WO2013164149A1 - Method and device for assessing the state of an electrochemical store and electrochemical storage system - Google Patents

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WO2013164149A1
WO2013164149A1 PCT/EP2013/056995 EP2013056995W WO2013164149A1 WO 2013164149 A1 WO2013164149 A1 WO 2013164149A1 EP 2013056995 W EP2013056995 W EP 2013056995W WO 2013164149 A1 WO2013164149 A1 WO 2013164149A1
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WO
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electrochemical
component
electrochemical storage
leaked
fluid
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PCT/EP2013/056995
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Dirk Liemersdorf
Frank Baumann
Bernd Schumann
Jens Grimminger
Thomas Classen
Kathy Sahner
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4228—Leak testing of cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
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    • H01M50/392—Arrangements for facilitating escape of gases with means for neutralising or absorbing electrolyte; with means for preventing leakage of electrolyte through vent holes
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for evaluating the state of an electrochemical storage, a device for assessing the state of an electrochemical storage and to an electrochemical
  • Monitoring device for monitoring a gassing voltage of accumulators for the purpose of accurately charging batteries in cold or hot state without additional use and expense of temperature sensors.
  • the present invention provides a method for assessing the state of an electrochemical storage, an apparatus for Condition assessment of an electrochemical storage, an electrochemical storage system, further a control unit, which uses this method and finally presented a corresponding computer program product according to the main claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
  • Cell components are ensured by minimizing a latency between exit and detection and maximizing a detection probability.
  • Cell constituents can be detected can be a warning function
  • Battery Management System can not be detected yet. Furthermore, the sensor arrangement proposed here enables a redundant detection of defects, since a corresponding sensor can be operated independently of existing systems such as the battery management system. Thus, even in the event of a failure of such a system, it can be ensured that the case of damage is nevertheless recognized. Also can by a favorable
  • Positioning of the sensor arrangement as explained herein, be ensured that the time between an occurrence of a leak and a diffusion of a leaked compared to any positioning
  • a method for assessing the condition of an electrochemical store comprises the following steps:
  • the method may be used in conjunction with a device for
  • Conditional assessment of an electrochemical storage which may be installed, for example, in a vehicle, performed.
  • the electrochemical storage can be used to drive an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • condition assessment can z. B. be determined early, whether components, such as cell components from the
  • the electrochemical storage may consist of a plurality of galvanic cells combined into a battery pack.
  • the leaked from the electrochemical storage component may be for example, a component or constituents of one in one
  • the process of detecting a leaked from the electrochemical storage component can be done for example with a sensor.
  • the sensor can be designed to z. B. on a chemical and / or physical
  • the information about the detected leaked component can, for. B. are output to a safety device of the controller.
  • the information for. Example, using a suitable algorithm, to be evaluated as to whether the state of the electrochemical storage is a security-relevant risk or such a risk is expected soon and accordingly, the electrochemical storage should be subjected to maintenance or repair. Under certain circumstances, the information can also be used to determine how urgent the maintenance or repair is to be viewed.
  • the method may further cause a step of outputting an indication to a vehicle driver that a garage should be started within a predetermined period of time if the electrochemical storage is the accumulator for driving the vehicle is.
  • the step of sensing may include an analysis of a physical property of a fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component. Additionally or alternatively, the step of acquiring an analysis of a chemical
  • the fluid may be, for example, a cooling fluid for cooling the electrochemical storage.
  • the fluid for example by means of a conduit system, the electrochemical storage evenly
  • a sensor for detecting the leaked component can be arranged there, so that the flow of the fluid having the leaked component flows past or flows around the latter, so that the fluid flows through it Sensor can detect the leaked component.
  • the fluid may comprise the component if the component has exited the electrochemical store. In this way, the detection of the leaked component can advantageously take place at any suitable location independently of a location of the exit of the component.
  • An apparatus for evaluating the state of an electrochemical storage comprises the following features: detection means for detecting a component leaked from the electrochemical storage; and an output device for outputting information about the detected leaked component to judge the state of the electrochemical memory.
  • the detection device may be a sensor which is designed to be electrochemical
  • the detection device may be located inside or outside a housing in which the electrochemical storage is arranged. A removal of
  • Detector means from a location of exit of the component from the electrochemical store may vary.
  • the output device may be part of a control unit of a vehicle or be coupled to a control unit of the vehicle.
  • the device for status assessment can be designed to carry out or implement the steps of the method according to the invention in the corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
  • the detection means may comprise an optical arrangement for detecting an optical characteristic of the leaked component to indicate the leakage of the component from the electrochemical memory.
  • the optical arrangement may be configured to emit ultraviolet light, visible light or infrared light. If a reflection or absorption of the emitted UV light, vis light or infrared light is detected, this can be used to verify the presence of the leaked component. In this way, a presence of the component outside of the electrochemical storage can be detected very quickly.
  • Detection means comprise an ion mobility spectrometer for detecting a drift velocity of leaked ion ions to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Also in this way, a presence of a leaked component can be detected, namely via ionization and separation of the individual components of the component in the electric field.
  • the detection means may comprise a lambda probe for detecting a composition of the fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Since it is with emerging components or
  • Cell components are usually reducing gas components that reduce the air ratio lambda in the fluid can be concluded by detecting the air ratio in a simple and direct way to a defect in the electrochemical storage.
  • the detection device may comprise a sensor having a semiconductor layer for detecting an electrical conductivity of the fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Suitable are e.g.
  • Component can be used to detect a defect of the electrochemical storage, since the electrical properties of certain semiconductors, in particular metal oxides such. ZnO, SnO 2 , etc., in
  • An electrochemical storage system has the following features: an electrochemical storage having at least one galvanic cell for converting chemical energy into electrical energy; and a device for evaluating the state of the electrochemical storage.
  • the electrochemical storage is composed of a plurality of galvanic cells in order to generate as much electrical energy or power, as z. B. to drive an electric or
  • Hybrid vehicle is required.
  • a plurality of galvanic cells can be combined to form a cell module.
  • multiple cell modules can be connected together to form a battery pack or cell pack and the electrochemical storage in its
  • electrochemical storage can be located inside or outside the pack.
  • the electrochemical storage system may include
  • the electrochemical storage system may include a fluid channel for guiding a fluid.
  • the fluid may interact with the electrochemical storage and receive a leaked from the electrochemical storage component.
  • Fluid channel may be arranged.
  • the fluid may be a cooling fluid for removing heat from the electrochemical store act.
  • the fluid circuit may be one in a wall of the housing
  • the detection device outside the housing.
  • the detection device can be arranged in a discharge line for the fluid coupled to the fluid outlet. The possibility of arranging the
  • Detector outside the housing provides safety benefits when, for example, heated field effect transistors or metal oxides are used in the detector because they may act as an ignition source under unfavorable circumstances and cause destruction of the electrochemical memory. Furthermore, such an electrochemical storage system is flexible in design since the detector can be located at any suitable location in the system.
  • the electrochemical storage system may comprise a collection device disposed within the housing for collecting at least one leaked from the electrochemical storage
  • the collecting device should with a
  • Detektionsseinnchtung be coupled or lead to a Detektorseinnchtung.
  • a detection device in the form of the detection device can be coupled to the collecting device and arranged correspondingly within the housing. This embodiment offers the advantage of a particularly early detection of the leaked component.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for evaluating the state of an electrochemical storage, according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of a section of an electrochemical storage system with a collecting channel, according to a
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for assessing the state of an electrochemical storage, according to an embodiment of the present invention.
  • the device 100 comprises a detection device 110 and a
  • Output device 120 and is coupled to an electrochemical storage 130.
  • the exemplary embodiment of the device 100 shown in FIG. 1 is arranged in a vehicle 140.
  • the electrochemical storage 130 is an accumulator for driving the vehicle 140.
  • the device 100 is designed to assess the state of the electrochemical store 130 by detecting a component that has leaked from the electrochemical store 130. Accordingly, the
  • Detection device 1 10 coupled to the electrochemical storage 130 so that they can detect a leaking from the electrochemical storage device 130 component.
  • the detection device 110 includes a sensor arrangement which is designed to detect the leaked component.
  • the detection device or sensor arrangement 1 10 can as
  • Embodiment variants of the sensor arrangement 1 10 for the detection of leaking cell components of electrochemical storage systems are basically all detector systems, the physical or chemical Interactions with a minimum specificity and minimum sensitivity to electrolyte components that are the leaked components react.
  • these include optical systems.
  • a suitable optical arrangement in the infrared region (IR) and / or in the ultraviolet region (UV) and / or in the visible light region (Vis) leaking or leaked cell components can be detected by their optical characteristics or their optical fingerprint in analogy to standard spectroscopy methods become.
  • the sensor arrangement 110 can be used for ion mobility spectroscopy. Similar to the optical systems, this spectroscopic principle allows a specific detection of components via ionization and separation of the individual components in the electric field.
  • the sensor 1 10 may also be designed to perform a lambda determination. Since it is at the exiting or leaked
  • Cell components are usually reducing gas components, which reduce the air ratio Lambda, can be closed by monitoring the air ratio in the pack 130 to a cell defect when the sensor 1 10 is equipped with a suitable measuring arrangement, so here a lambda probe.
  • Semiconductor-based systems are also suitable for detecting the leaked component.
  • the sensor arrangement can be equipped with such a measuring layer.
  • the specificity of the corresponding sensor 1 10 is by suitable measures, for. B. by applying an upstream catalyst layer designed.
  • the detection device 1 10 having the sensor arrangement can be arranged outside a housing of the electrochemical memory 130. Alternatively, in a miniaturization of each used
  • Memory 130 may be arranged, whereby a direct detection of the leaked Component in the pack 130 can be enabled. Alternatively, a continuous sampling to an externally seated sensor system 1 10 can be realized.
  • the output device 120 has an output for outputting a
  • the output device may be configured to output an electrical signal in response to detection of the component indicating a successful detection of the component.
  • the output device 120 may be part of a control device 150, for example, a battery management system of the vehicle 140 or be coupled thereto.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a
  • electrochemical storage system 200 Shown is in more schematic
  • Electrochemical memory 130 is here in the form of a battery pack, which is composed of a plurality of modules 200, each of which in turn has a predetermined number of individual galvanic cells 210.
  • the battery pack 130 is disposed in a housing 220.
  • the electrochemical storage system 200 shown in FIG. 2 is fluid cooled, for example, gas cooled.
  • a ventilation or cooling fluid system has a
  • Fluid channel 230 for guiding a cooling fluid.
  • the housing 220 has a fluid inlet opening 240 and a fluid outlet opening 250, which are each connected to the fluid channel 230.
  • a fluid flow 260 indicated by an arrow enters the electrochemical store 130 via the fluid inlet opening 240, is passed therethrough, and leaves the electrochemical storage 130 again via the fluid outlet opening 250.
  • the electrochemical storage 130 is designed so that the cooling fluid 260 flows after entering the housing 220 between the cell modules 200, for example, flows evenly between the cell modules 200, and thereby on the one galvanic cell
  • the 210 cools and on the other hand receives one or more of one or more of the galvanic cells 210 leaked component (s), they should be present.
  • An exit of a component from a cell 210 may be effected, for example, by a hairline crack or at a predetermined breaking point in a wall of the cell 210.
  • the fluid 260 may be, for example, air.
  • the detection device or the sensor 1 10 of the fluid outlet opening 250 is connected downstream in the
  • Fluid channel 230 arranged so that the sensor 1 10 the leaked
  • Component can detect when the fluid flow 260 flows past this.
  • the fluid flow is a gas flow.
  • a liquid flow is possible.
  • Ventilation or cooling system advantageous because a reliable and rapid achievement of the sensor assembly 1 10 is ensured by the leaked cell component by the flow of the cooling gas 260 through the entire pack 130.
  • Another advantage of positioning the detector 1 10 outside the battery pack 130 is the lack of an ignition source in the packaging space, e.g. B.
  • Another (not shown in the figures) possibility of positioning the sensor assembly 1 10 is an attachment in the lower region of the pack 130 on
  • This embodiment is particularly suitable for liquid-cooled battery packs 130.
  • Typical electrolyte components such as organic carbonates, eg. As dimethyl carbonate, have a higher vapor density than air and therefore accumulate in the lower part of the pack 130 at. Particularly advantageous is a positioning of the
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a section of an electrochemical storage system 200 according to a further exemplary embodiment.
  • the electrochemical storage system 200 may be the electrochemical storage system 200 described with reference to FIG. 2.
  • the cells 210 are equally spaced and each cell 210 is one above the other
  • Supply line 300 connected to a collecting channel 310, which forms the fluid channel here.
  • the collection channel 310 used here represents a common form of vehicle occupant protection.
  • the supply lines 300 to the individual cells 210 of the battery pack are mounted above predetermined breaking points 320 of the cells 210.
  • an overpressure occurs in the interior of a cell 210, it is preferably drained off via rupture of the predetermined breaking point 320.
  • any escaping cell components or components which may also be toxic depending on the cell chemistry, can be removed in a targeted manner via the supply lines 300 that open into the collecting channel 310. In this way, a risk of
  • the sensor assembly 1 10 is positioned in the collection channel 310 and configured to detect the leaked component when the leakage of a cell 210 occurs at the predetermined breaking point 320.
  • FIG. 4 shows a flow chart of an embodiment of a method 400 for evaluating the state of an electrochemical storage.
  • a sensor arrangement detects one of the electrochemical
  • Memory escaped component and is in a following step 420, a corresponding signal to a control unit, for example a
  • the controller is configured to determine a state of the electrochemical store based on the received signal in a step 430 and to output corresponding information about the detected leaked component in a subsequent step 440.

Abstract

The invention relates to a method for assessing the state of an electrochemical store (130). The method comprises a step of detecting a component that has come out of the electrochemical store (130) and a step of outputting information about the detected component that has come out of said store, in order to assess the state of the electrochemical store (130).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers und elektrochemisches Speichersvstem  Method and device for assessing the condition of an electrochemical store and electrochemical store
Stand der Technik State of the art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, eine Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers sowie auf ein elektrochemisches The present invention relates to a method for evaluating the state of an electrochemical storage, a device for assessing the state of an electrochemical storage and to an electrochemical
Speichersystem. Storage system.
Die Bedeutung von Lithium-Ionen-Batterien als elektrochemische The importance of lithium-ion batteries as electrochemical
Energiespeicher ist in den vergangenen Jahren stark gestiegen. Neben dem Einsatz in portablen Geräten wie Laptops oder Mobiltelefonen steht Energy storage has risen sharply in recent years. Besides being used in portable devices like laptops or mobile phones
insbesondere die Anwendung im Elektrofahrzeug (Electric Vehicle, EV) im Mittelpunkt. Je nach Auslegung für Hybrid, Plug-in-Hybrid oder Elektrofahrzeug ohne zusätzlichen Verbrennungsmotor erreicht die Kapazität derzeitiger in particular the application in the electric vehicle (electric vehicle, EV) in the center. Depending on the design for hybrid, plug-in hybrid or electric vehicle without an additional internal combustion engine reaches the capacity of current
Batteriesysteme Werte von ca. 1 kAh bis 10 kAh. Dies entspricht einer gespeicherten Energie von ca. 3 kWh bis 40 kWh. Battery systems values from approx. 1 kAh to 10 kAh. This corresponds to a stored energy of approx. 3 kWh to 40 kWh.
Die DE 10 2005 006 303 A1 offenbart ein Verfahren und eine DE 10 2005 006 303 A1 discloses a method and a
Überwachungseinrichtung zur Überwachung einer Gasungsspannung von Akkumulatoren zu dem Zweck, Batterien in kaltem oder heißem Zustand ohne zusätzlichen Einsatz und Aufwand von Temperaturfühlern exakt laden zu können. Monitoring device for monitoring a gassing voltage of accumulators for the purpose of accurately charging batteries in cold or hot state without additional use and expense of temperature sensors.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, eine Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, ein elektrochemisches Speichersystem, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention provides a method for assessing the state of an electrochemical storage, an apparatus for Condition assessment of an electrochemical storage, an electrochemical storage system, further a control unit, which uses this method and finally presented a corresponding computer program product according to the main claims. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Sicherheitskritische Schadensfälle an Akkumulatoren äußern sich immer in einem Austreten von Zellkomponenten aus einem elektrochemischen Speicher, sei es durch eine undichte Zellbehausung - z. B. durch einen Haarriss - oder durch Öffnung einer Zelle durch inneren Überdruck - z. B. durch ein Bersten einer Sollbruchstelle. Wird der Schaden rechtzeitig bemerkt, so kann durch gezieltes Eingreifen oft weiterer Schaden verhindert werden. So altert z. B. eine Zelle mit Elektrolytverlust durch einen Haarriss schneller als eine Zelle mit intaktem Gehäuse, da ihr Innenwiderstand stärker ansteigt. Dies führt zu einer höheren Temperaturbelastung der beschädigten Zelle. Je früher ein Schadensfall zuverlässig detektiert wird, desto moderater sind die einzuleitenden Safety-critical damage to accumulators always manifests itself in leakage of cell components from an electrochemical store, be it through a leaking cell housing - eg. B. by a hairline crack - or by opening a cell by internal overpressure - z. B. by bursting a predetermined breaking point. If the damage is noticed in time, targeted damage can often prevent further damage. So z. As a cell with electrolyte loss by a hairline crack faster than a cell with intact housing, since their internal resistance increases more. This leads to a higher temperature load on the damaged cell. The sooner a claim is reliably detected, the more moderate are the ones to be initiated
Gegenmaßnahmen, z. B. ein Austausch eines defekten Moduls bei Countermeasures, z. B. an exchange of a defective module
turnusgemäßer Wartung. Mit dem hier vorgeschlagenen Ansatz kann eine schnelle und zuverlässigeregular maintenance. With the approach suggested here can be a fast and reliable
Detektion von aus einem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Detection of leaked from an electrochemical storage
Zellbestandteilen durch Minimierung einer Latenzzeit zwischen Austritt und Detektion und Maximierung einer Detektionswahrscheinlichkeit gewährleistet werden. Cell components are ensured by minimizing a latency between exit and detection and maximizing a detection probability.
So kann mit einem Einsatz eines nach dieser Maßgabe ausgelegten Thus, with a use of a designed according to this requirement
Detektionssystems, das rechtzeitig vor einer möglichen Fehlfunktion warnt, die Gefahr einer kompletten Havarie nach einem Zelldefekt zu begrenzt werden. Mit dem hier vorgestellten Verfahren sowie einer entsprechenden Sensoranordnung für elektrochemische Speichersysteme, mit deren Hilfe der Austritt von Detection system that warns in time of a possible malfunction, to limit the risk of complete damage after a cell defect. With the method presented here and a corresponding sensor arrangement for electrochemical storage systems, with the aid of the exit of
Zellbestandteilen detektiert werden kann, kann eine Warnfunktion  Cell constituents can be detected can be a warning function
frühestmöglich, idealerweise beim ersten Anzeichen einer Unregelmäßigkeit, deutlich vor einer Überhitzung erfolgen. Eine derartige Sensoranordnung für elektrochemische Speichersysteme eignet sich insbesondere für einen Einsatz in Elektrofahrzeugen. Ein besonderer Vorteil des hier vorgeschlagenen Verfahrens und Sensors bzw. Sensorsystems besteht in einer frühzeitigen Erkennung eines Zelldefekts, besonders wenn der Defekt von anderen Einrichtungen wie z. B. dem as soon as possible, ideally at the first sign of an irregularity, clearly against overheating. Such a sensor arrangement for electrochemical storage systems is particularly suitable for use in electric vehicles. A particular advantage of the method and sensor or sensor system proposed here is an early detection of a cell defect, especially if the defect of other devices such. B. the
Batteriemanagementsystem (BMS) noch nicht erkannt werden kann. Ferner ermöglicht die hier vorgeschlagene Sensoranordnung eine redundante Detektion von Defekten, da ein entsprechender Sensor unabhängig von vorhandenen Systemen wie dem Batteriemanagementsystem betrieben werden kann. So kann auch bei einem Ausfall eines solchen Systems sichergestellt werden, dass der Schadensfall trotzdem erkannt wird. Auch kann durch eine vorteilhafte Battery Management System (BMS) can not be detected yet. Furthermore, the sensor arrangement proposed here enables a redundant detection of defects, since a corresponding sensor can be operated independently of existing systems such as the battery management system. Thus, even in the event of a failure of such a system, it can be ensured that the case of damage is nevertheless recognized. Also can by a favorable
Positionierung der Sensoranordnung, wie sie hierin erläutert ist, gewährleistet werden, dass im Vergleich zu einer beliebigen Positionierung die Zeit zwischen einem Auftreten eines Lecks und einer Diffusion einer ausgetretenen Positioning of the sensor arrangement, as explained herein, be ensured that the time between an occurrence of a leak and a diffusion of a leaked compared to any positioning
Zellkomponente hin zur Sensoranordnung minimiert und die Wahrscheinlichkeit einer Detektion maximiert wird. Minimized cell component towards the sensor array and the probability of detection is maximized.
Ein Verfahren zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers umfasst die folgenden Schritte: A method for assessing the condition of an electrochemical store comprises the following steps:
Erfassen einer aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Detecting a leaked from the electrochemical storage
Komponente; und Component; and
Ausgeben einer Information über die erfasste ausgetretene Komponente, um den Zustand des elektrochemischen Speichers zu beurteilen. Das Verfahren kann in Zusammenhang mit einer Vorrichtung zur Outputting information about the detected leaked component to judge the state of the electrochemical storage. The method may be used in conjunction with a device for
Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, die beispielsweise in einem Fahrzeug installiert sein kann, durchgeführt werden. Der elektrochemische Speicher kann zum Antrieb eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs eingesetzt werden. Mit der Zustandsbeurteilung kann z. B. frühzeitig festgestellt werden, ob Komponenten, beispielsweise Zellbestandteile aus dem  Conditional assessment of an electrochemical storage, which may be installed, for example, in a vehicle, performed. The electrochemical storage can be used to drive an electric vehicle or hybrid vehicle. With the condition assessment can z. B. be determined early, whether components, such as cell components from the
elektrochemischen Speicher ausgetreten sind und dieser deshalb ganz oder teilweise ausgetauscht werden sollte, um die Funktionsfähigkeit des elektrischen Antriebs und/oder die Sicherheit von Insassen des Fahrzeugs nicht zu gefährden. Der elektrochemische Speicher kann in einer zu einem Batteriepack zusammengefassten Mehrzahl von galvanischen Zellen bestehen. Bei der aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Komponente kann es sich beispielsweise um einen Bestandteil oder Bestandteile eines in einer electrochemical storage leaked and this should therefore be replaced in whole or in part, so as not to jeopardize the operability of the electric drive and / or the safety of occupants of the vehicle. The electrochemical storage may consist of a plurality of galvanic cells combined into a battery pack. The leaked from the electrochemical storage component may be for example, a component or constituents of one in one
galvanischen Zelle angeordneten Elektrolyten handeln, der oder die z. B. durch eine Leckage in einer Wand der galvanischen Zelle ausgetreten ist. Der Vorgang des Erfassens einer aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Komponente kann beispielsweise mit einem Sensor erfolgen. Der Sensor kann ausgebildet sein, um z. B. auf eine chemische und/oder physikalische act galvanic cell arranged electrolyte, the or the z. B. has leaked through a leak in a wall of the galvanic cell. The process of detecting a leaked from the electrochemical storage component can be done for example with a sensor. The sensor can be designed to z. B. on a chemical and / or physical
Eigenschaft der ausgetretenen Komponente zu reagieren und diese so zu detektieren. Die Information über die erfasste ausgetretene Komponente kann z. B. an eine Sicherheitseinrichtung des Steuergeräts ausgegeben werden. Dort kann die Information, z. B. unter Verwendung eines geeigneten Algorithmus, dahin gehend ausgewertet werden, ob der Zustand des elektrochemischen Speichers ein sicherheitsrelevantes Risiko darstellt oder ein solches demnächst zu erwarten ist und dementsprechend der elektrochemische Speicher einer Wartung oder Reparatur unterzogen werden sollte. Unter Umständen kann mithilfe der Information auch bestimmt werden, als wie dringlich die Wartung oder Reparatur anzusehen ist. Entsprechend der getroffenen Beurteilung über den Zustand des elektrochemischen Speichers kann das Verfahren ferner einen Schritt des Ausgebens einer Anzeige für einen Fahrzeugführer veranlassen, dass innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne eine Werkstatt angefahren werden sollte, falls es sich bei dem elektrochemischen Speicher um den Akkumulator zum Antrieb des Fahrzeugs handelt. Property of the leaked component to react and to detect them. The information about the detected leaked component can, for. B. are output to a safety device of the controller. There, the information, for. Example, using a suitable algorithm, to be evaluated as to whether the state of the electrochemical storage is a security-relevant risk or such a risk is expected soon and accordingly, the electrochemical storage should be subjected to maintenance or repair. Under certain circumstances, the information can also be used to determine how urgent the maintenance or repair is to be viewed. According to the judgment about the state of the electrochemical storage, the method may further cause a step of outputting an indication to a vehicle driver that a garage should be started within a predetermined period of time if the electrochemical storage is the accumulator for driving the vehicle is.
Der Schritt des Erfassens kann eine Analyse einer physikalischen Eigenschaft eines mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente aufweisenden Fluids aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Schritt des Erfassens eine Analyse einer chemischen The step of sensing may include an analysis of a physical property of a fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component. Additionally or alternatively, the step of acquiring an analysis of a chemical
Eigenschaft eines mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente aufweisenden Fluids aufweisen. Bei dem Fluid kann es sich beispielsweise um ein Kühlfluid zum Kühlen des elektrochemischen Speichers handeln. Das Fluid kann beispielsweise mittels eines Leitungssystems den elektrochemischen Speicher gleichmäßig Have property of interacting with the electrochemical storage and the leaked component having fluid. The fluid may be, for example, a cooling fluid for cooling the electrochemical storage. The fluid, for example by means of a conduit system, the electrochemical storage evenly
durchströmen, um Abwärme aus diesem aufzunehmen und an einer bestimmten Position wieder aus dem elektrochemischen Speicher herausströmen. to flow through to absorb waste heat from this and at a certain position again flow out of the electrochemical storage.
Beispielsweise kann ein Sensor zum Erfassen der ausgetretenen Komponente dort angeordnet sein, sodass der Strom des die ausgetretene Komponente aufweisenden Fluids an diesem vorbeiströmt bzw. diesen umströmt, sodass der Sensor die ausgetretene Komponente detektieren kann. Das Fluid kann die Komponente aufweisen, sofern die Komponente aus dem elektrochemischen Speicher ausgetreten ist. Auf diese Weise kann die Erfassung der ausgetretenen Komponente vorteilhafterweise an einem beliebigen geeigneten Ort unabhängig von einem Ort des Austritts der Komponente erfolgen. For example, a sensor for detecting the leaked component can be arranged there, so that the flow of the fluid having the leaked component flows past or flows around the latter, so that the fluid flows through it Sensor can detect the leaked component. The fluid may comprise the component if the component has exited the electrochemical store. In this way, the detection of the leaked component can advantageously take place at any suitable location independently of a location of the exit of the component.
Eine Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, weist die folgenden Merkmale auf: eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Komponente; und eine Ausgabeeinrichtung zum Ausgeben einer Information über die erfasste ausgetretene Komponente, um den Zustand des elektrochemischen Speichers zu beurteilen. An apparatus for evaluating the state of an electrochemical storage comprises the following features: detection means for detecting a component leaked from the electrochemical storage; and an output device for outputting information about the detected leaked component to judge the state of the electrochemical memory.
Wie bereits erläutert, kann es sich bei der Erfassungseinrichtung um einen Sensor handeln, der ausgebildet ist, um die aus dem elektrochemischen As already explained, the detection device may be a sensor which is designed to be electrochemical
Speicher ausgetretene Komponente zu detektieren. Die Erfassungseinrichtung kann sich innerhalb oder außerhalb eines Gehäuses befinden, in dem der elektrochemische Speicher angeordnet ist. Eine Entfernung der Memory leaked component to detect. The detection device may be located inside or outside a housing in which the electrochemical storage is arranged. A removal of
Erfassungseinrichtung von einem Ort eines Austritts der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher kann variieren. Die Ausgabeeinrichtung kann teil eines Steuergeräts eines Fahrzeugs oder mit einem Steuergerät des Fahrzeugs gekoppelt sein. Detector means from a location of exit of the component from the electrochemical store may vary. The output device may be part of a control unit of a vehicle or be coupled to a control unit of the vehicle.
Die Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung kann ausgebildet sein, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in den entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The device for status assessment can be designed to carry out or implement the steps of the method according to the invention in the corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung kann die Erfassungseinrichtung eine optische Anordnung zum Erfassen einer optischen Charakteristik der ausgetretenen Komponente aufweisen, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. Beispielsweise kann die optische Anordnung ausgebildet sein, um ultraviolettes Licht, sichtbares Licht oder Infrarot-Licht auszusenden. Wird eine Reflexion oder Absorption des ausgesendeten UV-Lichts, vis-Lichts oder Infrarot-Lichts erfasst, kann dies zur Verifizierung des Vorhandenseins der ausgetretenen Komponente herangezogen werden. Auf diese Weise kann ein Vorhandensein der Komponente außerhalb des elektrochemischen Speichers sehr schnell erkannt werden. According to an embodiment of the state judgment apparatus, the detection means may comprise an optical arrangement for detecting an optical characteristic of the leaked component to indicate the leakage of the component from the electrochemical memory. For example For example, the optical arrangement may be configured to emit ultraviolet light, visible light or infrared light. If a reflection or absorption of the emitted UV light, vis light or infrared light is detected, this can be used to verify the presence of the leaked component. In this way, a presence of the component outside of the electrochemical storage can be detected very quickly.
Zusätzlich oder alternativ zu der optischen Anordnung kann die In addition or as an alternative to the optical arrangement, the
Erfassungseinrichtung ein lonen-Mobilitäts-Spektrometer zum Erfassen einer Driftgeschwindigkeit von Ionen der ausgetretenen Komponente aufweisen, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. Auch auf diese Weise kann ein Vorhandensein einer ausgetretenen Komponente nachgewiesen werden, nämlich über eine Ionisierung und Separation der Einzelbestandteile der Komponente im elektrischen Feld. Detection means comprise an ion mobility spectrometer for detecting a drift velocity of leaked ion ions to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Also in this way, a presence of a leaked component can be detected, namely via ionization and separation of the individual components of the component in the electric field.
Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung eine Lambdasonde zum Erfassen einer Zusammensetzung des mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente aufweisenden Fluids aufweisen, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. Da es sich bei austretenden Komponenten bzw. Additionally or alternatively, the detection means may comprise a lambda probe for detecting a composition of the fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Since it is with emerging components or
Zellbestandteilen in der Regel um reduzierende Gaskomponenten handelt, die die Luftzahl Lambda in dem Fluid herabsetzen, kann durch die Erfassung der Luftzahl auf einfache und direkte Weise auf einen Defekt des elektrochemischen Speichers geschlossen werden.  Cell components are usually reducing gas components that reduce the air ratio lambda in the fluid can be concluded by detecting the air ratio in a simple and direct way to a defect in the electrochemical storage.
Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungseinrichtung einen Sensor mit einer Halbleiterschicht zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit des mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente aufweisenden Fluids aufweisen, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. Geeignet sind z.B. Additionally or alternatively, the detection device may comprise a sensor having a semiconductor layer for detecting an electrical conductivity of the fluid interacting with the electrochemical storage and having the leaked component to indicate the exit of the component from the electrochemical storage. Suitable are e.g.
konduktometrische Sensoren oder chemisch sensitive Feldeffekttransistoren. Auch bei dieser Ausführungsform kann die reduzierende Wirkung der Conductometric sensors or chemically sensitive field effect transistors. Also in this embodiment, the reducing effect of
Komponente zum Nachweis für einen Defekt des elektrochemischen Speichers eingesetzt werden, da sich die elektrischen Eigenschaften von bestimmten Halbleitern, insbesondere von Metalloxiden wie z. B. ZnO, Sn02, etc., in Component can be used to detect a defect of the electrochemical storage, since the electrical properties of certain semiconductors, in particular metal oxides such. ZnO, SnO 2 , etc., in
Anwesenheit reduzierender Gase ändern. Ein elektrochemisches Speichersystem weist folgende Merkmale auf: einen elektrochemischen Speicher mit mindestens einer galvanischen Zelle zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie; und eine Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung des elektrochemischen Speichers. Change the presence of reducing gases. An electrochemical storage system has the following features: an electrochemical storage having at least one galvanic cell for converting chemical energy into electrical energy; and a device for evaluating the state of the electrochemical storage.
In der Regel setzt sich der elektrochemische Speicher aus einer Vielzahl von galvanischen Zellen zusammen, um so viel elektrische Energie bzw. Leistung erzeugen zu können, wie sie z. B. zum Antrieb eines Elektro- oder In general, the electrochemical storage is composed of a plurality of galvanic cells in order to generate as much electrical energy or power, as z. B. to drive an electric or
Hybridfahrzeugs erforderlich ist. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von galvanischen Zellen zu einem Zellenmodul zusammengefasst sein. Mehrere Zellenmodule wiederum können zu einem Batteriepack oder Zellenpack zusammengeschlossen werden und den elektrochemischen Speicher in seinerHybrid vehicle is required. For example, a plurality of galvanic cells can be combined to form a cell module. In turn, multiple cell modules can be connected together to form a battery pack or cell pack and the electrochemical storage in its
Gesamtheit bilden. Die Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung des To form a whole. The apparatus for assessing the status of the
elektrochemischen Speichers kann innerhalb oder außerhalb des Packs angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das elektrochemische Speichersystem einelectrochemical storage can be located inside or outside the pack. According to one embodiment, the electrochemical storage system may include
Gehäuse zur Aufnahme des elektrochemischen Speichers aufweisen. Have housing for receiving the electrochemical storage.
Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung der Vorrichtung zur In particular, the detection device of the device for
Zustandsbeurteilung innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Diese Conditional assessment to be arranged within the housing. These
Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die kurze Entfernung zwischen einem Ort des Austritts der Komponente - nämlich einer Wand der galvanischenEmbodiment offers the advantage that by the short distance between a place of exit of the component - namely a wall of the galvanic
Zelle - und der Position der Austrittserfassung ein Defekt des elektrochemischen Speichers besonders früh und besonders schnell detektiert werden kann. Cell - and the position of the exit detection a defect of the electrochemical storage can be detected particularly early and particularly fast.
Beispielsweise kann das elektrochemische Speichersystem einen Fluidkanal zum Führen eines Fluids aufweisen. Zur Zustandsbeurteilung des For example, the electrochemical storage system may include a fluid channel for guiding a fluid. For condition assessment of
elektrochemischen Speichers kann das Fluid mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung stehen und eine aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretene Komponente aufnehmen. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung der Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung in dem electrochemical storage, the fluid may interact with the electrochemical storage and receive a leaked from the electrochemical storage component. In particular, the detection means of the device for state judgment in the
Fluidkanal angeordnet sein. Wie bereits erläutert, kann es sich bei dem Fluid um ein Kühlfluid zum Abtransport von Wärme aus dem elektrochemischen Speicher handeln. Der Fluidkreislauf kann einen in einer Wand des Gehäuses Fluid channel may be arranged. As already explained, the fluid may be a cooling fluid for removing heat from the electrochemical store act. The fluid circuit may be one in a wall of the housing
angeordneten Fluideinlass zum Einführen des Kühlfluids in das Gehäuse und einen in einer weiteren Wand des Gehäuses angeordneten Fluidauslass zum Auslassen des Kühlfluids aus dem Gehäuse aufweisen. Diese Ausführungsform des elektrochemischen Speichersystems erlaubt eine Anordnung der arranged fluid inlet for introducing the cooling fluid into the housing and a disposed in a further wall of the housing fluid outlet for discharging the cooling fluid from the housing. This embodiment of the electrochemical storage system allows an arrangement of
Erfassungseinrichtung außerhalb des Gehäuses. Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung in einer mit dem Fluidauslass gekoppelten Abführleitung für das Fluid angeordnet sein. Die Möglichkeit der Anordnung der Detection device outside the housing. For example, the detection device can be arranged in a discharge line for the fluid coupled to the fluid outlet. The possibility of arranging the
Erfassungseinrichtung außerhalb des Gehäuses bietet sicherheitsrelevante Vorteile, wenn beispielsweise beheizte Feldeffekttransistoren oder Metalloxide in der Erfassungseinrichtung verwendet werden, da diese unter ungünstigen Umständen als Zündquelle wirken und eine Zerstörung des elektrochemischen Speichers verursachen könnten. Ferner ist ein derartiges elektrochemisches Speichersystem flexibel im Design, da die Erfassungseinrichtung an beliebiger geeigneter Stelle im System angeordnet sein kann. Detector outside the housing provides safety benefits when, for example, heated field effect transistors or metal oxides are used in the detector because they may act as an ignition source under unfavorable circumstances and cause destruction of the electrochemical memory. Furthermore, such an electrochemical storage system is flexible in design since the detector can be located at any suitable location in the system.
Alternativ oder zusätzlich kann das elektrochemische Speichersystem eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Sammeleinrichtung zum Sammeln mindestens einer aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Alternatively or additionally, the electrochemical storage system may comprise a collection device disposed within the housing for collecting at least one leaked from the electrochemical storage
Komponente aufweisen. Die Sammeleinrichtung soll mit einer Have component. The collecting device should with a
Detektionseinnchtung gekoppelt sein oder zu einer Detektionseinnchtung führen. Somit kann eine Detektionseinnchtung in Form der Erfassungseinrichtung mit der Sammeleinrichtung gekoppelt und entsprechend innerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer besonders frühen Erfassung der ausgetretenen Komponente. Detektionsseinnchtung be coupled or lead to a Detektorseinnchtung. Thus, a detection device in the form of the detection device can be coupled to the collecting device and arranged correspondingly within the housing. This embodiment offers the advantage of a particularly early detection of the leaked component.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; eine Prinzipdarstellung eines elektrochemischen Speichersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine Prinzipdarstellung eines Ausschnitts eines elektrochemischen Speichersystems mit einem Sammelkanal, gemäß einem 1 is a schematic diagram of an apparatus for evaluating the state of an electrochemical storage, according to an embodiment of the present invention; a schematic representation of an electrochemical storage system according to an embodiment of the present invention; Fig. 3 is a schematic representation of a section of an electrochemical storage system with a collecting channel, according to a
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und  Embodiment of the present invention; and
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 is a flowchart of a method for assessing the state of an electrochemical storage, according to an embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren In the following description of preferred embodiments of the present invention are for the in the various figures
dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche represented and similar elements acting the same or similar
Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Reference numeral used, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Fig. 1 zeigt anhand einer Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 100 zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Erfassungseinrichtung 1 10 und eine 1 shows, by means of a schematic diagram, an exemplary embodiment of a device 100 for assessing the condition of an electrochemical store. The device 100 comprises a detection device 110 and a
Ausgabeeinrichtung 120 und ist mit einem elektrochemischen Speicher 130 gekoppelt. Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 ist in einem Fahrzeug 140 angeordnet. Bei dem elektrochemischen Speicher 130 handelt es sich hier um einen Akkumulator zum Antrieb des Fahrzeugs 140. Die Vorrichtung 100 ist ausgebildet, um den Zustand des elektrochemischen Speichers 130 über eine Erfassung einer aus dem elektrochemischen Speicher 130 ausgetretenen Komponente zu beurteilen. Entsprechend ist die Output device 120 and is coupled to an electrochemical storage 130. The exemplary embodiment of the device 100 shown in FIG. 1 is arranged in a vehicle 140. The electrochemical storage 130 is an accumulator for driving the vehicle 140. The device 100 is designed to assess the state of the electrochemical store 130 by detecting a component that has leaked from the electrochemical store 130. Accordingly, the
Erfassungseinrichtung 1 10 so mit dem elektrochemischen Speicher 130 gekoppelt, dass sie eine aus dem elektrochemischen Speicher 130 ausgetretene Komponente erfassen kann. Die Erfassungseinrichtung 1 10 umfasst eine Sensoranordnung, die ausgebildet ist, um die ausgetretene Komponente zu detektieren. Detection device 1 10 coupled to the electrochemical storage 130 so that they can detect a leaking from the electrochemical storage device 130 component. The detection device 110 includes a sensor arrangement which is designed to detect the leaked component.
Die Erfassungseinrichtung bzw. Sensoranordnung 1 10 kann als The detection device or sensor arrangement 1 10 can as
Sicherheitssensor in beliebigen Batteriepacks 130 für Hybrid-, Plug-in Hybrid- und rein elektrisch betriebene Fahrzeuge 140 eingesetzt werden. Als Safety sensor in any battery packs 130 for hybrid, plug-in hybrid and all-electric vehicles 140 are used. When
Ausführungsvarianten der Sensoranordnung 1 10 zur Detektion von austretenden Zellbestandteilen von elektrochemischen Speichersystemen eignen sich grundsätzlich alle Detektorsysteme, die über physikalische oder chemische Wechselwirkungen mit einer Mindestspezifität und Mindestempfindlichkeit auf Elektrolytbestandteile, um die es sich bei den ausgetretenen Komponenten handelt, reagieren. Insbesondere zählen hierzu optische Systeme. Mithilfe einer geeigneten optischen Anordnung im infraroten Bereich (IR) und/oder im Ultravioletten Bereich (UV) und/oder im sichtbaren Lichtbereich (Vis) können austretende bzw. ausgetretene Zellkomponenten über ihre optische Charakteristik bzw. ihren optischen Fingerprint analog zu Standard- Spektroskopieverfahren detektiert werden. Embodiment variants of the sensor arrangement 1 10 for the detection of leaking cell components of electrochemical storage systems are basically all detector systems, the physical or chemical Interactions with a minimum specificity and minimum sensitivity to electrolyte components that are the leaked components react. In particular, these include optical systems. With the aid of a suitable optical arrangement in the infrared region (IR) and / or in the ultraviolet region (UV) and / or in the visible light region (Vis), leaking or leaked cell components can be detected by their optical characteristics or their optical fingerprint in analogy to standard spectroscopy methods become.
Beispielsweise kann die Sensoranordnung 1 10 zur lonen-Mobilitäts- Spektroskopie eingesetzt werden. Ähnlich zu den optischen Systemen ermöglicht dieses Spektroskopieprinzip einen spezifischen Nachweis von Komponenten über Ionisierung und Separation der Einzelbestandteile im elektrischen Feld. For example, the sensor arrangement 110 can be used for ion mobility spectroscopy. Similar to the optical systems, this spectroscopic principle allows a specific detection of components via ionization and separation of the individual components in the electric field.
Der Sensor 1 10 kann auch ausgebildet sein, um eine Lambdabestimmung durchzuführen. Da es sich bei den austretenden bzw. ausgetretenen The sensor 1 10 may also be designed to perform a lambda determination. Since it is at the exiting or leaked
Zellbestandteilen in der Regel um reduzierende Gaskomponenten handelt, die die Luftzahl Lambda herabsetzen, kann durch Überwachung der Luftzahl im Pack 130 auf einen Zelldefekt geschlossen werden, wenn der Sensor 1 10 mit einer geeigneten Messanordnung, also hier einer Lambdasonde, ausgestattet ist. Cell components are usually reducing gas components, which reduce the air ratio Lambda, can be closed by monitoring the air ratio in the pack 130 to a cell defect when the sensor 1 10 is equipped with a suitable measuring arrangement, so here a lambda probe.
Auch halbleiterbasierte Systeme bieten sich zur Detektion der ausgetretenen Komponente an. Da sich die elektrischen Eigenschaften von bestimmten Semiconductor-based systems are also suitable for detecting the leaked component. As the electrical properties of certain
Halbleitern, insbesondere von Metalloxiden wie ZnO, Sn02 etc., in Anwesenheit reduzierender Gase ändern, kann hier die Sensoranordnung mit einer derartigen Messschicht ausgestattet sein. Hierzu zählen z. B. konduktometrische Sensoren und chemisch sensitive Feldeffekttransistoren (ChemFETs). Die Spezifität des entsprechenden Sensors 1 10 ist durch geeignete Maßnahmen, z. B. durch Aufbringen einer vorgeschalteten Katalysatorschicht, ausgelegt. Semiconductors, in particular of metal oxides such as ZnO, SnO 2, etc., change in the presence of reducing gases, here the sensor arrangement can be equipped with such a measuring layer. These include z. B. Conductometric sensors and chemically sensitive field effect transistors (ChemFETs). The specificity of the corresponding sensor 1 10 is by suitable measures, for. B. by applying an upstream catalyst layer designed.
Die die Sensoranordnung aufweisende Erfassungseinrichtung 1 10 kann außerhalb eines Gehäuses des elektrochemischen Speichers 130 angeordnet sein. Alternativ kann bei einer Miniaturisierung der jeweils verwendeten The detection device 1 10 having the sensor arrangement can be arranged outside a housing of the electrochemical memory 130. Alternatively, in a miniaturization of each used
Sensoranordnung diese innerhalb des Gehäuses des elektrochemischen Sensor assembly this within the housing of the electrochemical
Speichers 130 angeordnet sein, womit eine direkte Detektion der ausgetretenen Komponente im Pack 130 ermöglicht werden kann. Alternativ kann auch eine kontinuierliche Probenentnahme zu einem extern sitzenden Sensorsystem 1 10 realisiert werden. Die Ausgabeeinrichtung 120 weist einen Ausgang zum Ausgeben einer Memory 130 may be arranged, whereby a direct detection of the leaked Component in the pack 130 can be enabled. Alternatively, a continuous sampling to an externally seated sensor system 1 10 can be realized. The output device 120 has an output for outputting a
Information über die erfasste ausgetretene Komponente auf. Beispielsweise kann die Ausgabeeinrichtung ausgebildet sein, um ansprechend auf ein Erfassen der Komponente ein elektrisches Signal auszugeben, das ein erfolgtes Erfassen der Komponente anzeigt. Die Ausgabeeinrichtung 120 kann Teil eines Steuergeräts 150, beispielsweise eines Batteriemanagementsystems des Fahrzeugs 140 sein oder mit diesem gekoppelt sein.  Information about the detected leaked component on. For example, the output device may be configured to output an electrical signal in response to detection of the component indicating a successful detection of the component. The output device 120 may be part of a control device 150, for example, a battery management system of the vehicle 140 or be coupled thereto.
Die nachfolgenden Figuren 2 und 3 illustrieren Ausführungsbeispiele einer vorteilhaften Positionierung der Sensoranordnung 1 10, wie sie beispielsweise anhand von Fig. 1 beschrieben ist, zur Detektion von austretenden The following Figures 2 and 3 illustrate embodiments of an advantageous positioning of the sensor assembly 1 10, as described for example with reference to FIG. 1, for the detection of leaking
Zellbestandteilen in einem Fluidkanal in elektrochemischen Speichersystemen, die zumindest einen elektrochemischen Speicher 130 aufweisen, wie er beispielsweise anhand von Fig. 1 beschrieben ist. Fig. 2 zeigt in einer Prinzipdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines  Cell components in a fluid channel in electrochemical storage systems having at least one electrochemical storage 130, as described for example with reference to FIG. 1. Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of a
elektrochemischen Speichersystems 200. Gezeigt ist in schematischer electrochemical storage system 200. Shown is in more schematic
Darstellung ein Ausführungsbeispiel des elektrochemischen Speichers 130 sowie die Erfassungseinrichtung 1 10 in Form einer Sensoranordnung. Der Representation of an embodiment of the electrochemical memory 130 and the detection device 1 10 in the form of a sensor array. Of the
elektrochemische Speicher 130 liegt hier in Form eines Batteriepacks vor, das sich aus einer Mehrzahl von Modulen 200 zusammensetzt, von denen jedes wiederum eine vorbestimmte Anzahl einzelner galvanischer Zellen 210 aufweist. Das Batteriepack 130 ist in einem Gehäuse 220 angeordnet. Electrochemical memory 130 is here in the form of a battery pack, which is composed of a plurality of modules 200, each of which in turn has a predetermined number of individual galvanic cells 210. The battery pack 130 is disposed in a housing 220.
Das in Fig. 2 gezeigte elektrochemische Speichersystem 200 ist fluidgekühlt, beispielsweise gasgekühlt. Ein Belüftungs- bzw. Kühlfluidsystem weist einenThe electrochemical storage system 200 shown in FIG. 2 is fluid cooled, for example, gas cooled. A ventilation or cooling fluid system has a
Fluidkanal 230 zum Führen eines Kühlfluids auf. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel des elektrochemischen Speichersystems 200 weist das Gehäuse 220 eine Fluideinlassöffnung 240 und eine Fluidauslassöffnung 250 auf, die jeweils mit dem Fluidkanal 230 verbunden sind. Ein mittels eines Pfeils gekennzeichneter Fluidstrom 260 tritt über die Fluideinlassöffnung 240 in den elektrochemischen Speicher 130 ein, wird durch diesen hindurchgeleitet und verlässt den elektrochemischen Speicher 130 wieder über die Fluidauslassöffnung 250. Der elektrochemische Speicher 130 ist so ausgelegt, dass das Kühlfluid 260 nach dem Eintritt in das Gehäuse 220 zwischen den Zellenmodulen 200 hindurchströmt, beispielsweise gleichmäßig zwischen den Zellenmodulen 200 hindurchströmt, und dabei zum einen die galvanischen ZellenFluid channel 230 for guiding a cooling fluid. In the embodiment of the electrochemical storage system 200 shown in FIG. 2, the housing 220 has a fluid inlet opening 240 and a fluid outlet opening 250, which are each connected to the fluid channel 230. A fluid flow 260 indicated by an arrow enters the electrochemical store 130 via the fluid inlet opening 240, is passed therethrough, and leaves the electrochemical storage 130 again via the fluid outlet opening 250. The electrochemical storage 130 is designed so that the cooling fluid 260 flows after entering the housing 220 between the cell modules 200, for example, flows evenly between the cell modules 200, and thereby on the one galvanic cell
210 kühlt und zum anderen eine oder mehrere aus einer oder mehreren der galvanischen Zellen 210 ausgetretene Komponente(n) aufnimmt, sollten diese vorhanden sein. Ein Austritt einer Komponente aus einer Zelle 210 kann beispielsweise durch einen Haarriss oder an einer Sollbruchstelle in einer Wand der Zelle 210 erfolgen. Bei dem Fluid 260 kann es sich beispielsweise um Luft handeln. 210 cools and on the other hand receives one or more of one or more of the galvanic cells 210 leaked component (s), they should be present. An exit of a component from a cell 210 may be effected, for example, by a hairline crack or at a predetermined breaking point in a wall of the cell 210. The fluid 260 may be, for example, air.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Erfassungseinrichtung bzw. der Sensor 1 10 der Fluidauslassöffnung 250 nachgeschaltet in dem In the embodiment shown in Fig. 2, the detection device or the sensor 1 10 of the fluid outlet opening 250 is connected downstream in the
Fluidkanal 230 angeordnet, sodass der Sensor 1 10 die ausgetretene Fluid channel 230 arranged so that the sensor 1 10 the leaked
Komponente erfassen kann, wenn der Fluidstrom 260 an diesem vorbeiströmt. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Fluidstrom um einen Gasstrom. Alternativ ist auch ein Flüssigkeitsstrom möglich. Bei der hier jedoch eingesetzten Gaskühlung des Batteriepacks 130 ist die Positionierung der Sensoranordnung 1 10 im oder nach dem Ventilationsausgang 250 des Component can detect when the fluid flow 260 flows past this. According to this embodiment, the fluid flow is a gas flow. Alternatively, a liquid flow is possible. In the gas cooling of the battery pack 130 used here, however, the positioning of the sensor arrangement 1 10 in or after the ventilation output 250 of the
Belüftungs- bzw. Kühlsystems vorteilhaft, da durch die Strömung des Kühlgases 260 durch das gesamte Pack 130 ein zuverlässiges und schnelles Erreichen der Sensoranordnung 1 10 durch die ausgetretene Zellkomponente gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil der Positionierung der Erfassungseinrichtung 1 10 außerhalb des Batteriepacks 130 ist das Fehlen einer Zündquelle im Packraum, z. B. Ventilation or cooling system advantageous because a reliable and rapid achievement of the sensor assembly 1 10 is ensured by the leaked cell component by the flow of the cooling gas 260 through the entire pack 130. Another advantage of positioning the detector 1 10 outside the battery pack 130 is the lack of an ignition source in the packaging space, e.g. B.
vorteilhaft bei Verwendung von temperaturaktivierten Sensorplattformen basierend auf Feldeffekttransistoren oder auch Metalloxiden. advantageous when using temperature-activated sensor platforms based on field effect transistors or metal oxides.
Eine weitere (in den Figuren nicht dargestellte) Möglichkeit der Positionierung der Sensoranordnung 1 10 ist eine Anbringung im unteren Bereich des Packs 130 amAnother (not shown in the figures) possibility of positioning the sensor assembly 1 10 is an attachment in the lower region of the pack 130 on
Boden des Packbehälters bzw. Gehäuses 220. Diese Ausführungsvariante bietet sich insbesondere bei flüssigkeitsgekühlten Batteriepacks 130 an. Typische Elektrolytbestandteile wie organische Carbonate, z. B. Dimethylcarbonat, besitzen eine höhere Dampfdichte als Luft und sammeln sich deshalb im unteren Bereich des Packs 130 an. Besonders vorteilhaft ist eine Positionierung derBottom of the packing container or housing 220. This embodiment is particularly suitable for liquid-cooled battery packs 130. Typical electrolyte components such as organic carbonates, eg. As dimethyl carbonate, have a higher vapor density than air and therefore accumulate in the lower part of the pack 130 at. Particularly advantageous is a positioning of the
Erfassungseinrichtung 1 10 im Zentrum des Bodenbereichs, da dort die durchschnittliche Weglänge zur defekten Zelle 210 mit Komponentenaustritt am geringsten ist. Detecting device 1 10 in the center of the floor area, since there the average path length to the defective cell 210 with component leakage is lowest.
Fig. 3 zeigt in einer Prinzipdarstellung einen Ausschnitt eines elektrochemischen Speichersystems 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei dem elektrochemischen Speichersystem 200 kann es sich um das anhand von Fig. 2 beschriebene elektrochemische Speichersystem 200 handeln. FIG. 3 shows a schematic illustration of a section of an electrochemical storage system 200 according to a further exemplary embodiment. The electrochemical storage system 200 may be the electrochemical storage system 200 described with reference to FIG. 2.
Gezeigt sind drei einer Mehrzahl von galvanischen Zellen 210 des Shown are three of a plurality of galvanic cells 210 of the
elektrochemischen Speichersystems 200. Die Zellen 210 sind gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet und jede Zelle 210 ist über je eine electrochemical storage system 200. The cells 210 are equally spaced and each cell 210 is one above the other
Zuleitung 300 mit einem Sammelkanal 310 verbunden, der hier den Fluidkanal bildet. Der hier eingesetzte Sammelkanal 310 stellt eine gängige Form des Fahrzeuginsassenschutzes dar. Die Zuleitungen 300 zu den einzelnen Zellen 210 des Batteriepacks sind über Sollbruchstellen 320 der Zellen 210 angebracht.Supply line 300 connected to a collecting channel 310, which forms the fluid channel here. The collection channel 310 used here represents a common form of vehicle occupant protection. The supply lines 300 to the individual cells 210 of the battery pack are mounted above predetermined breaking points 320 of the cells 210.
Tritt ein Überdruck im Inneren einer Zelle 210 auf, wird dieser vorzugsweise über das Bersten der Sollbruchstelle 320 abgelassen. Dadurch können eventuell austretende Zellbestandteile bzw. Komponenten, die je nach Zellchemie auch toxisch sein können, über die in den Sammelkanal 310 mündenden Zuleitungen 300 gezielt abgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Gefährdung vonIf an overpressure occurs in the interior of a cell 210, it is preferably drained off via rupture of the predetermined breaking point 320. As a result, any escaping cell components or components, which may also be toxic depending on the cell chemistry, can be removed in a targeted manner via the supply lines 300 that open into the collecting channel 310. In this way, a risk of
Insassen eines Fahrzeugs, in dem das elektrochemische Speichersystem 200 installiert sein kann, minimiert werden. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Inmates of a vehicle in which the electrochemical storage system 200 may be installed can be minimized. In that shown in Fig. 3
Ausführungsbeispiel des elektrochemischen Speichersystems 200 ist die Sensoranordnung 1 10 in dem Sammelkanal 310 positioniert und ausgebildet, um die ausgetretene Komponente zu erfassen, wenn die Leckage einer Zelle 210 an der Sollbruchstelle 320 auftritt. Embodiment of the electrochemical storage system 200, the sensor assembly 1 10 is positioned in the collection channel 310 and configured to detect the leaked component when the leakage of a cell 210 occurs at the predetermined breaking point 320.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers. In einem Schritt 410 erfasst eine Sensoranordnung eine aus dem elektrochemischen4 shows a flow chart of an embodiment of a method 400 for evaluating the state of an electrochemical storage. In a step 410, a sensor arrangement detects one of the electrochemical
Speicher ausgetretene Komponente und gibt in einem folgenden Schritt 420 ein entsprechendes Signal an ein Steuergerät, beispielsweise ein Memory escaped component and is in a following step 420, a corresponding signal to a control unit, for example a
Batteriemanagementsystem aus. Mittels des Signals kann ein erfasstes Battery management system off. By means of the signal, a detected
Austreten der Komponente angezeigt werden. Somit ist das Signal bereits geeignet, um den Zustand des elektrochemischen Speichers zu beurteilen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät ausgebildet, um in einem Schritt 430 basierend auf dem empfangenen Signal einen Zustand des elektrochemischen Speichers zu bestimmen und in einem folgenden Schritt 440 eine entsprechende Information über die erfasste ausgetretene Komponente auszugeben. Leakage of the component are displayed. Thus, the signal is already suitable to judge the state of the electrochemical storage. In one embodiment, the controller is configured to determine a state of the electrochemical store based on the received signal in a step 430 and to output corresponding information about the detected leaked component in a subsequent step 440.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment. Furthermore, method steps according to the invention can be repeated as well as carried out in a sequence other than that described. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche claims
1 . Verfahren (400) zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen Speichers (130), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: 1 . A method (400) for assessing the status of an electrochemical store (130), the method comprising the steps of:
Erfassen (410) einer aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretenen Komponente; und Detecting (410) a component leaked from the electrochemical store; and
Ausgeben (420) einer Information über die erfasste ausgetretene Outputting (420) information about the detected leaked
Komponente, um den Zustand des elektrochemischen Speichers zu beurteilen.  Component to assess the state of the electrochemical storage.
2. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1 , bei dem der Schritt (410) des Erfassens eine Analyse einer physikalischen Eigenschaft und/oder einer chemischen Eigenschaft eines mit dem elektrochemischen Speicher (130) in The method (400) according to claim 1, wherein the detecting step (410) comprises analyzing a physical property and / or a chemical characteristic of an electrochemical store (130) in FIG
Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente  Interaction and the leaked component
aufweisenden Fluids (260) aufweist.  comprising fluid (260).
3. Vorrichtung (100) zur Zustandsbeurteilung eines elektrochemischen 3. Apparatus (100) for assessing the state of an electrochemical
Speichers (130), wobei die Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist: eine Erfassungseinrichtung (1 10) zum Erfassen einer aus dem  Memory (130), the device comprising the following features: detection means (110) for detecting one of the
elektrochemischen Speicher ausgetretenen Komponente; und eine Ausgabeeinrichtung (120) zum Ausgeben einer Information über die erfasste ausgetretene Komponente, um den Zustand des elektrochemischen Speichers zu beurteilen.  electrochemical storage leaked component; and output means (120) for outputting information about the detected leaked component to judge the state of the electrochemical storage.
4. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, bei der die Erfassungseinrichtung (1 10) eine optische Anordnung zum Erfassen einer optischen Charakteristik der ausgetretenen Komponente aufweist, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher (130) anzuzeigen. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, bei der die The apparatus (100) of claim 3, wherein the detection means (110) comprises an optical arrangement for detecting an optical characteristic of the leaked component to indicate the exit of the component from the electrochemical memory (130). Device (100) according to claim 3 or 4, wherein the
Erfassungseinrichtung (1 10) ein lonen-Mobilitäts-Spektrometer zum Detector (1 10) an ion mobility spectrometer for
Erfassen einer Driftgeschwindigkeit von Ionen der ausgetretenen Detecting a drift velocity of ions of the leaked
Komponente aufweist, um den Austritt der Komponente aus dem Has component to the exit of the component from the
elektrochemischen Speicher (130) anzuzeigen. to display electrochemical storage (130).
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Device (100) according to one of claims 3 to 5, in which the
Erfassungseinrichtung (1 10) eine Lambdasonde zum Erfassen einer Zusammensetzung des mit dem elektrochemischen Speicher (130) in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Komponente Detection device (1 10) a lambda probe for detecting a composition of the interacting with the electrochemical storage (130) and the leaked component
aufweisenden Fluids (240) aufweist, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. having fluid (240) to indicate the exit of the component from the electrochemical store.
Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, bei der die Device (100) according to one of Claims 3 to 6, in which the
Erfassungseinrichtung (1 10) einen Sensor mit einer Halbleiterschicht zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit des mit dem elektrochemischen Speicher (130) in Wechselwirkung stehenden und die ausgetretene Detection device (1 10) a sensor having a semiconductor layer for detecting an electrical conductivity of the electrochemical storage (130) interacting and the leaked
Komponente aufweisenden Fluids (260) aufweist, um den Austritt der Komponente aus dem elektrochemischen Speicher anzuzeigen. Component having fluid (260) to indicate the exit of the component from the electrochemical storage.
Elektrochemisches Speichersystem (200), das folgende Merkmale aufweist: einen elektrochemischen Speicher (130) mit mindestens einer galvanischen Zelle (210) zur Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie; und eine Vorrichtung (100) zur Zustandsbeurteilung des elektrochemischen Speichers gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7. An electrochemical storage system (200) comprising: an electrochemical storage (130) having at least one galvanic cell (210) for converting chemical energy into electrical energy; and a device (100) for evaluating the state of the electrochemical storage according to one of claims 3 to 7.
Elektrochemisches Speichersystem (200) gemäß Anspruch 8, das ein Gehäuse (220) zur Aufnahme des elektrochemischen Speichers (130) aufweist, wobei die Erfassungseinrichtung (1 10) der Vorrichtung (100) zur Zustandsbeurteilung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. The electrochemical storage system (200) of claim 8 including a housing (220) for receiving the electrochemical store (130), wherein the sensing means (110) of the device (100) is disposed within the housing for health assessment.
10. Elektrochemisches Speichersystem (200) gemäß Anspruch 8 oder 9, das einen Fluidkanal (230; 310) zum Führen eines Fluids (260) aufweist, um zur Zustandsbeurteilung des elektrochemischen Speichers (130) das Fluid mit dem elektrochemischen Speicher in Wechselwirkung zu bringen und eine aus dem elektrochemischen Speicher ausgetretene Komponente aufzunehmen, wobei die Erfassungseinrichtung (1 10) der Vorrichtung (100) zur Zustandsbeurteilung in dem Fluidkanal angeordnet ist. The electrochemical storage system (200) of claim 8 or 9, including a fluid channel (230; 310) for directing a fluid (260) to interact with the electrochemical store to assess the state of the electrochemical store (130) to receive a leaked from the electrochemical storage component, wherein the detection means (1 10) of the device (100) for state assessment in the fluid channel is arranged.
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