WO2012136357A2 - Vorrichtung und verfahren zur dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen energiespeichers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen energiespeichers Download PDF

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Jochen STURM
Rüdiger NEBELSIEK
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Daimler Ag
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for leak detection of an electrochemical energy store, which is designed as a single battery cell or as a battery with a plurality of parallel and / or serially interconnected battery individual cells, wherein at least one detection unit is provided, by means of which a gas concentration in a housing detectable is.
  • the system includes a gas sensor having a gas-sensitive nanoparticle structure comprising metal nanoparticles associated with bi-or polyfunctional organic molecules.
  • the gas sensitive nanoparticle structure is a metal nanoparticle / organic
  • the gas sensor is a sensor that operates based on analyte-induced changes in its conductivity, capacitance, inductance, dielectric permittivity, polarization, impedance, heat capacity, or temperature.
  • the method provides for the gas sensing gas sensor to be located near a battery and to detect analyte-induced changes in electrical conductivity, capacitance, inductance, dielectric permittivity, polarization, impedance, heat capacity, or temperature in the gas sensor that indicate a faulty battery.
  • an analyte-induced change in the electrical conductivity, capacitance, inductance, dielectric permittivity, polarization, impedance, heat capacity, or temperature in the gas sensor is detected, an output of an optical, an acoustic signal and / or a data signal is triggered.
  • the determined faulty battery is automatically sorted out.
  • the invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved device and an improved method for leak detection of an electrochemical energy storage, which is designed as a single battery cell or as a battery with a plurality of parallel and / or serially interconnected battery single cells.
  • Energy storage which is designed as a single battery cell or as a battery with a plurality of parallel and / or serially interconnected battery individual cells, at least one detection unit is provided, by means of which a gas concentration in a housing can be detected.
  • the housing is designed and closable as a battery housing, wherein the detection unit is a metal oxide sensor, which is connected to an evaluation unit, wherein depending on the detected gas concentration by means of the evaluation unit, a control signal, for example for switching off the electrochemical energy storage and / or for triggering a binder release unit automatically can be generated.
  • the safety for persons handling the electrochemical energy store is increased in a particularly advantageous manner both during operation and when not in operation.
  • the electrochemical energy store can be continuously monitored with regard to its tightness by means of the at least one detection unit.
  • the electrochemical energy store is preferably a high-voltage battery for an electric vehicle, a hybrid vehicle or a vehicle powered by fuel cells, the individual battery cells being, in particular, lithium-ion cells.
  • Detected signals of the at least one metal oxide sensor can be fed to the evaluation unit, so that inflammable and even explosive gas compositions can be determined and, depending on this, at least one measure is automatically initiated with regard to the safety of persons by means of the evaluation unit.
  • the metal oxide sensor as detection unit of the gas concentration preferably comprises a ceramic chip with platinum microstructures and, for example, three gas-sensitive
  • Metal oxide layers for reducible and easily and hardly oxidizable gases wherein the components may be at least partially disposed in a sensor housing.
  • the mode of operation of the metal oxide sensor is based on a change in the conductivity of the gas-sensitive metal oxide layers upon contact with oxidizable and / or reducible gases.
  • a measuring range of the metal oxide sensor is dependent on the type of gas, wherein a gas concentration of a few parts of a million, also referred to as parts per million, can be detected as a relative measure.
  • Solvent components of the electrolyte escape or exit and thus there is a risk to persons at least in the immediate area of the battery.
  • the detection unit designed as metal oxide sensor, for example in the case of an electronic and / or cable fire within the
  • Battery housing to detect combustion gases and detected signals of the
  • the battery is by means of a
  • the binder release unit is arranged in the battery housing itself, whereby the binder within the
  • Battery housing is releasable and binds leaking electrolyte within the battery housing from a leaking battery single cell. Thus, it is largely excluded that the electrolyte exits the battery case and thus may pose a danger to persons.
  • the binder release unit has a container with a closable opening, wherein the evaluation unit is advantageously connected to a release mechanism, by means of which the opening is closed. Due to the connection between the evaluation unit and the release mechanism, it is possible to
  • Binder release unit automatically trigger without manual intervention.
  • the Binder is released and spreads in the battery case.
  • the binder is a liquid absorber for organic liquid substances.
  • an output unit for outputting an optical, acoustic and / or haptic warning signal is provided so that, for example, a driver of the vehicle receives an indication of the existing danger with respect to the electrochemical energy store.
  • a leaking single battery cell can have its full function despite a leak, so that the defect goes unnoticed.
  • a plurality of detection units may be arranged in the battery housing, so that when a plurality of electrochemical
  • Energy storage each energy storage is associated with a respective detection unit.
  • the detected signals can be supplied to the evaluation unit, so that advantageously it can be determined on the basis of the detected gas concentration where the leaking electrochemical energy store or the leaking single battery cell is located inside the battery housing.
  • the detection unit is in one
  • the detection unit is arranged in the battery single cell, a gas concentration can be detected within it, so that a
  • Detecting unit decomposition substances of the electrolyte detectable, from which the quality state and the aging state of the single cell battery can be determined.
  • knowledge of the quality and / or aging state of the electrochemical energy store is useful in assembling a battery of used battery cells.
  • the determined quality state and / or the aging state are or are an important parameter in the case of replacement, repair, recycling and / or disposal of an electrochemical energy store.
  • the device for checking the tightness of the electrochemical energy store can also be used, for example, in the production of electrochemical energy stores. It is also conceivable that in the battery case, at least in the short term and for example at regular intervals, a negative pressure relative to the outer environment of the battery case is generated technically. This makes it possible, if one
  • a method for checking the tightness of an electrochemical energy store which is designed as a single battery cell or battery with a plurality of parallel and / or serially interconnected battery individual cells, provides that a gas concentration in a housing is detected by means of at least one detection unit.
  • the housing is designed and sealed as a battery housing, wherein the gas concentration is detected in the battery housing by means of a metal oxide sensor as the detection unit and the detected signal is supplied to an evaluation unit and depending on the detected gas concentration, a control signal for switching off the electrochemical energy storage and / or for triggering a binder release unit and / or warning the driver is generated.
  • the gas concentration in a particularly advantageous manner is continuously, d. H. recorded both during operation and at standstill of the vehicle.
  • volatile components of an electrolyte are detected by means of the detection unit, wherein the volatile constituents are organic carbonates, provided that the volatile constituents are organic carbonates, provided that the
  • electrochemical energy storage is designed as a lithium-ion cell or lithium-ion battery. By detecting the volatile components of the solvent, flammable and even explosive gas compositions in the enclosure can be detected.
  • At least one warning signal can be generated and output by means of the evaluation unit.
  • Assigned detection unit in the form of a metal oxide sensor, so that by means of the evaluation unit can be determined, where in the case of a detected gas concentration, a leaking electrochemical energy storage. This facilitates the
  • FIG. 1 shows schematically a sectional view of a device according to the invention for leak detection of a battery
  • Fig. 2 shows schematically an alternative embodiment of the device for
  • Fig. 4 shows schematically a view of an enlarged detail of a
  • Fig. 5 shows schematically a view of an enlarged section of a
  • Figure 1 shows a sectional view of a device according to the invention for
  • Tightness check of an electrochemical energy store which is designed as a battery 1 or as a single battery cell 2.
  • the battery 1 is a high-voltage battery for an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell-powered vehicle.
  • the device comprises a housing designed as a battery housing 3, a
  • the battery case 3 is box-shaped and closable, wherein the battery case 3 is designed to be substantially tight in the closed state.
  • the battery individual cells 2, 7 each have a cell housing 2.1, in which a non-illustrated electrode assembly is arranged consisting of anode layers, cathode layers and located between them Separatorlagen.
  • a cell cover 2.2 as the upper end of the cell housing 2.1, at least two openings are introduced, in each of which a pole 8 of the battery single cell 2, 7 is arranged.
  • One of the poles 8 is connected to the anode layers and the other pole 8 is connected to the cathode layers of the electrode coil within the cell housing 2.1.
  • a plurality of detection units 4 Arranged on an inner upper side of the battery housing 3 are a plurality of detection units 4 designed as metal oxide sensors, which are connected to the evaluation unit 5 of a battery monitoring unit.
  • the detection units 4 are preferably arranged directly above the battery individual cells 2, wherein a
  • the detection units 4 which are embodied as metal oxide sensors, comprise a sensor housing, not shown in detail, in which a ceramic chip with platinum microstructures and preferably three gas-sensitive metal oxide layers are arranged to detect reducible and easily and hardly oxidizable gases.
  • the binder release unit 6 comprises a container 6.1, in which the binder 9 is stored, for example in the form of a liquid absorber for organic liquid substances.
  • a cassette or other device for storing the binder 9 may also be provided.
  • the container 6.1 has a closable by means of a release mechanism 6.2 opening, wherein at the opening a valve 6.3 is arranged.
  • the valve 6.3 is opened by means of the release mechanism 6.2, which can be triggered pyrotechnically, electrically and / or electromagnetically.
  • the binder 9 is released and flows from the container 6.1 in the battery case 3.
  • predetermined breaking points for example, are melted through the container 6.1 or a line section and thus the opening for releasing the binder 9 is released.
  • valve actuator or other closable device is arranged on the container 6.1.
  • the container 6.1 and the release mechanism 6.2 are connected to the evaluation unit 5 of the battery monitoring unit.
  • the leaking battery single cell 7 has a leakage, through which volatile solvent components of an electrolyte 10 of the battery single cell 7 evaporate.
  • a closed with a closure element 11 burst opening 2.3 open as shown in detail in Figure 5.
  • the pressure can be controlled to escape from the cell housing 2.1 without the cell housing 2.1 bursting. If the bursting opening 2.3 is no longer closed, electrolyte 10 can be removed from the
  • the detection units 4 When the volatile solvent components of the electrolyte 10 contact the detection units 4 in the form of the metal oxide sensors arranged on the upper side of the battery case 3, the conductivity of the gas-sensitive metal oxide layers changes, so that a gas concentration can be detected. Ie.
  • Each of the detection units 4 detects the gas concentration in the area of its detection surface.
  • the detected signals of each detection unit 4 are supplied to the evaluation unit 5 and compared with stored threshold values S T to S 3 with respect to the gas concentration.
  • a first control signal is generated by means of an output unit, not shown, coupled to the evaluation unit 5, by means of which an output of an optical, an acoustic and / or a haptic warning signal can be triggered.
  • the optical warning signal is preferably arranged by means of at least one in an instrument panel
  • the acoustic warning signal is preferably located above the vehicle
  • Issued speaker which can vibrate as a haptic warning signal, for example, a steering wheel or a seat of the vehicle. By means of the output of the warning signal, the driver is notified of a defect in the battery 1.
  • a second control signal is generated by means of the evaluation unit 5, which is supplied to the battery monitoring unit.
  • the battery 1 by means of
  • the driver of the vehicle within a predetermined period of time before switching off the battery 1, for example by means of another acoustic and / or optical and / or haptic warning signal about the upcoming
  • the evaluation unit 5 If the battery 1 is subsequently checked by means of a suitable personnel, it is possible for the evaluation unit 5 to be connected to the battery monitoring unit
  • each detection unit 4 Since the individual detected gas concentrations of each detection unit 4 are stored and readable in the evaluation unit 5, it can be determined on the basis of the detected gas concentrations where the leaking single battery cell 7 is located within the battery housing 3. Ie. if one of the detection units 4 detects a gas concentration having a higher value than other detected gas concentrations, then
  • Single battery cell 7 can be replaced by means of an intact battery single cell 2 and the battery 1 can be put back into operation.
  • a third control signal is generated and fed to the release mechanism 6.2 of the binder release unit 6.
  • the binder release unit 6 is triggered automatically.
  • the valve 6.3 is opened by means of the release mechanism 6.2, so that the Binder 9 is released, distributed in the battery case 3 and leaked electrolyte 10 binds.
  • Battery housing 3 arranged detection units 4 and combustion gases that arise, for example, in a cable fire and / or an electronics fire are detected.
  • combustion gases carbon monoxide
  • Carbon dioxide and / or hydrogen detected If such combustion gases are detected, a further control signal is preferably generated and the battery 1 in a safe state, for. B. by switching off the electrical operation, offset.
  • At least one warning signal is output by means of the output unit and preferably the battery 1 is turned off.
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the device for checking the tightness of the battery individual cells 2 of the battery 1.
  • the device comprises a disposed in the battery case 3
  • Detection unit 4 by means of which a gas concentration is detected.
  • Detection unit 4 is connected to the evaluation unit 5, which evaluates detected signals and, when at least one of the stored threshold values S ⁇ S 2 is exceeded, initiates the corresponding measure by means of a generated control signal.
  • the device according to FIG. 2 does not comprise a binder release unit 6, so that the battery 1 is particularly preferred when the gas concentration is detected accordingly
  • FIG. 3 shows a plan view of six serially interconnected
  • Battery individual cells 2 wherein in each case one pole 8 of negative polarity is connected to a pole 8 of positive polarity of another battery single cell 2.
  • a detection unit 4 is arranged in the form of a metal oxide sensor.
  • Single battery cells 2 are preferably connected to the evaluation unit 5 via a data bus.
  • the detection units 4 can be arranged on the cell cover 2.2 additionally or alternatively to those on the upper side of the battery housing 3
  • Detection units 4 may be provided.
  • FIG. 4 shows an enlarged section of a cell head of the single battery cell 2 with detection unit 4.
  • the detection unit 4 is arranged in the form of a metal oxide sensor. A detection surface of the
  • Detection unit 4 is located within the cell housing 2.1, wherein the detection surface protrudes into a free space 14 to compensate for an overpressure.
  • the overpressure in the single battery cell 2 arises due to heat generated in the cell housing 2.1 during charging and discharging of the single battery cell 2.
  • a pressure relief valve may be arranged on the cell cover 2.2, which is fluidically connected both to the free space 14 and to an environment of the single battery cell 2. Is the free space 14 to compensate for the prevailing in the cell housing 2.1 overpressure is not sufficient, d. H. increases the pressure for the cell case 2.1 inadmissible, opens the pressure relief valve, so that the
  • the spacer elements 15 serve to ensure that a volume of the free space 14 between the electrode coil and the cell cover 2.2 is specified.
  • the overpressure prevailing in the cell housing 2.1 can not be reduced by means of the free space 14 and by means of the pressure relief valve, there is a risk that the single cell cell 2 will burst, that is to say the cell housing 2.1 will suddenly fail.
  • the cell housing 2.1 can rupture due to the prevailing overpressure.
  • the bursting opening 2.3 is provided.
  • the burst opening 2.3 is connected to the closure element 11, z. B.
  • Membrane sealed, wherein the closure element 11 is formed such that it opens at a certain pressure occurring in the cell housing 2.1, so that the pressure is reduced, as shown in Figure 5 in more detail.
  • the detection unit 4 is connected to a control unit 16, to which detected signals can be fed.
  • the detection surface of the detection unit 4 protrudes into the free space 14, so that a gas concentration located in the free space 14 is detected.
  • nitrogen oxides, nitrogen monoxide, carbon monoxide and / or carbon dioxide as
  • Electrolyte decomposition substances detected by the detection unit 4. The detected signals are supplied to the control unit 16 and evaluated. For example, 16 threshold values are stored in the control unit, which are compared with a respective proportion of a gas in the detected gas concentration. Based on the comparison, a quality state of the battery single cell 2 is determined. Additionally or alternatively, also an aging state of the single battery cell 2 can be determined on the basis of the detected
  • Gas concentration can be determined.
  • Battery single cell 2 represents an important factor z. B. in an exchange, in a recycling and disposal of the battery single cell 2.
  • FIG. 5 shows a bottom region of a single battery cell 2 with an open one
  • Electrolyte 10 passes through the burst opening 2.3 with respect to the

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle (2) oder als Batterie (1) mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen (2) ausgebildet ist, wobei mindestens eine Erfassungseinheit (4) vorgesehen ist, mittels welcher eine Gaskonzentration in einem Gehäuse erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse als ein Batteriegehäuse (3) ausgebildet und verschließbar, wobei die Erfassungseinheit (4) ein Metalloxidsensor ist, welcher mit einer Auswerteeinheit (5) verbunden ist und dass in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration mittels der Auswerteeinheit (5) ein Steuersignal zur Abschaltung des elektrochemischen Energiespeichers und/oder zur Auslösung einer Bindemittelfreisetzungseinheit (6) automatisch erzeugbar ist.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen
Energiespeichers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle oder als Batterie mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen ausgebildet ist, wobei mindestens eine Erfassungseinheit vorgesehen ist, mittels welcher eine Gaskonzentration in einem Gehäuse erfassbar ist.
Aus der US 2007/0229294 A1 sind ein System zum Nachweisen eines Lecks in einer Batterie und ein Verfahren zum Erfassen eines Lecks einer Batterie bekannt. Das System weist einen Gassensor mit einer gassensitiven Nanopartikelstruktur auf, welche mit bi- oder polyfunktionalen organischen Molekülen verbundene Metallnanopartikel aufweist. Die gassensitive Nanopartikelstruktur ist eine Metallnanopartikel/organische
Verbundstruktur kombiniert mit einer halbleitenden Polymerstruktur und/oder einer Polymer/Carbon-Black-Verbundstruktur. Diese Strukturen weisen eine sehr hohe
Empfindlichkeit gegenüber flüchtigen Chemikalien auf. Der Gassensor ist ein Sensor, welcher auf Basis von Analyt-induzierten Änderungen seiner Leitfähigkeit, Kapazität, Induktivität, dielektrischen Permittivität, Polarisation, Impedanz, Wärmekapazität oder Temperatur arbeitet. Das Verfahren sieht vor, dass der gassensitive Gassensor nahe einer Batterie angeordnet wird und Analyt-induzierte Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit, Kapazität, Induktivität, dielektrische Permittivität, Polarisation, Impedanz, Wärmekapazität, oder Temperatur im Gassensor erfasst, die eine fehlerhafte Batterie anzeigen. Wird eine Analyt-induzierte Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, Kapazität, Induktivität, dielektrische Permittivität, Polarisation, Impedanz, Wärmekapazität, oder Temperatur im Gassensor erfasst, wird eine Ausgabe eines optischen, eines akustischen Signals und/oder eines Datensignals ausgelöst. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die ermittelte fehlerhafte Batterie automatisch aussortiert.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle oder als Batterie mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen ausgebildet ist, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Anspruch 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei einer Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen
Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle oder als Batterie mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen ausgebildet ist, ist mindestens eine Erfassungseinheit vorgesehen, mittels welcher eine Gaskonzentration in einem Gehäuse erfassbar ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuse als ein Batteriegehäuse ausgebildet und verschließbar, wobei die Erfassungseinheit ein Metalloxidsensor ist, welcher mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, wobei in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration mittels der Auswerteeinheit ein Steuersignal beispielsweise zur Abschaltung des elektrochemischen Energiespeichers und/oder zur Auslösung einer Bindemittelfreisetzungseinheit automatisch erzeugbar ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Sicherheit für Personen im Umgang mit dem elektrochemischen Energiespeicher sowohl im Betrieb als auch im Nichtbetrieb desselben in besonders vorteilhafter Weise erhöht. Um den Betrieb der Batterie sicherstellen zu können, ist vorgesehen, dass der elektrochemische Energiespeicher mittels der mindestens einen Erfassungseinheit hinsichtlich seiner Dichtheit fortlaufend überwachbar ist.
Bei dem elektrochemischen Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um eine Hochvoltbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, wobei die Batterieeinzelzellen insbesondere Lithium-Ionen-Zellen sind.
Erfasste Signale des mindestens einen Metalloxidsensors sind der Auswerteeinheit zuführbar, so dass entzündliche und sogar explosive Gaszusammensetzungen ermittelbar sind und in Abhängigkeit dessen mittels der Auswerteeinheit im Hinblick auf die Sicherheit von Personen zumindest eine Maßnahme automatisch eingeleitet wird. Der Metalloxidsensor als Erfassungseinheit der Gaskonzentration umfasst bevorzugt einen Keramikchip mit Platinmikrostrukturen und beispielsweise drei gassensitive
Metalloxidschichten für reduzierbare sowie leicht und schwer oxidierbare Gase, wobei die Bestandteile zumindest teilweise in einem Sensorgehäuse angeordnet sein können.
Die Funktionsweise des Metalloxidsensors basiert auf einer Änderung der Leitfähigkeit der gassensitiven Metalloxidschichten bei einer Kontaktierung mit oxidierbaren und/oder reduzierbaren Gasen. Dabei ist ein Messbereich des Metalloxidsensors abhängig von der Gasart, wobei eine Gaskonzentration von einigen Teilen von einer Million, auch als parts per million bezeichnet, als relative Maßangabe erfassbar ist.
Herrscht in dem Batteriegehäuse eine Gaskonzentration vor, die mittels der mindestens einen Erfassungseinheit detektierbar ist, ist darauf zurückzuschließen, dass mindestens eine Batterieeinzelzelle der Batterie undicht ist, Elektrolyt und/oder leichtflüchtige
Lösungsmittelkomponenten des Elektrolyts austreten bzw. austritt und somit eine Gefahr für Personen zumindest im unmittelbaren Bereich der Batterie besteht.
Darüber hinaus ist es mit der als Metalloxidsensor ausgeführten Erfassungseinheit möglich, beispielsweise bei einem Elektronik- und/oder Kabelbrand innerhalb des
Batteriegehäuses Verbrennungsgase zu detektieren und erfasste Signale der
Auswerteeinheit zuzuführen. In einem derartigen Fall ist die Batterie mittels eines
Steuersignals der Auswerteeinheit z. B. abschaltbar.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Bindemittelfreisetzungseinheit in dem Batteriegehäuse selbst angeordnet, wodurch das Bindemittel innerhalb des
Batteriegehäuses freisetzbar ist und aus einer undichten Batterieeinzelzelle austretendes Elektrolyt innerhalb des Batteriegehäuses bindet. Somit ist weitgehend ausgeschlossen, dass der Elektrolyt aus dem Batteriegehäuse austritt und somit eine Gefahr für Personen darstellen kann.
Die Bindemittelfreisetzungseinheit weist einen Behälter mit einer verschließbaren Öffnung auf, wobei die Auswerteeinheit vorteilhaft mit einem Freisetzungsmechanismus, mittels welchem die Öffnung verschlossen ist, verbunden ist. Durch die Verbindung zwischen der Auswerteeinheit und dem Freisetzungsmechanismus ist es möglich, die
Bindemittelfreisetzungseinheit automatisch ohne manuellen Eingriff auszulösen. Das Bindemittel wird freigesetzt und verteilt sich im Batteriegehäuse. Beispielsweise ist das Bindemittel ein flüssiger Absorber für organische flüssige Substanzen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines optischen, akustischen und/oder haptischen Warnsignals vorgesehen, so dass beispielsweise ein Fahrer des Fahrzeugs einen Hinweis auf die bestehende Gefahr in Bezug auf den elektrochemischen Energiespeicher erhält. Eine undichte Batterieeinzelzelle kann trotz einer Leckage ihre volle Funktion aufweisen, so dass der Defekt unbemerkt bleibt.
Vorzugsweise können auch mehrere Erfassungseinheiten in dem Batteriegehäuse angeordnet sein, so dass bei Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen
Energiespeichern jedem Energiespeicher jeweils eine Erfassungseinheit zugeordnet ist. Die erfassten Signale sind der Auswerteeinheit zuführbar, so dass anhand der erfassten Gaskonzentration vorteilhaft ermittelbar ist, wo sich innerhalb des Batteriegehäuses der undichte elektrochemische Energiespeicher bzw. die undichte Batterieeinzelzelle befindet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Erfassungseinheit in einem
Innenraum des Batteriegehäuses an und/oder in der Batterieeinzelzelle angeordnet, um die Gaskonzentration zu erfassen. Ist die Erfassungseinheit in der Batterieeinzelzelle angeordnet, ist eine Gaskonzentration innerhalb dieser erfassbar, so dass ein
Qualitätszustand und darüber hinaus ein Alterungszustand der Batterieeinzelzelle ermittelbar ist. Dabei sind mittels der in der Batterieeinzelzelle angeordneten
Erfassungseinheit Zersetzungssubstanzen des Elektrolyts erfassbar, wobei daraus der Qualitätszustand sowie der Alterungszustand der Batterieeinzelzelle ermittelbar sind.
Insbesondere ist die Kenntnis über den Qualitätszustand und/oder den Alterungszustand des elektrochemischen Energiespeichers bei Zusammensetzung einer Batterie aus gebrauchten Batterieeinzelzellen nützlich. Darüber hinaus sind bzw. ist der ermittelte Qualitätszustand und/oder der Alterungszustand eine wichtige Kenngröße bei einem Austausch, einer Reparatur, einer stofflichen Verwertung und/oder einer Entsorgung eines elektrochemischen Energiespeichers.
Des Weiteren ist die Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung des elektrochemischen Energiespeichers beispielsweise auch bei einer Produktion von elektrochemischen Energiespeichern einsetzbar. Denkbar ist auch, dass in dem Batteriegehäuse zumindest kurzfristig und beispielsweise in regelmäßigen Abständen ein Unterdruck gegenüber der äußeren Umgebung des Batteriegehäuses technisch erzeugt wird. Dadurch ist es möglich, sofern ein
elektrochemischer Energiespeicher undicht ist, ein Verdampfen von
Elektrolytbestandteilen zu beschleunigen.
Ein Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle oder als Batterie mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen ausgebildet ist, sieht vor, dass mittels mindestens einer Erfassungseinheit eine Gaskonzentration in einem Gehäuse erfasst wird. Erfindungsgemäß wird das Gehäuse als ein Batteriegehäuse ausgebildet und verschlossen, wobei in dem Batteriegehäuse mittels eines Metalloxidsensors als Erfassungseinheit die Gaskonzentration erfasst wird und das erfasste Signal einer Auswerteeinheit zugeführt wird und in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration ein Steuersignal zur Abschaltung des elektrochemischen Energiespeichers und/oder zur Auslösung einer Bindemittelfreisetzungseinheit und/oder zur Warnung des Fahrers erzeugt wird.
Ist der elektrochemische Energiespeicher in einem Fahrzeug angeordnet, wird die Gaskonzentration in besonders vorteilhafter Weise fortlaufend, d. h. sowohl im Betrieb als auch im Stillstand des Fahrzeugs erfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden mittels der Erfassungseinheit leichtflüchtige Lösungsmittelbestandteile eines Elektrolyts erfasst, wobei es sich bei den leichtflüchtigen Lösungsmittelsbestandteilen um organische Carbonate handelt, sofern der
elektrochemische Energiespeicher als Lithuim-Ionen-Zelle oder Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt ist. Durch die Erfassung der leichtflüchtigen Lösungsmittelbestandteile können entzündliche und sogar explosive Gaszusammensetzungen im Gehäuse erfasst werden.
Werden derartige Gaszusammensetzungen erfasst, ist vorgesehen, dass mittels der Auswerteeinheit zumindest ein Warnsignal generierbar und ausgebbar ist. Dadurch, dass entzündliche und sogar explosive Gaszusammensetzungen erfassbar sind und resultierend daraus ein Warnsignal erzeugbar und ausgebbar ist, ist eine gesundheitliche Gefahr für Personen, welche sich in unmittelbarer Umgebung des elektrochemischen Energiespeichers befinden, vermindert. In besonders vorteilhafter Weise wird bei Anordnung einer Mehrzahl von
elektrochemischen Energiespeichern jedem Energiespeicher jeweils eine
Erfassungseinheit in Form eines Metalloxidsensors zugeordnet, so dass mittels der Auswerteeinheit ermittelt werden kann, wo sich im Fall einer erfassten Gaskonzentration ein undichter elektrochemischer Energiespeicher befindet. Dabei erleichtert die
Vorrichtung eine Suche nach der undichten Batterieeinzelzelle erheblich. Da ein
Metalloxidsensor als Erfassungseinheit vergleichsweise geringe Abmessungen und relativ geringe Anschaffungskosten aufweist, ist es möglich, mehrere Erfassungseinheiten zur Dichtheitsüberprüfung elektrochemischer Energiespeicher in einem Batteriegehäuse anzuordnen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung einer Batterie,
Fig. 2 schematisch eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zur
Dichtheitsüberprüfung,
Fig. 3 schematisch miteinander verschaltete Batterieeinzelzellen mit jeweils an einem Zelldeckel angeordneter Erfassungseinheit,
Fig. 4 schematisch eine Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes einer
Batterieeinzelzelle mit in einer Öffnung im Zelldeckel angeordneter Erfassungseinheit, und
Fig. 5 schematisch eine Ansicht eines vergrößerten Ausschnittes eines
Bodenbereiches der Batterieeinzelzelle mit geöffneter Berstöffnung.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterie 1 oder als Batterieeinzelzelle 2 ausgebildet ist.
Bei der Batterie 1 handelt es sich um eine Hochvoltbatterie für ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug.
Die Vorrichtung umfasst ein als Batteriegehäuse 3 ausgebildetes Gehäuse, eine
Mehrzahl von Metalloxidsensoren als Erfassungseinheiten 4, eine Auswerteeinheit 5 sowie eine Bindemittelfreisetzungseinheit 6.
Das Batteriegehäuse 3 ist kastenförmig und verschließbar ausgebildet, wobei das Batteriegehäuse 3 im geschlossenen Zustand im Wesentlichen dicht ausgeführt ist.
In dem Batteriegehäuse 3 ist eine vorgegebene Anzahl von Batterieeinzelzellen 2, 7 als elektrochemische Energiespeicher angeordnet, welche parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind. Dabei befindet sich unter den Batterieeinzelzellen 2 eine undichte Batterieeinzelzelle 7.
Die Batterieeinzelzellen 2, 7 weisen jeweils ein Zellgehäuse 2.1 auf, in welchem eine nicht näher dargestellter Elektrodenanordnung bestehend aus Anodenlagen, Kathodenlagen und sich zwischen diesen befindenden Separatorlagen angeordnet ist.
In einen Zelldeckel 2.2, als oberer Abschluss des Zellgehäuses 2.1 , sind mindestens zwei Öffnungen eingebracht, in welchen jeweils ein Pol 8 der Batterieeinzelzelle 2, 7 angeordnet ist.
Einer der Pole 8 ist mit den Anodenlagen und der andere Pol 8 ist mit den Kathodenlagen des Elektrodenwickels innerhalb des Zellgehäuses 2.1 verbunden.
An einer inneren Oberseite des Batteriegehäuses 3 sind mehrere als Metalloxidsensoren ausgeführte Erfassungseinheiten 4 angeordnet, welche mit der Auswerteeinheit 5 einer Batterieüberwachungseinheit verbunden sind. Dabei sind die Erfassungseinheiten 4 vorzugsweise direkt oberhalb der Batterieeinzelzellen 2 angeordnet, wobei eine
Detektionsfläche der Erfassungseinheiten 4 in Richtung der Batterieeinzelzellen 2 ausgerichtet ist. Die als Metalloxidsensoren ausgeführten Erfassungseinheiten 4 umfassen ein nicht näher dargestelltes Sensorgehäuse, in welchem ein Keramikchip mit Platinmikrostrukturen und bevorzugt drei gassensitive Metalloxidschichten zur Erfassung von reduzierbaren sowie leicht und schwer oxidierbaren Gasen angeordnet sind.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung der
Batterieeinzelzellen 2, 7 die Bindemittelfreisetzungseinheit 6, die ebenfalls innerhalb des Batteriegehäuses 3 angeordnet ist.
Die Bindemittelfreisetzungseinheit 6 umfasst einen Behälter 6.1 , in dem das Bindemittel 9 beispielsweise in Form eines flüssigen Absorbers für organische flüssige Substanzen gespeichert ist.
Alternativ zur Verwendung des Behälters 6.1 kann auch eine Kassette oder eine andere Vorrichtung zur Speicherung des Bindemittels 9 vorgesehen sein.
Der Behälter 6.1 weist eine mittels eines Freisetzungsmechanismus 6.2 verschließbare Öffnung auf, wobei an der Öffnung ein Ventil 6.3 angeordnet ist. Das Ventil 6.3 wird mittels des Freisetzungsmechanismus 6.2, welcher pyrotechnisch, elektrisch und/oder elektromagnetisch auslösbar ist, geöffnet. Dadurch wird das Bindemittel 9 freigesetzt und strömt aus dem Behälter 6.1 in das Batteriegehäuse 3. Bei der elektrischen Auslösung kann vorgesehen sein, dass Sollbruchstellen, beispielsweise am Behälter 6.1 oder einem Leitungsabschnitt durchschmolzen werden und somit die Öffnung zum Freisetzen des Bindemittels 9 freigegeben wird.
Möglich ist auch, dass zusätzlich oder anstelle des Ventils 6.3 eine Düse, ein so genannter Ventilsteller oder eine andere verschließbare Vorrichtung an dem Behälter 6.1 angeordnet ist.
Vorzugsweise sind der Behälter 6.1 und der Freisetzungsmechanismus 6.2 mit der Auswerteeinheit 5 der Batterieüberwachungseinheit verbunden.
Im Betrieb sowie im Nichtbetrieb der Batterie 1 wird mittels der als Metalloxidsensoren ausgeführten Erfassungseinheiten 4 eine Gaskonzentration innerhalb des
Batteriegehäuses 3 erfasst. Die undichte Batterieeinzelzelle 7 weist eine Leckage auf, durch welche leichtflüchtige Lösungsmittelkomponenten eines Elektrolyts 10 der Batterieeinzelzelle 7 verdampfen. Darüber hinaus kann sich durch einen in der Batterieeinzelzelle 2 vorherrschenden unzulässigen Innendruck, beispielsweise durch einen inneren Kurzschluss hervorgerufen, eine mit einem Verschlusselement 11 verschlossene Berstöffnung 2.3 öffnen, wie in der Figur 5 näher dargestellt ist. Mittels des Öffnens der Berstöffnung 2.3 kann der Druck kontrolliert aus dem Zellgehäuse 2.1 entweichen, ohne dass das Zellgehäuse 2.1 birst. Ist die Berstöffnung 2.3 nicht mehr verschlossen, kann Elektrolyt 10 aus dem
Zellgehäuse 2.1 austreten und eine Gefahr für Personen im Umfeld der Batterie 1 darstellen. Bei Austreten des Elektrolyts 10 verdampfen die leichtflüchtigen
Lösungsmittelkomponenten, wobei diese von den Erfassungseinheiten 4 erfasst werden.
Kontaktieren die leichtflüchtigen Lösungsmittelkomponenten des Elektrolyts 10 mit den an der Oberseite des Batteriegehäuses 3 angeordneten Erfassungseinheiten 4 in Form der Metalloxidsensoren, ändert sich die Leitfähigkeit der gassensitiven Metalloxidschichten, so dass eine Gaskonzentration erfassbar ist. D. h. jede der Erfassungseinheiten 4 erfasst die Gaskonzentration im Bereich ihrer Detektionsfläche.
Die erfassten Signale jeder Erfassungseinheit 4 werden der Auswerteeinheit 5 zugeführt und mit hinterlegten Schwellwerten ST bis S3 in Bezug auf die Gaskonzentration verglichen.
Überschreitet die erfasste Gaskonzentration einen hinterlegten ersten Schwellwert S^ werden bzw. wird mittels einer mit der Auswerteeinheit 5 gekoppelten, nicht gezeigten Ausgabeeinheit ein erstes Steuersignal erzeugt, mittels dessen eine Ausgabe eines optischen, eines akustischen und/oder eines haptischen Warnsignals auslösbar ist.
Ist die Batterie 3 und somit die Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung der
Batterieeinzelzellen 2 in einem Fahrzeug angeordnet, so wird das optische Warnsignal bevorzugt mittels mindestens eines in einer Instrumententafel angeordneten
ansteuerbaren Leuchtmittels ausgegeben.
Das akustische Warnsignal wird vorzugsweise über im Fahrzeug angeordnete
Lautsprecher ausgegeben, wobei als haptisches Warnsignal beispielsweise ein Lenkrad oder ein Sitz des Fahrzeugs vibrieren kann. Mittels der Ausgabe des Warnsignals wird der Fahrer über einen Defekt der Batterie 1 in Kenntnis gesetzt.
Überschreitet die erfasste Gaskonzentration einer der Erfassungseinheiten 4 einen in der Auswerteeinheit 5 hinterlegten zweiten Schwellwert S2, wird mittels der Auswerteeinheit 5 ein zweites Steuersignal erzeugt, welches der Batterieüberwachungseinheit zugeführt wird. Mittels des zweiten Steuersignals wird die Batterie 1 mittels der
Batterieüberwachungseinheit automatisch abgeschaltet, um eine Gefährdung von
Personen im Fahrzeug und in unmittelbarer Umgebung zum Fahrzeug weitgehend auszuschließen. Möglich ist, dass ein elektrischer Betrieb der Batterie 1 mittels
automatischen Öffnens von Schützen unterbrochen wird.
Vorzugsweise wird der Fahrer des Fahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer vor dem Abschalten der Batterie 1 beispielsweise mittels eines weiteren akustischen und/oder optischen und/oder haptischen Warnsignals über den bevorstehenden
Abschaltvorgang informiert. Dadurch ist es möglich, das Fahrzeug an einer geeigneten Stelle, beispielsweise auf einem Seitenstreifen abzustellen, ohne weitere
Verkehrsteilnehmer zu behindern oder sogar zu gefährden.
Wird die Batterie 1 anschließend mittels eines geeigneten Personals überprüft, ist es möglich, die Auswerteeinheit 5 über eine an der Batterieüberwachungseinheit
angeordnete Diagnoseschnittstelle oder über ein Dockingsystem auszulesen. Da in der Auswerteeinheit 5 die einzelnen erfassten Gaskonzentrationen jeder Erfassungseinheit 4 gespeichert und auslesbar sind, kann anhand der erfassten Gaskonzentrationen ermittelt werden, wo sich die undichte Batterieeinzelzelle 7 innerhalb des Batteriegehäuses 3 befindet. D. h. wenn eine der Erfassungseinheiten 4 eine Gaskonzentration erfasst, die einen höheren Wert als andere erfasste Gaskonzentrationen aufweist, so ist die
Wahrscheinlichkeit, dass sich die undichte Batterieeinzelzelle 7 im Detektionsbereich dieser Erfassungseinheit 4 befindet, vergleichsweise hoch. Die undichte
Batterieeinzelzelle 7 kann mittels einer unversehrten Batterieeinzelzelle 2 ausgetauscht und die Batterie 1 wieder in Betrieb genommen werden.
Wird mittels einer der Erfassungseinheiten 4 eine Gaskonzentration erfasst, die einen hinterlegten dritten Schwellwert S3 überschreitet, wird ein drittes Steuersignal erzeugt und dem Freisetzungsmechanismus 6.2 der Bindemittelfreisetzungseinheit 6 zugeführt. Mittels des dritten Steuersignals wird die Bindemittelfreisetzungseinheit 6 automatisch ausgelöst. Das Ventil 6.3 wird mittels des Freisetzungsmechanismus 6.2 geöffnet, so dass das Bindemittel 9 freigesetzt wird, sich in dem Batteriegehäuse 3 verteilt und ausgetretenes Elektrolyt 10 bindet.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass mittels einer Anzahl der im
Batteriegehäuse 3 angeordneten Erfassungseinheiten 4 auch Verbrennungsgase, die beispielsweise bei einem Kabelbrand und/oder einem Elektronikbrand entstehen, detektiert werden. Z. B. werden als Verbrennungsgase Kohlenstoff monoxid,
Kohlenstoffdioxid und/oder Wasserstoff erfasst. Werden derartige Verbrennungsgase detektiert, wird vorzugsweise ein weiteres Steuersignal erzeugt und die Batterie 1 in einen sicheren Zustand, z. B. durch Abschalten des elektrischen Betriebs, versetzt.
Des Weiteren ist es mit der Vorrichtung möglich, entzündliche und explosive
Gaszusammensetzungen im Batteriegehäuse 3 zu erfassen. Wird eine derartige
Gaszusammensetzung erfasst, wird mittels der Ausgabeeinheit zumindest ein Warnsignal ausgegeben und bevorzugt die Batterie 1 abgeschaltet.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform der Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung der Batterieeinzelzellen 2 der Batterie 1 dargestellt.
Dabei umfasst die Vorrichtung eine in dem Batteriegehäuse 3 angeordnete
Erfassungseinheit 4, mittels der eine Gaskonzentration erfasst wird. Die
Erfassungseinheit 4 ist mit der Auswerteeinheit 5 verbunden, die erfasste Signale auswertet und bei Überschreiten zumindest einer der hinterlegten Schwellwerte S^ S2 die entsprechende Maßnahme mittels eines erzeugten Steuersignals einleitet. Die
Vorrichtung gemäß Figur 2 umfasst keine Bindemittelfreisetzungseinheit 6, so dass die Batterie 1 bei entsprechend erfasster Gaskonzentration besonders bevorzugt
automatisch abgeschaltet wird.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht von sechs seriell miteinander verschalteten
Batterieeinzelzellen 2, wobei jeweils ein Pol 8 negativer Polarität mit einem Pol 8 positiver Polarität einer weiteren Batterieeinzelzelle 2 verbunden ist.
An zwei randseitig nebeneinander angeordneten Batterieeinzelzellen 2 ist jeweils ein serieller Anschluss 12 einer Polarität zum Abgreifen der erzeugten Spannung
angeordnet, wobei an den seriellen Anschlüssen 12 ein elektrischer Verbraucher 13 angeordnet ist und somit mit elektrischer Energie versorgt wird. Auf dem Zelldeckel 2.2 einer jeweiligen Batterieeinzelzelle 2 ist eine Erfassungseinheit 4 in Form eines Metalloxidsensors angeordnet. Die Erfassungseinheiten 4 der
Batterieeinzelzellen 2 sind vorzugsweise über einen Datenbus mit der Auswerteeinheit 5 verbunden. Dabei können die Erfassungseinheiten 4 auf dem Zelldeckel 2.2 zusätzlich oder alternativ zu den an der Oberseite des Batteriegehäuses 3 angeordneten
Erfassungseinheiten 4 vorgesehen sein.
Figur 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Zellkopfes der Batterieeinzelzelle 2 mit Erfassungseinheit 4.
In den Zelldeckel 2.2 ist eine Öffnung eingebracht, in welcher die Erfassungseinheit 4 in Form eines Metalloxidsensors angeordnet ist. Eine Detektionsfläche der
Erfassungseinheit 4 befindet sich dabei innerhalb des Zellgehäuses 2.1 , wobei die Detektionsfläche in einen Freiraum 14 zum Ausgleich eines Überdrucks hineinragt.
Beispielsweise entsteht der Überdruck in der Batterieeinzelzelle 2 aufgrund einer in dem Zellgehäuse 2.1 bei Laden und Entladen der Batterieeinzelzelle 2 entstehenden Wärme. Zusätzlich kann ein Überdruckventil am Zelldeckel 2.2 angeordnet sein, welches strömungstechnisch sowohl mit dem Freiraum 14 als auch mit einer Umgebung der Batterieeinzelzelle 2 verbunden ist. Reicht der Freiraum 14 zum Ausgleich des in dem Zellgehäuse 2.1 vorherrschenden Überdrucks nicht aus, d. h. erhöht sich der Überdruck für das Zellgehäuse 2.1 unzulässig, öffnet sich das Überdruckventil, so dass der
Überdruck abgebaut wird.
Darüber hinaus befinden sich im Zellkopf der Batterieeinzelzelle 2 Abstandselemente 15, welche beispielsweise bei einer Deformation des Zellgehäuses 2.1 verhindern, dass der Elektrodenwickel mit dem Zelldeckel 2.2 kontaktiert. Treten Zelldeckel 2.2 und
Elektrodenwickel in Kontakt, so kann ein Kurzschluss innerhalb des Zellgehäuses 2.1 auftreten. Darüber hinaus dienen die Abstandselemente 15 dazu, dass ein Volumen des Freiraumes 14 zwischen dem Elektrodenwickel und dem Zelldeckel 2.2 vorgegeben ist.
Kann der in dem Zellgehäuse 2.1 vorherrschende Überdruck mittels des Freiraumes 14 und mittels des Überdruckventils nicht abgebaut werden, besteht die Gefahr, dass die Batterieeinzelzelle 2 birst, also das Zellgehäuse 2.1 plötzlich versagt. Beispielsweise kann das Zellgehäuse 2.1 dabei aufgrund des vorherrschenden Überdrucks zerreißen. Um zu vermeiden, dass das Zellgehäuse 2.1 unkontrolliert birst, ist die Berstöffnung 2.3 vorgesehen. Die Berstöffnung 2.3 ist mit dem Verschlusselement 11 , z. B. einer
Membran, verschlossen, wobei das Verschlusselement 11 derart ausgebildet ist, dass sich dieses bei einem bestimmten im Zellgehäuse 2.1 auftretenden Druck öffnet, so dass der Überdruck abgebaut wird, wie in Figur 5 näher dargestellt ist.
Die Erfassungseinheit 4 ist mit einer Steuereinheit 16 verbunden, welcher erfasste Signale zuführbar sind.
Die Detektionsfläche der Erfassungseinheit 4 ragt in den Freiraum 14 hinein, so dass eine sich in dem Freiraum 14 befindende Gaskonzentration erfasst wird. Dabei werden Stickoxide, Stickstoffmonoxid, Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlestoffdioxid als
Elektrolyt-Zersetzungssubstanzen von der Erfassungseinheit 4 erfasst. Die erfassten Signale werden der Steuereinheit 16 zugeführt und ausgewertet. Beispielsweise sind in der Steuereinheit 16 Schwellwerte hinterlegt, welche mit einem jeweiligen Anteil eines Gases in der erfassten Gaskonzentration verglichen werden. Anhand des Vergleiches wird ein Qualitätszustand der Batterieeinzelzelle 2 ermittelt. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Alterungszustand der Batterieeinzelzelle 2 anhand der erfassten
Gaskonzentration ermittelt werden.
Die Kenntnis über den Qualitätszustand und/oder den Alterungszustand der
Batterieeinzelzelle 2 stellt einen wichtigen Faktor z. B. bei einem Tausch, bei einer stofflichen Verwertung und bei einer Entsorgung der Batterieeinzelzelle 2 dar.
Figur 5 zeigt einen Bodenbereich einer Batterieeinzelzelle 2 mit geöffneter
Berstöffnung 2.3. Elektrolyt 10 tritt durch die Berstöffnung 2.3 in Bezug auf das
Zellgehäuse 2.1 nach außen, wobei das mittels der Bindemittelfreisetzungseinheit 6 freigesetzte Bindemittel 9 das Elektrolyt 10 bindet. Bezugszeichenliste
1 Batterie
2 Batterieeinzelzelle
2.1 Zellgehäuse
2.2 Zelldeckel
2.3 Berstöffnung
3 Batteriegehäuse
4 Erfassungseinheit
5 Auswerteeinheit
6 Bindemittelfreisetzungseinheit
6.1 Druckbehälter
6.2 Freisetzungsmechanismus
6.3 Ventil
7 undichte Batterieeinzelzelle
8 Pol
9 Bindemittel
10 Elektrolyt
11 Verschlusselement
12 serieller Anschluss
13 elektrischer Verbraucher
14 Freiraum
15 Abstandselement
16 Steuereinheit
Si erster Schwellwert
s2 zweiter Schwellwert
s3 dritter Schwellwert

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle (2) oder als Batterie (1 ) mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen (2) ausgebildet ist, wobei mindestens eine Erfassungseinheit (4) vorgesehen ist, mittels welcher eine Gaskonzentration in einem Gehäuse erfassbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (2.1 , 3) verschließbar ist und die Erfassungseinheit (4) ein
Metalloxidsensor ist, welcher mit einer Auswerteeinheit (5) verbunden ist und dass in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration mittels der Auswerteeinheit (5) ein Steuersignal zur Auslösung einer Bindemittelfreisetzungseinheit (6) automatisch erzeugbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bindemittelfreisetzungseinheit (6) in dem Gehäuse, das als Batteriegehäuse (3) ausgebildet ist, angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bindemittelfreisetzungseinheit (6) einen Behälter (6.1 ) mit einer verschließbaren Öffnung aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration mittels der Auswerteeinheit (5) ein Steuersignal zur Ausgabe eines Warnsignals automatisch erzeugbar ist, wobei eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines optischen, akustischen und/oder haptischen Warnsignals vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration mittels der Auswerteeinheit (5) ein Steuersignal zur Abschaltung des elektrochemischen Energiespeichers automatisch erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern jedem Energiespeicher jeweils eine Erfassungseinheit (4) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Erfassungseinheit (4) in einem Innenraum des Batteriegehäuses (3) an und/oder in der Batterieeinzelzelle (3) angeordnet ist.
Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers, welcher als Batterieeinzelzelle (2) oder als Batterie (1 ) mit einer Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Batterieeinzelzellen (2) ausgebildet ist, wobei mittels mindestens einer Erfassungseinheit (4) eine
Gaskonzentration in einem Gehäuse erfasst wird,
wobei das Gehäuse verschlossen wird und wobei in dem Gehäuse (2.1 , 3) mittels eines Metalloxidsensors als Erfassungseinheit (4) die Gaskonzentration erfasst wird und das erfasste Signale einer Auswerteeinheit (5) zugeführt werden, wobei in Abhängigkeit der erfassten Gaskonzentration ein Steuersignal zur Abschaltung des elektrochemischen Energiespeichers und/oder zur Auslösung einer
Bindemittelfreisetzungseinheit (6) und/oder zur Ausgabe eines Warnsignals erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern jedem Energiespeicher jeweils eine Erfassungseinheit (4) zugeordnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem in einem Fahrzeug angeordneten elektrochemischen Energiespeicher die Gaskonzentration fortlaufend erfasst wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels der Erfassungseinheit (4) leichtflüchtige Lösungsmittelbestandteile eines Elektrolyts (10) erfasst werden.
PCT/EP2012/001487 2011-04-08 2012-04-04 Vorrichtung und verfahren zur dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen energiespeichers WO2012136357A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12716237.8A EP2695228A2 (de) 2011-04-08 2012-04-04 Vorrichtung und verfahren zur dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen energiespeichers
JP2014503023A JP2014512004A (ja) 2011-04-08 2012-04-04 電気化学的エネルギーアキュムレータの漏れ試験装置および方法
CN2012800172416A CN103460471A (zh) 2011-04-08 2012-04-04 用于对电化学储能器进行密封性检验的装置和方法
US14/110,205 US20140038006A1 (en) 2011-04-08 2012-04-04 Device and Method for Checking the Leak-Tightness of an Electrochemical Energy Accumulator

Applications Claiming Priority (2)

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DE102011016527A DE102011016527A1 (de) 2011-04-08 2011-04-08 Vorrichtung und Verfahren zur Dichtheitsüberprüfung eines elektrochemischen Energiespeichers

Publications (2)

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US (1) US20140038006A1 (de)
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DE (1) DE102011016527A1 (de)
WO (1) WO2012136357A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013164120A1 (de) * 2012-04-30 2013-11-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum auslösen zumindest einer sicherheitsfunktion bei vorliegen eines sicherheitskritischen zustands eines elektrochemischen energiespeichers und elektrochemisches energiespeichersystem

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014015852B4 (de) 2014-10-25 2019-02-14 Audi Ag Intelligenter Tank- und/oder Aufladehinweis
WO2016142036A1 (de) * 2015-03-11 2016-09-15 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Notstromversorgungseinrichtung für einen stellantrieb eines rotorblattverstellsystems einer windkraftanlage
US10707526B2 (en) 2015-03-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
KR101942908B1 (ko) * 2015-09-14 2019-04-17 주식회사 엘지화학 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법
CN105733339A (zh) * 2016-02-03 2016-07-06 郑州宇通客车股份有限公司 一种热分解材料、电源系统用包覆材料及电源系统
CN107123769B (zh) * 2016-02-25 2019-09-13 比亚迪股份有限公司 单体电池、电池模组、电池包及电动汽车
CN110061540B (zh) 2016-03-16 2023-10-24 创科无线普通合伙 具有无线通信的电动工具蓄电池组及系统
US10707531B1 (en) 2016-09-27 2020-07-07 New Dominion Enterprises Inc. All-inorganic solvents for electrolytes
KR102179683B1 (ko) * 2016-10-25 2020-11-17 주식회사 엘지화학 전지팩의 결함을 쉽게 판별할 수 있는 방법
CN108627305B (zh) * 2017-03-23 2020-05-29 青岛海尔空调器有限总公司 空调系统密封性检测的方法及空调系统
DE102018211162A1 (de) * 2018-07-06 2020-01-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher sowie Verfahren zum Erzeugen eines akustischen Warnsignals
CN109900431A (zh) * 2018-11-13 2019-06-18 阿里巴巴集团控股有限公司 容器状态的检测方法及装置、电子设备
CN112117402A (zh) * 2019-06-20 2020-12-22 南京德朔实业有限公司 电池包及其制造方法
SE544643C2 (en) * 2019-11-08 2022-10-04 Northvolt Ab Arrangement and method for detecting malfunction in a battery
CN111547487A (zh) * 2020-03-23 2020-08-18 江苏长电科技股份有限公司 一种料管缺失检测防呆的冲切机台及其控制方法
EP4148848A1 (de) * 2021-09-10 2023-03-15 Tofwerk AG Verfahren und vorrichtung zum erkennen eines oder mehrerer lecks in einem batteriegehäuse einer batterie
WO2023173045A1 (en) * 2022-03-10 2023-09-14 Lyten, Inc. Battery safety system for detecting analytes
CN114887912B (zh) * 2022-05-05 2024-01-09 湖南金凯循环科技股份有限公司 一种具有漏电检测合格品输出功能的锂电池盖板测试装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070229294A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Sony Deutschland Gmbh Battery leakage detection system

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3826262A1 (de) * 1988-08-02 1990-02-08 Siemens Ag Messanordnung und verfahren zum messen und steuern des ladezustandes von einem beim ladevorgang gase entwickelnden akkumulator
JP3125198B2 (ja) * 1991-12-04 2001-01-15 本田技研工業株式会社 電気自動車におけるバッテリ温度制御装置
JPH06290812A (ja) * 1993-03-30 1994-10-18 Nippondenso Co Ltd 安全機構付き化学電池
US5483228A (en) * 1994-01-31 1996-01-09 Eveready Battery Company, Inc. Safety indicating device for flashlights
JP3297772B2 (ja) * 1994-02-14 2002-07-02 ソニー株式会社 非水電解液二次電池及び電源装置
JP3276288B2 (ja) * 1996-03-19 2002-04-22 勝夫 江原 リチウム電池からのリーク検出方法とその装置
JPH09274936A (ja) * 1996-04-03 1997-10-21 Toshiba Battery Co Ltd 空気電池
JP2001332237A (ja) * 2000-05-19 2001-11-30 Shikoku Electric Power Co Inc 電池装置
JP2005322471A (ja) * 2004-05-07 2005-11-17 Toyota Motor Corp 電池安全弁の状態を検知する検知装置、その検知装置を有する電池および集合電池
JP5098197B2 (ja) * 2006-03-27 2012-12-12 株式会社デンソー 蓄電素子モジュール
JP5261884B2 (ja) * 2006-03-28 2013-08-14 大日本印刷株式会社 リチウムイオン電池
ITMI20071147A1 (it) * 2007-06-05 2008-12-06 Getters Spa Batterie ricaricabili al litio comprendenti mezzi per l'assorbimento di sostanze nocive
JP2009043592A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Toshiba Corp バッテリモジュール
JP5181743B2 (ja) * 2008-03-11 2013-04-10 パナソニック株式会社 電力供給機器とそれを用いた電子機器
JP4582205B2 (ja) * 2008-06-12 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 電動車両
DE102008043789A1 (de) * 2008-11-17 2010-05-20 Robert Bosch Gmbh Batteriemodul
DE102009027177A1 (de) * 2009-06-25 2010-12-30 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Warnsystem für Batteriesysteme
DE102009035908A1 (de) * 2009-08-03 2011-02-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bekämpfung und/oder Vorbeugung eines Brandes von Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Ionen-Polymer-Zellen
DE102009028271A1 (de) * 2009-08-06 2011-02-10 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für eine Testanlage
DE102009028276A1 (de) * 2009-08-06 2011-02-10 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für eine Testanlage
WO2011030254A1 (en) * 2009-09-09 2011-03-17 Panacis Inc. Sensor system and method to prevent battery flaming in overcharge
JP5414432B2 (ja) * 2009-09-09 2014-02-12 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電システム
DE102009058783A1 (de) * 2009-12-18 2011-06-22 Continental Automotive GmbH, 30165 Energiespeicheranordnung
US9172072B2 (en) * 2010-09-02 2015-10-27 Gs Yuasa International Ltd Battery comprising gas absorbent material and battery system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070229294A1 (en) 2006-03-31 2007-10-04 Sony Deutschland Gmbh Battery leakage detection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013164120A1 (de) * 2012-04-30 2013-11-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum auslösen zumindest einer sicherheitsfunktion bei vorliegen eines sicherheitskritischen zustands eines elektrochemischen energiespeichers und elektrochemisches energiespeichersystem

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