangen, um daraus unter Berücksichtigung der Signale eines Absolut-Drucksensors, der den Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 erfassen kann, den Differenzdruck zwischen dem Druck im Inneren des Batteriegehäuses 110 und dem Äußeren des Batteriegehäuses 110 zu ermitteln.

Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 weist ferner eine Temperaturermittlungsvorrichtung 163 auf, die, gemäß der Ausgestaltung der Fig. 1 , mit dem Temperatursensor 150 elektrisch verbunden und dazu ausgebildet ist, ein Temperatursignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Temperatur im Inneren des Batteriegehäuses 110. Insbesondere kann der Temperatursensor 150 (analoge) Signale an die Temperaturermittlungsvorrichtung 163 übertragen, die wiederum daraus ein (digitales) Temperatursignal erzeugen kann. In einer alternativen Ausgestaltung kann, analog zur Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162, die Temperaturermittlungsvorrichtung 163 Bestandteil des Temperatursensors 150 sein. Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 weist ferner eine Strömungsparameterermittlungseinheit 164 auf, die signaltechnisch mit der Entlüftungssteuerungsvorrichtung 161 und/oder der Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 und/oder der Temperaturermittlungsvorrichtung 163 verbunden sein kann. Insbesondere ist die Strömungsparameterermittlungseinheit 164 dazu ausgebildet, basierend auf den empfangenen Signalen ein Strömungsparametersignal zu erzeugen.

Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 umfasst ferner eine Evaluierungseinheit 165, die als Recheneinheit für die Steuerungsvorrichtung 160 ausgestaltet und dazu ausgebildet sein kann, mathematische Operationen, Vergleiche von Signalen mit vorbestimmten Schwellenwerten, usw. aus- bzw. durchzuführen.

Die Steuerungsvorrichtung 160 der Fig. 1 weist ferner eine Fehlersignalsendeeinheit 166 auf, die dazu ausgebildet ist, ein Fehlersignal an einen Bediener des Fahrzeugs, insbesondere an eine Bedieneranzeige des Fahrzeugs, zu senden, wenn ein Fehler der Batterievorrichtung 100 ermittelt worden ist.

Der Fachmann wird erkennen, dass sämtliche Steuerungsvorrichtungsabschnitte 161 , 162, 163, 165 und 166 der Steuerungsvorrichtung 160 rein exemplarisch in der Fig. 1 dargestellt sind und in beliebiger steuerungstechnischer Weise bereitgestellt werden können. So kann beispielsweise die Entlüftungssteuerungsvorrichtung 161 auch direkt in der Entlüftungsvorrichtung 130 integriert sein. Gleiches gilt, wie zuvor beschrieben, für die Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 und die Temperaturermittlungsvorrichtung 163, die im Drucksensor 140 bzw.

Temperatursensor 150 integriert sein können.

Die Steuerungsvorrichtung 160, der Differenzdrucksensor 140 und der Temperatursensor 150 können eine Fehlerermittlungsvorrichtung 170 (siehe gestrichelte Box in der Fig. 1 ) bilden, auf die im Folgenden näher eingegangen wird. Unter zusätzlichem Verweis auf die Fig. 2 wird im Folgenden ein beispielhaftes Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers der Batterievorrichtung 100 der Fig. 1 beschrieben.

Die Steuerungsvorrichtung 160 bzw. Evaluierungseinheit 165 kann einen Prozessor bzw. eine Recheneinheit und einen Speicher aufweisen. Alternativ kann die Steuerungsvorrichtung 160 bzw. Evaluierungseinheit 165 der Prozessor bzw. die Recheneinheit sein, die mit dem Speicher verbunden ist. Der Prozessor kann eine zentrale Verarbeitungseinheit (Central Processing Unit, CPU) sein. Der Prozessor kann ferner ein weiterer Allzweckprozessor, ein digitaler Signalprozessor (Digital Signal Processor, DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), ein feldprogrammierbares Gate-Array (Field-Programmable Gate Array, FPGA) sein, oder ein anderes programmierbares Logikgerät, ein diskretes Gatter- oder Transistorlogikgerät, eine diskrete Hardwarekomponente oder dergleichen. Der Allzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, oder der Prozessor kann ein beliebiger herkömmlicher Prozessor oder dergleichen sein.

Das Verfahren der Fig. 2 startet beim Schritt 200 und gelangt dann zum Schritt 210, an dem die Steuerungsvorrichtung 160 ein Differenzdrucksignal von der Differenzdruckermittlungsvorrichtung 162 empfängt. Das Differenzdrucksignal ist dabei repräsentativ für den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses 110.

In einem darauffolgenden Schritt 220 erfolgt, vorzugsweise in der Evaluierungseinheit 165 der Steuerungsvorrichtung 160, ein Vergleich, ob das beim Schritt 210 empfangene Differenzdrucksignal einen vorbestimmten Differenzdruckschwellenwert übersteigt. Wird beim Schritt 220 ermittelt, dass das beim Schritt 210 empfangene Differenzdrucksignal einen Differenzdruck anzeigt, der den vorbestimmten Differenzdruckschwellenwert nicht überschreitet, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 210. Das heißt, dass zu diesem Zeitpunkt ermittelt wird, dass eine Entlüftung und somit ein Druckausgleich zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 110 und dem Äußeren des Batteriegehäuses 110 derzeit nicht erforderlich ist. Wird jedoch beim Schritt 220 ermittelt, dass das beim Schritt 210 empfangene Differenzdrucksignal einen Differenzdruck anzeigt, der den vorbestimmten Differenzdruckschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 230, an dem die Entlüftungssteuerungsvorrichtung 161 ein Entlüftungssignal erzeugt und selbiges an die Entlüftungsvorrichtung 130 sendet. Das Entlüftungssignal veranlasst die Entlüftungsvorrichtung 130 dazu, sich zumindest teilweise zu öffnen und somit eine Fluidverbindung zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 110 und dem Äußeren des Batteriegehäuses herzustellen. Genauer gesagt kann dann festgestellt werden, dass der Druck im Inneren des Batteriegehäuses 110 derart hoch ist, dass eine Entlüftung des Batteriegehäuses 110 erforderlich ist.

In einem darauffolgenden Schritt 240 wird, während des derzeit stattfindenden Entlüftungsvorgangs, mittels der Strömungsparameterermittlungseinheit 164 ein Strömungsparameter ermittelt. Der Strömungsparameter kann dabei beispielsweise das Fluidvolumen und/oder die Fluidmasse des Fluids angeben, das während des Entlüftens des Batteriegehäuses 110 aus dem Batteriegehäuse 110 durch die Entlüftungsvorrichtung 130 herausströmt. Beispielsweise kann dabei der Strömungsparameter das Integral über die Zeit eines Fluidvolumenstroms und/oder des Fluidmassenstroms sein. In einem expliziten Beispiel kann der Volumenstrom des Fluids durch die Entlüftungsvorrichtung 130 über die Zeit gemäß folgender Formel ermittelt werden: dV/dt = A(f(Ventilpostion)) * sqrt(k * R * T / M) * psi(P_umg / P_Geh) wobei: dV/dt = Volumenstrom durch Entlüftungsventil über die Zeit A = Öffnungsquerschnitt Fläche abhängig von der Position des

Ventilkolbens (f(Ventilposition) k = Adiabatenexponent

R = allgemeine Gaskonstante

T = Temperatur in Batterie Pack vor dem Entlüftungsventil M = molare Masse des Gases

Psi = Korrekturfaktor abhängig von dem Druckverhältnis zwischen Ausgang und Eingang der Entlüftungsvorrichtung 130 p_Umg = Umgebungsdruck p_Geh = Druck im Batteriegehäuse 110

Alternativ kann der Fluidmassenstrom berechnet werden.

In einem darauffolgenden Schritt 250 kann wiederum mittels der Evaluierungsvorrichtung 165 ein Vergleich durchgeführt werden, ob der beim Schritt 240 ermittelte Strömungsparameter einen vorbestimmten Strömungsparameterschwellenwert überschreitet. Wird beim Schritt 250 ermittelt, dass der beim Schritt 240 ermittelte Strömungsparameter den vorbestimmten Strömungsparameterschwellenwert nicht überschreitet, gelangt das Verfahren wieder zurück zum Schritt 210. Alternativ kann das Verfahren lediglich zum Schritt 230 zurück gelangen, das heißt, dass die Entlüftung mittels der Entlüftungsvorrichtung weiterhin stattfindet.

Wird jedoch beim Schritt 250 ermittelt, dass der beim Schritt 240 ermittelte Strömungsparameter den vorbestimmten Strömungsparameterschwellenwert überschreitet, gelangt das Verfahren zum Schritt 260, an dem mittels der Fehlersignalsteuerungsvorrichtung 166 ein Fehlersignal erzeugt und an einen Betreiber des Fahrzeugs, insbesondere an eine Bedienerschnittstelle des Fahrzeugs, gesendet wird, die einen Fehler der Batterievorrichtung 100, wie beispielsweise den Beginn eines thermischen Durchgehens der im Batteriegehäuse 110 angeordneten Batterie 120, anzeigt.

Wenn der beim Schritt 240 ermittelte Strömungsparameter den vorbestimmten Strömungsparameterschwellenwert überschreitet, bedeutet das, dass das Entlüften des Batteriegehäuses 110 nicht ausreichend ist und weiterhin ein Druck innerhalb des Batteriegehäuses 110 vorherrscht, der den vorbestimmten Differenzdruckschwellenwert überschreitet. Gleichzeitig kann ausgesagt werden, dass die Masse bzw. das Volumen des Fluids, das während des Entlüftungsvorgangs aus dem Batteriegehäuse 110 herausströmt, derart groß ist, dass eine Anomalie bzw. Fehler der Batterievorrichtung 100 festgestellt werden kann. Zudem kann ausgesagt werden, dass das Entlüften des Batteriegehäuses 110 zu lange dauert und folglich über die Öffnungsdauer der Entlüftungsvorrichtung zu viel Gas, insbesondere mehr als erwartet, aus dem Batteriegehäuse 110 herausströmt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Fehlerermittlungsvorrichtung 170 kann somit auf einfache und effiziente Weise mittels eines Differenzdrucksensors 140 ein Fehler der Batterievorrichtung 100 frühestmöglich erkannt und eine entsprechende Warnung an den Betreiber des Fahrzeugs ausgegeben werden.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Feststellen eines Fehlers einer ein Batteriegehäuse (110) aufweisenden Batterievorrichtung (100) eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren aufweist:

Empfangen eines Differenzdrucksignals von einer Differenzdruckermittlungsvorrichtung (140), wobei das Differenzdrucksignal repräsentativ ist für den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses (110) und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses (110),

Senden eines Entlüftungssignals an eine Entlüftungsvorrichtung (130), wenn das Differenzdrucksignal einen Differenzdruck anzeigt, die größer ist als ein vorbestimmter Differenzdruckschwellenwert, wobei das Entlüftungssignal die Entlüftungsvorrichtung (130) dazu veranlasst, das Innere des Batteriegehäuses (110) mit dem Äußeren des Batteriegehäuses (110) zum zumindest teilweisen Entlüften des Batteriegehäuses (110) zumindest teilweise fluidzuverbinden,

Empfangen eines Strömungsparametersignals von einer Strömungsparameterermittlungseinheit (164), wobei das Strömungsparametersignal repräsentativ ist für einen Strömungsparameter des während des Entlüftens des Batteriegehäuses (110) aus dem Batteriegehäuse (110) strömenden Fluids,

Feststellen eines Fehlers der Batterievorrichtung (100), wenn das Strömungsparametersignal einen Strömungsparameter anzeigt, der größer ist als ein vorbestimmter Strömungsschwellenwert, und

Senden eines Fehlersignals, das angibt, dass ein Fehler der Batterievorrichtung (100) vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der Strömungsparameter das Fluidvolumen und/oder die Fluidmasse des Fluids angibt, das während des Entlüftens des Batteriegehäuses (110) aus dem Batteriegehäuse (110) strömt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entlüftungsvorrichtung ein direktgesteuertes Magnetventil

(130) ist, das einen gegen einen Ventilsitz drückenden Ventilkolben aufweist, wobei das Entlüftungssignal dazu ausgebildet ist, den Ventilkolben dazu zu veranlasst, sich vom Ventilsitz in eine einstellbare Ventilkolbenposition zum Bereitstellen einer einstellbaren Öffnungsquerschnittsfläche zumindest teilweise loslöst, durch die das Fluid aus dem Batteriegehäuse strömen kann, wobei die Strömungsparameterermittlungseinheit (164) dazu ausgebildet ist, den Strömungsparameter des durch das direktgesteuerte Magnetventil (130) strömenden Fluids zumindest teilweise basierend auf der Ventilposition des Ventilkolbens zu ermitteln und das entsprechende Strömungsparametersignal zu senden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Strömungsparameterermittlungseinheit (164) ferner dazu ausgebildet ist, ein Temperatursignal zu empfangen, das repräsentativ ist für die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses (110), den Strömungsparameter des durch das direktgesteuerte Magnetventil (130) strömenden Fluids zumindest teilweise basierend auf dem empfangenen Temperatursignal zu ermitteln und das entsprechende Strömungsparametersignal zu senden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Differenzdruckschwellenwert ungefähr 50 mbar beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fehlersignal zum Ansteuern einer Bedienerschnittstelle zum Anzeigen einer Warnung an einen Bediener des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei die Warnung den Bediener darüber informiert, dass ein Fehler der Batterievorrichtung (100) festgestellt worden ist.

7. Steuerungsvorrichtung (160), die dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

8. Steuerungsvorrichtung (160) nach Anspruch 7, aufweisend: einen ersten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (162) zum Ausführen des Schrittes des Empfangens eines Differenzdrucksignals von der Differenzdruckermittlungsvorrichtung (140), einen zweiten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (161 ) zum Ausführen des Schrittes des Sendens eines Entlüftungssignals, einen dritten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (164) zum Ausführen des Schrittes des Empfangens eines Strömungsparametersignals von der Strömungsparameterermittlungsvorrichtung (), einen vierten Steuerungsvorrichtungsabschnitt (166) zum Ausführen des Schrittes des Sendens eines Fehlersignals.

9. Fehlerermittlungsvorrichtung (170) für eine ein Batteriegehäuse (110) aufweisende Batterievorrichtung (100) eines Fahrzeugs, mit: einer Differenzdruckermittlungsvorrichtung (140), die dazu ausgebildet ist, ein Differenzdrucksignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für den Differenzdruck zwischen dem Druck innerhalb des Batteriegehäuses (110) und dem Druck außerhalb des Batteriegehäuses (110), und einer Steuerungsvorrichtung (160) nach einem der Ansprüche 7 und 8.

10. Fehlerermittlungsvorrichtung (170) nach Anspruch 9, ferner mit: einem Temperatursensor (150), der dazu ausgebildet ist, ein

Temperatursignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für die Temperatur innerhalb des Batteriegehäuses (110).

11 . Batterievorrichtung (100) für ein Fahrzeug, mit: einem Batteriegehäuse (110), zumindest einer im Batteriegehäuse (110) angeordneten Batterie (120), einer Entlüftungsvorrichtung (130), die dazu ausgebildet ist, beim Empfangen eines Entlüftungssignals das Innere des Batteriegehäuses (110) mit dem Äußeren des Batteriegehäuses (110) zum zumindest teilweisen Entlüften des Batteriegehäuses (110) zumindest teilweise fluidzuverbinden, und einer Fehlerermittlungsvorrichtung (170) nach einem der Ansprüche 9 und 10.

12. Computerprogramm, umfassend Befehle, die, wenn sie von einer Recheneinheit ausgeführt werden, die Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.

13. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.