WO2015090926A1 - Verfahren zur überwachung eines akkumulators, auswerteeinrichtung und messsystem - Google Patents

Verfahren zur überwachung eines akkumulators, auswerteeinrichtung und messsystem Download PDF

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Jake Christensen
Bernd Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a method for monitoring a
  • Current sensor may be embodied for example as a magnetic field sensor. This can be used to measure the current delivered by the battery. This makes it possible, for example, to measure an increased current flow in the event of a short circuit of a device connected to the battery and to take appropriate measures against it.
  • a single cell will be referred to in the following accumulator, accumulator cell or cell.
  • the inventive method with the features of the independent claim has the advantage that an internal short circuit of a battery can be determined in a simple manner.
  • Short-circuiting of a rechargeable battery occurs when additional currents flow directly inside the battery cell between the electrodes, without this current flowing through the load connected to a rechargeable battery and thus resulting in an internal discharge of the rechargeable battery.
  • Such internal short circuits are undesirable because, on the one hand, the accumulator is thereby discharged and, on the other hand, due to heat generated by the current flow, the accumulator can be heated and damaged.
  • Such internal short circuits can be triggered, for example, by interfering metal or carbon particles that connect electrodes within the cell.
  • such short circuits can be caused inside the cell also by a high heat exposure to the accumulator.
  • a crack in a separator between two electrodes may allow for this short circuit.
  • a first magnetometer which has a magnetic flux density in the rechargeable battery or immediately adjacent to it
  • Magnetometer remote from the first accumulator arranged so that a magnetic flux in the first accumulator can not affect the second magnetometer.
  • both magnetometers should measure only a magnetic flux caused by disturbances such as the earth's magnetic field or by magnetic or current-carrying elements in the vicinity of the device. Therefore, the magnetic flux measured by both magnetometers should be approximately equal. However, if there is now an internal short circuit in the first accumulator, so
  • the second magnetometer By measuring with the two magnetometers can be made in a simple manner a reliable statement about an internal short circuit in the first accumulator.
  • the measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the method specified in the independent claim are possible. So it is advantageous that the second magnetometer repeatedly makes a measurement of the magnetic flux density, so that an average value for a background flux density and in particular this value for a particular route or the location of the Vehicle is determined. Thus, a more accurate value for a background magnetic field is available, so that a statement about a deviation from this background magnetic field can be made more secure.
  • the magnetic background flux density with the second magnetometer takes place at the same time as a measurement with the first magnetometer in order to be able to subtract a temporal change of the magnetic field due to external influences from the measured values and thus to be able to exclude such disturbing influence ,
  • a signal technical evaluation of magnetic field data of both magnetometers in the time and frequency domain is useful to typical industrial disturbances by, for example, power fields through transformers or trolley wires, e.g. to identify rail vehicles.
  • Evaluation device for monitoring a first accumulator having interfaces to a first magnetometer, to a second magnetometer and to an output unit for outputting an error message.
  • magnetometers are particularly advantageous to design the magnetometers as Hall sensors, as GMR sensors or as SQI D sensors, since these sensors
  • the magnetic field sensors can also be arranged in a particular embodiment in the interior of the electrochemical cell or of the electrode winding.
  • a magnetic flux concentrator device on at least one of the magnetometers in order to be able to amplify a magnetic field accordingly and to exclude interference influences.
  • a magnetic shielding device in such a way that an overload of the magnetometer, for example a permanent change due to excessive influence of a magnetic field, can be prevented. This is particularly helpful if a high magnetic flux density resulting from a power extraction from the accumulator is to be shielded by the magnetometer.
  • Magnetometer serves as a reference signal generator. Furthermore, with such an arrangement it is also possible to detect an internal short circuit in the second accumulator with the second magnetometer arranged on the second accumulator, while the first magnetometer arranged on the first accumulator now serves as reference signal generator for this measurement.
  • An appropriate measuring system can be scaled up to a large number of accumulators. It can also be removed from the accumulator another magnetometer as a magnetometer for a measurement of the magnetic
  • Accumulator are arranged to measure the magnetic background flux density is used.
  • Magnetometer can be subtracted with the help of modeled values for the location and thus a measurement of at least stronger short circuits are possible.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a measuring system according to the invention with an evaluation device according to the invention
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a measuring system according to the invention with an evaluation device according to the invention
  • Figure 3 shows another embodiment with an arrangement of
  • Figure 4 shows an embodiment of a sequence of the invention
  • the present invention can be used for accumulators in any device.
  • a use for motor vehicles is advantageous, since in this case a desire for a long shelf life of
  • Accumulators are arranged, therefore, for example, be a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment for monitoring a single accumulator 1.
  • a magnetometer 2 is arranged on an outer side of the accumulator.
  • Accumulator is preferably formed of a non-magnetic material or of a non-conductive material, such as plastic.
  • the magnetometer easily detected. The magnetometer delivers its
  • the first magnetometer 2 provides only an amount of the measured magnetic flux density. In a further embodiment, however, it is also possible that vector information about the direction of the magnetic flux and the amplitude are measured and transmitted to the evaluation unit 3. In a first embodiment, the first magnetometer 2 can continuously supply this information. In a further embodiment, it is also possible that the evaluation unit 3 initiates a corresponding measurement.
  • the first magnetometer 2 is connected via a first interface 11 to the
  • Evaluation unit 3 connected.
  • a second magnetometer 4 is connected to the evaluation unit 3.
  • the second magnetometer 4 is constructed identical to the first magnetometer.
  • the second magnetometer 4 is arranged in the device, that is to say for example in a motor vehicle, that a disturbance of electrical currents flowing inside the accumulator 1 can be excluded or almost eliminated.
  • the evaluation unit 3 has a computing device 5 which evaluates the measured magnetic flux densities of the magnetometers 2, 4. In another embodiment, it is possible that the measurement results in a
  • Memory unit 6 are stored in the evaluation unit 3 for further evaluation. For example, it is possible that averaging of the flux densities measured by the second magnetometer 4 determines a background flux density by averaging. It is also possible to perform a frequency analysis coupled with vectoring so as to obtain a
  • the magnetic flux densities are in terms of their amplitude and / or their orientation of the
  • Evaluation unit 3 compared. If it turns out that a deviation is detected, the evaluation unit 3 accesses an output unit 7 via a third interface 13.
  • a warning lamp 8 may be connected to a user of the device, so for example a driver of the vehicle, before an internal short circuit in the accumulator 1 warns.
  • the output unit 7 can also drive other systems, for example an electrical control unit for the accumulator 1 or a cooling system of the accumulator 1. Preference is given to measuring the magnetic flux densities with the
  • Magnetometers 2, 4 then performed when no charge of the accumulator 1, but also no discharge takes place.
  • the evaluation unit accesses via terminals 14, 15 to the two poles 16, 17 of the accumulator 1 and performs a voltage and current measurement. Is found that the
  • Accumulator emits or absorbs no power, then a measurement of the magnetic flux density by means of the magnetometer 2, 4 is performed in this period. In one embodiment, the measurement takes place at the same time. Furthermore, it is also possible to perform a measurement result of the first magnetometer 2 with an averaged result of the second magnetometer 4. Furthermore, over a longer period of time, the measurement results of both
  • the first magnetometer may be protected by a protection device 18 for protection against excessive magnetic flux.
  • the protective device 18 is formed for example of Monel.
  • Flow concentrator device 19 may be provided, for example, iron, nickel or an alloy having such a geometric structure that the magnetic flux lines from the short circuit better to the first
  • Magnetometer 2 are passed.
  • the flux concentrator (19) can be adapted to the winding direction of the electrode windings located inside the cell and their geometry.
  • analog or digital filter devices and frequency analyzers can be provided in the evaluation unit 3 in order to filter out fluctuations in the magnetic field from the environment from the measurement signal.
  • FIG. a first accumulator 21 and a second accumulator 22 are provided.
  • a first magnetometer 23 and the second accumulator 22 a second magnetometer 24 is arranged on the first accumulator 21, a first magnetometer 23 and the second accumulator 22, a second magnetometer 24 is arranged. Both magnetometers 23, 24 are connected to an evaluation unit 25, which measures the magnetic flux densities in the accumulators 21, 22.
  • the evaluation unit 25 For monitoring the operation of the accumulators 21, 22, the evaluation unit 25 is provided with a corresponding measuring device for measuring an operation of the accumulators 21, 22, that is to say in particular for measuring an applied voltage and a current which is output by the accumulators.
  • the evaluation unit 25 is connected to an output unit 27. If both accumulators are not in a charging or discharging operation, the magnetometers 23, 24 should only measure a background magnetic field. However, if there is an internal short circuit in one of the accumulators 21, 22, the associated magnetometer will measure a significantly higher flux density. This is determined by the evaluation unit 25 so that it can issue an error message to the output unit 27.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which three accumulators 31, 32, 33 are arranged in one device 30. On all sides of the
  • Accumulators 31, 32, 33 are arranged magnetometer 40, which measure the magnetic flux density for each associated accumulator. Between the accumulators magnetometers are arranged, which can determine the magnetic flux density from at least two accumulators. Outside the battery module 30, a reference magnetometer is preferably provided which determines a magnetic background flux density.
  • FIG. 4 shows an example of a method sequence according to the invention.
  • the method is initiated with an initialization step 50.
  • Such a measurement can take place after predetermined time intervals. However, it can also be triggered by a diagnostic program.
  • a magnetic flux density is performed by the at least two magnetometers.
  • a subsequent evaluation step 52 it is determined whether the measurement results of the two magnetometers in
  • Measurement results over a predetermined amount from each other it is branched to an error step 54.
  • a deviation is detected and outputted to an output unit accordingly.
  • a second evaluation step 55 it is subsequently checked whether the deviation also exceeds a second, higher difference. If this is not the case, the method is terminated in a final step 56.
  • An error is processed further by the output unit.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines ersten Akkumulators (1, 21) in einer Einrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei ein erstes Magnetometer (2, 23) eine magnetischen Flussdichte in dem Akkumulator (1, 21) und/oder benachbart zu dem Akkumulator (1, 21) misst, wobei ein zweites Magnetometer (4, 24) eine magnetischen Flussdichte entfernt von dem ersten Akkumulator (1, 21) in der Einrichtung misst, und wobei in einem Zeitraum, bei dem aus dem ersten Akkumulator (1, 21) keine Leistungszuführung oder Leistungsentnahme vorgesehen ist, eine Messung des ersten und des zweiten Magnetometers (2, 23, 4, 24) erfolgt und wobei eine Auswerteeinheit (3, 25), für den Fall, dass die von dem ersten Magnetometer (2, 23) gemessene magnetische Flussdichte eine mittels dem zweiten Magnetometer (4, 24) gemessene magnetische Hintergrund-Flussdichte über ein vorgegebenes Maß hinaus überschreitet, einen Fehlerzustand des ersten Akkumulators (1, 21) feststellt und ausgibt.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Überwachung eines Akkumulators, Auswerteeinrichtung und Messsystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung eines
Akkumulators, einer hierfür vorgesehenen Auswerteeinrichtung und einem Messsystem mit einer derartigen Auswerteeinrichtung. Aus der DE 10 2009 000 225 AI ist bereits eine Batterie mit einem integrierten Stromsensor bekannt. Der Stromsensor ist an einem Laststromkreis der Batterie angeordnet, wobei mindestens der Stromsensor in ein Gehäuse der Batterie integriert ist und über Messleitungen eine elektronische Auswerteschaltung kontaktiert. Der
Stromsensor kann beispielsweise als ein Magnetfeldsensor ausgeführt sein. Hiermit kann der von der Batterie abgegebene Strom gemessen werden. Damit ist es beispielsweise möglich, bei einem Kurzschluss eines an die Batterie angeschlossenen Gerätes einen erhöhten Stromfluss zu messen und geeignete Maßnahmen hiergegen einzuleiten.
Offenbarung der Erfindung
Unter einer Batterie wird im Folgenden eine Menge aus Akkumulatoren oder
Zellen verstanden, die parallel und/oder in Reihe geschaltet sind.
Eine einzelne Zelle wird im folgenden Akkumulator, Akkumulatorzelle oder Zelle bezeichnet.
Da man die Erfindung auf eine gebündelte Menge von Zellen als auch auf einzelne Zellen anwenden kann, soll hier die Anwendung beide Fälle
einschließen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass ein innerer Kurzschluss eines Akkumulators auf einfache Weise festgestellt werden kann. Ein innerer
Kurzschluss eines Akkumulators liegt dann vor, wenn zusätzliche Ströme im Inneren der Akkumulatorzelle zwischen den Elektroden direkt fließen, ohne dass dieser Strom durch die an einen Akkumulator angeschlossene Last fließt und es somit zu einer inneren Entladung des Akkumulators kommt. Solche inneren Kurzschlüsse sind unerwünscht, da einerseits der Akkumulator hierdurch entladen wird und sind andererseits durch eine Wärmeentwicklung, die durch den Stromfluss hervorgerufen wird, der Akkumulator erwärmen kann und beschädigt werden kann. Solche inneren Kurzschlüsse können beispielsweise durch störende Metall-oder Kohlenstoffpartikel ausgelöst werden, die Elektroden innerhalb der Zelle verbinden. Ferner können solche Kurzschlüsse im Inneren der der Zelle auch durch eine hohe Wärmeeinwirkung auf den Akkumulator verursacht werden. Ebenso kann ein Riss in einem Separator zwischen zwei Elektroden diesen Kurzschluss ermöglichen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Akkumulators in einer Einrichtung ist ein erstes Magnetometer vorgesehen, das eine magnetische Flussdichte in dem Akkumulator oder unmittelbar benachbart zu dem
Akkumulator misst. Hier kann auch das magnetische Feld, welches durch einen Vorgang im Inneren der Zelle verursacht wird, außerhalb eines Gehäuses noch in unmittelbarer Nachbarschaft detektiert werden. Ferner ist ein zweites
Magnetometer entfernt von dem ersten Akkumulator so angeordnet, dass ein magnetischer Fluss in dem ersten Akkumulator das zweite Magnetometer nicht beeinträchtigen kann. In einem Zeitraum, bei dem aus dem ersten Akkumulator keine Leistungszuführung oder Leistungsentnahme vorgesehen ist, erfolgt eine
Messung des magnetischen Flusses mit dem ersten und dem zweiten
Magnetometer. In diesem Fall sollten beiden Magnetometer lediglich einen magnetischen Fluss messen, der durch Störgrößen wie das Erdmagnetfeld oder von magnetischen oder stromdurchflossenen Elementen in der Nähe der Einrichtung verursacht werden. Daher sollte der magnetische Fluss, der von beiden Magnetometern gemessen wird, ungefähr gleich sein. Kommt es nun jedoch zu einem inneren Kurzschluss in dem ersten Akkumulator, so
verursachen diejenigen Ströme, die nun innerhalb des ersten Akkumulators fließen, ebenfalls ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld wird nun von dem ersten Magnetometer gemessen, nicht jedoch von dem zweiten Magnetometer. Somit kommt es zu einer Abweichung des magnetischen Flusses zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetometer. Überschreitet diese Abweichung ein vorgegebenes Maß, so kann festgestellt werden, dass ein innerer Kurzschluss des ersten Akkumulators vorliegt. Damit können geeignete Maßnahmen getroffen werden. Einerseits kann eine Warnung an einen Benutzer der Einrichtung ausgegeben werden. Ferner ist es auch möglich, dass der erste Akkumulator abgeschaltet wird, damit durch eine externe Leistungsentnahme die Temperatur in dem Akkumulator nicht noch weiter erhöht wird. Ferner können auch geeignete Kühlungsmaßnahmen zur Kühlung des ersten Akkumulators eingeleitet werden. Somit wird ein Betrieb des Akkumulators in der ersten Einrichtung sicherer gestaltet. Durch die Messung mit den beiden Magnetometern kann auf einfache Weise eine sichere Aussage über einen inneren Kurzschluss in dem ersten Akkumulator getroffen werden. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. So ist es vorteilhaft, dass das zweite Magnetometer wiederholt eine Messung der magnetischen Flussdichte vornimmt, so dass ein Durchschnittswert für eine Hintergrund- Flussdichte als auch insbesondere dieser Wert für eine bestimmte Fahrstrecke oder den Ort des Fahrzeuges ermittelt wird. Damit steht ein genauerer Wert für ein Hintergrund- Magnetfeld zur Verfügung, so dass eine Aussage über eine Abweichung von diesem Hintergrund-Magnetfeld sicherer getroffen werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die magnetische Hintergrund- Flussdichte mit dem zweiten Magnetometer zeitgleich mit einer Messung mit dem ersten Magnetometer erfolgt wird, um eine zeitliche Veränderung des Magnetfelds durch äußere Einflüsse bedingt von den Messwerten abziehen zu können und somit solchen störenden Einfluss ausschließen zu können.
Ebenso ist eine signaltechnische Auswertung von Magnetfelddaten beider Magnetometer in der Zeit- und Frequenz Domäne sinnvoll, um typische industrielle Störungen durch beispielsweise Starkstromwechselfelder durch Transformatoren oder Fahrdrahtleitungen z.B. von Schienenfahrzeugen identifizieren zu können.
Entsprechende Vorteile ergeben sich für eine erfindungsgemäße
Auswerteeinrichtung für die Überwachung eines ersten Akkumulators, der Schnittstellen zu einem ersten Magnetometer, zu einem zweiten Magnetometer und zu einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe einer Fehlermeldung aufweist.
Ferner ergeben sich entsprechende Vorteile für ein erfindungsgemäßes
Messsystem, das neben der Auswerteeinrichtung zwei entsprechende
Magnetometer aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, die Magnetometer als Hall-Sensoren, als GMR- Sensoren oder als SQI D-Sensoren auszuführen, da diese Sensoren
kostengünstig und verlässlich betrieben werden können. Hierbei können die Magnetfeldsensoren auch in einer besonderen Ausführungsform im Inneren der elektrochemische Zelle oder des Elektrodenwickels angeordnet sein.
Weiterhin ist es vorteilhaft, eine magnetische Flusskonzentratoreinrichtung an wenigstens einem der Magnetometer vorzusehen, um ein Magnetfeld entsprechend verstärken zu können und Störeinflüsse auszuschließen. Weiterhin ist es vorteilhaft, eine magnetische Abschirmeinrichtung derart anzubringen, dass eine Überlastung des Magnetometers, beispielsweise eine permanente Veränderung durch einen zu starken Einfluss eines magnetischen Feldes, verhindert werden kann. Dies ist insbesondere dann hilfreich, wenn ein durch eine Leistungsentnahme aus dem Akkumulator entstehende hohe magnetische Flussdichte von dem Magnetometer abgeschirmt werden soll.
Ferner ist es vorteilhaft, das zweite Magnetometer an einem zweiten
Akkumulator anzuordnen. Damit ist es möglich, für den Fall, dass in lediglich einem Akkumulator von zwei Akkumulatoren ein Fehler auf tritt mit Hilfe des ersten Magnetometers einen inneren Kurzschluss in dem ersten Akkumulator festzustellen, während das an dem zweiten Akkumulator angeordnete
Magnetometer als Referenzsignalgeber dient. Ferner ist es bei einer derartigen Anordnung auch möglich, mit dem an dem zweiten Akkumulator angeordneten zweiten Magnetometer einen inneren Kurzschluss in dem zweiten Akkumulator festzustellen, während das an dem ersten Akkumulator angeordnete erste Magnetometer nun für diese Messung als Referenzsignalgeber dient. Ein entsprechendes Messsystem kann auf eine Vielzahl von Akkumulatoren hochskaliert werden. Dabei kann auch entfernt von dem Akkumulator ein weiteres Magnetometer als Magnetometer für eine Messung der magnetischen
Hintergrund- Flussdichte vorgesehen sein. Es ist jedoch auch möglich, dass eines der anderen, benachbarten Magnetometer, die unmittelbar an einem
Akkumulator angeordnet sind, zur Messung der magnetischen Hintergrund- Flussdichte dient.
Weiterhin ist es auch vorteilhaft, mehrere Magnetometer als erste Magnetometer zu betreiben und an einem Akkumulator anzuordnen, vorzugsweise an verschiedenen Seitenflächen. Hiermit ist es möglich, Störungen, die an verschiedenen Stellen in dem Akkumulator auftreten können, besser detektieren zu können.
Ebenso ist es vorteilhaft, äußere nicht zum Akkumulator oder der Batterie gehörende Magnetfelder durch ein Blech abzuschirmen, welches den ganzen Akkumulator umkleidet.
Falls bei einem System auch im Betrieb des Akkumulators das magnetische Feld und ein eventuell dann stärkerer Kurzschlussstörfall gemessen werden soll, kann diese Feld durch ein Modell -geführtes Auswerteverfahren mit Unterstützung der Batteriestromdaten und Zellgeometrien vom Magnetometersignal beider
Magnetometer mit Hilfe für den Ort modellierter Werte abgezogen werden und so eine Messung zumindest stärkerer Kurzschlüsse ermöglicht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messsystem mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messsystem mit einer erfindungsgemäßen Auswerteeinrichtung,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Anordnung von
Magnetometern an einer Vielzahl von Akkumulatoren,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für einen Ablauf des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann für Akkumulatoren in beliebigen Einrichtungen eingesetzt werden. Insbesondere ist eine Verwendung für Kraftfahrzeuge vorteilhaft, da hierbei ein Wunsch nach einer langen Haltbarkeit der
Akkumulatoren, ein hohes Sicherheitsbedürfnis für den Betrieb einer derartigen Einrichtung und recht robuste Einsatzbedingungen, wie hohe Temperaturen und starke Erschütterungen, zusammentreffen. Die Einrichtung, in der die
Akkumulatoren angeordnet sind, kann daher beispielsweise ein Kraftfahrzeug sein.
In der Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel für die Überwachung eines einzelnen Akkumulators 1 dargestellt. An dem Akkumulator ist ein Magnetometer 2 an einer Außenseite des Akkumulators angeordnet. Die Hülle des
Akkumulators ist vorzugsweise aus einem nicht magnetischen Material oder aus einem nicht leitenden Material ausgebildet, beispielsweise Kunststoff. In dem Inneren des Akkumulators fließende Ströme können somit von dem
Magnetometer leicht detektiert werden. Das Magnetometer liefert seine
Messergebnisse an eine Auswerteeinheit 3. In einer ersten Ausführungsform liefert das erste Magnetometer 2 lediglich einen Betrag der gemessenen magnetischen Flussdichte. In einer weiteren Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass eine Vektor-Information über die Richtung des magnetischen Flusses und die Amplitude gemessen und an die Auswerteeinheit 3 übertragen werden. In einer ersten Ausführungsform kann das erste Magnetometer 2 diese Informationen kontinuierlich liefern. In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Auswerteeinheit 3 eine entsprechende Messung anstößt.
Das erste Magnetometer 2 ist über eine erste Schnittstelle 11 an die
Auswerteeinheit 3 angeschlossen. An einer zweiten Schnittstelle 12 ist ein zweites Magnetometer 4 an die Auswerteeinheit 3 angeschlossen. Bevorzugt ist das zweite Magnetometer 4 baugleich zu dem ersten Magnetometer ausgeführt.
Das zweite Magnetometer 4 ist dabei derart in der Einrichtung angeordnet, also beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, dass eine Störung von elektrischen Strömen, die innerhalb des Akkumulators 1 fließen, ausgeschlossen oder nahezu ausgeschlossen werden kann.
Die Auswerteeinheit 3 weist eine Recheneinrichtung 5 auf, die die gemessenen magnetischen Flussdichten der Magnetometer 2, 4 auswertet. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, dass die Messergebnisse in einer
Speichereinheit 6 in der Auswerteeinheit 3 für die weitere Evaluierung abgelegt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass über eine Durchschnittsbildung der von dem zweiten Magnetometer 4 gemessenen Flussdichten eine Hintergrund- Flussdichte durch Mittelung bestimmt wird. Es kann auch eine Frequenzanalyse gekoppelt mit einer Vektorbildung vorgenommen werden, um so eine
vorbeiziehende Störquelle zu identifizieren. Die magnetischen Flussdichten werden hinsichtlich ihrer Amplitude und/oder ihrer Ausrichtung von der
Auswerteeinheit 3 verglichen. Stellt sich heraus, dass eine Abweichung festgestellt wird, so greift die Auswerteeinheit 3 über eine dritte Schnittstelle 13 auf eine Ausgabeeinheit 7 zu. An die Ausgabeeinheit 7 kann beispielsweise eine Warnlampe 8 angeschlossen sein, die einem Benutzer der Einrichtung, also beispielsweise einen Fahrer des Fahrzeugs, vor einem inneren Kurzschluss in dem Akkumulator 1 warnt. Ferner kann die Ausgabeeinheit 7 auch weitere Systeme ansteuern, beispielsweise eine elektrische Regelungseinheit für den Akkumulator 1 oder ein Kühlsystem des Akkumulators 1. Bevorzugt wird eine Messung der magnetischen Flussdichten mit den
Magnetometern 2, 4 dann durchgeführt, wenn keine Ladung des Akkumulators 1, aber auch keine Entladung erfolgt. Hierzu greift die Auswerteeinheit über Anschlüsse 14, 15 auf die beiden Pole 16, 17 des Akkumulators 1 zu und führt eine Spannungs- und Strommessung durch. Wird festgestellt, dass der
Akkumulator keine Leistung abgibt oder aufnimmt, so wird in diesem Zeitraum eine Messung der magnetischen Flussdichte mittels der Magnetometer 2, 4 durchgeführt. In einer Ausführungsform erfolgt die Messung zeitgleich. Ferner ist es aber auch möglich, ein Messergebnis des ersten Magnetometers 2 mit einem gemittelten Ergebnis des zweiten Magnetometers 4 durchzuführen. Ferner können auch über einen längeren Zeitraum die Messergebnisse beider
Magnetometer gemittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann das erste Magnetometer durch eine Schutzvorrichtung 18 zu einem Schutz vor zu hohem magnetischen Fluss geschützt sein. Die Schutzvorrichtung 18 ist beispielsweise aus Monel gebildet.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine magnetische
Flusskonzentratorvorrichtung 19 vorgesehen sein, beispielsweise aus Eisen, Nickel oder einer Legierung mit einer derart geometrischen Struktur, dass die magnetischen Flusslinien aus dem Kurzschluss besser auf das erste
Magnetometer 2 geleitet werden. Insbesondere kann der Flusskonzentrator (19) der Wickelrichtung der im Inneren in der Zelle gelegenen Elektrodenwickel und deren Geometrie angepasst sein. Weiterhin ist es auch möglich, dass in der Auswerteeinheit 3 analoge oder digitale Filtereinrichtungen und Frequenzanalysatoren vorgesehen sind, um Schwankungen des Magnetfelds aus der Umgebung aus dem Messsignal herauszufiltern. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Figur 2 dargestellt. Hierbei sind ein erster Akkumulator 21 und ein zweiter Akkumulator 22 vorgesehen. An dem ersten Akkumulator 21 ist ein erstes Magnetometer 23 und an dem zweiten Akkumulator 22 ein zweites Magnetometer 24 angeordnet. Beide Magnetometer 23, 24 sind mit einer Auswerteeinheit 25 verbunden, die die magnetischen Flussdichten in den Akkumulatoren 21, 22 misst. Zur Überwachung des Betriebs der Akkumulatoren 21, 22 ist die Auswerteeinheit 25 mit einer entsprechenden Messeinrichtung zum Messen eines Betriebs der Akkumulatoren 21, 22 versehen, also insbesondere zur Messung einer anliegenden Spannung und eines Stroms, der von den Akkumulatoren abgegeben wird. Die Auswerteeinheit 25 ist mit einer Ausgabeeinheit 27 verbunden. Sind beide Akkumulatoren nicht in einem Lade- oder Entladebetrieb, so sollten die Magnetometer 23, 24 lediglich ein Hintergrund-Magnetfeld messen. Liegt jedoch in einem der Akkumulatoren 21, 22 ein interner Kurzschluss vor, so wird das zugehörige Magnetometer eine signifikant höhere Flussdichte messen. Dies wird von der Auswerteeinheit 25 festgestellt, so dass diese eine Fehlermeldung an die Ausgabeeinheit 27 abgeben kann.
In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei der in einer Einrichtung 30 drei Akkumulatoren 31, 32, 33 angeordnet sind. An allen Seiten der
Akkumulatoren, 31, 32, 33 sind Magnetometer 40 angeordnet, die die magnetische Flussdichte für den jeweils zugeordneten Akkumulator messen. Zwischen den Akkumulatoren sind Magnetometer angeordnet, die die magnetische Flussdichte aus wenigstens zwei Akkumulatoren bestimmen können. Außerhalb des Batteriemoduls 30 ist bevorzugt ein Referenz- Magnetometer vorgesehen, das eine magnetische Hintergrund- Flussdichte bestimmt.
In der Figur 4 ist ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Verfahrensablauf dargestellt. Das Verfahren wird mit einem Initialisierungsschritt 50 eingeleitet. Eine derartige Messung kann nach vorgegebenen Zeitabständen erfolgen. Sie kann jedoch auch durch ein Diagnose-Programm ausgelöst werden.
In einem Messschritt 51 wird eine magnetische Flussdichte von den wenigstens zwei Magnetometern durchgeführt. In einem anschließenden Auswerteschritt 52 wird festgestellt, ob die Messergebnisse der beiden Magnetometer im
Wesentlichen übereinstimmen oder über ein vorgegebenes Maß hinaus voneinander abweichen. Ist das Messergebnis unklar, so wird zu dem ersten Messschritt 51 zurück verzweigt. Stimmen die Messergebnisse im Wesentlichen überein, so ist ein interner Kurzschluss des Akkumulators auszuschließen und das Verfahren wird mit einem Endschritt 53 beendet. Weichen die
Messergebnisse über ein vorgegebenes Maß voneinander ab, so wird zu einem Fehlerschritt 54 verzweigt. In dem Fehlerschritt 54 wird eine Abweichung festgestellt und entsprechend an einer Ausgabeeinheit ausgegeben. In einem zweiten Auswerteeschritt 55 wird im Anschluss überprüft, ob die Abweichung zudem einen zweiten, höheren Unterschiedsbetrag überschreitet. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren in einem Endschritt 56 beendet. Ein Fehlerfall wird von der Ausgabeeinheit weiter verarbeitet. Gegebenenfalls kann auch zu einer Wiederholung des Messverfahrens zu dem ersten Messschritt 51 zurück verzweigt werden. Wird ein vorgegebenes Maß jedoch über eine bestimmte Grenze hinaus überschritten, so wird zu einem Abschalteschritt 57 weiter verzweigt, in dem der Akkumulator abgeschaltet wird. Anschließend wird das Verfahren in einem Endschritt 58 beendet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Überwachung eines ersten Akkumulators (1, 21) in einer Einrichtung, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei ein erstes Magnetometer (2, 23) eine magnetischen Flussdichte in dem Akkumulator (1, 21) und/oder benachbart zu dem Akkumulator (1, 21) misst, wobei ein zweites Magnetometer (4, 24) eine
magnetischen Flussdichte entfernt von dem ersten Akkumulator (1, 21) in der Einrichtung misst, und wobei in einem Zeitraum, bei dem aus dem ersten
Akkumulator (1, 21) keine Leistungszuführung oder Leistungsentnahme
vorgesehen ist, eine Messung des ersten und des zweiten Magnetometers (2, 23, 4, 24) erfolgt und wobei eine Auswerteeinheit (3, 25), für den Fall, dass die von dem ersten Magnetometer (2, 23) gemessene magnetische Flussdichte eine mittels dem zweiten Magnetometer (4, 24) gemessene magnetische Hintergrund- Flussdichte über ein vorgegebenes Maß hinaus überschreitet, einen Fehlerzustand des ersten Akkumulators (1, 21) feststellt und ausgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite
Magnetometer (4, 24) wiederholt eine Messung der magnetischen Flussdichte vornimmt, dass die Auswerteeinheit (8, 25) einen Durchschnittswert für die magnetische Hintergrund- Flussdichte bestimmt und dass der Durchschnittswert für einen Vergleich mit der von dem ersten Magnetometer (2, 23) gemessenen magnetische Flussdichte verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische
Hintergrund- Flussdichte durch eine Messung mit dem zweiten Magnetometer (4, 24) zeitgleich mit einer Messung mit dem ersten Magnetometer (2, 23) bestimmt wird.
4. Auswerteeinrichtung für die Überwachung eine ersten Akkumulators (1), mit einer ersten Schnittstelle (11) zum Anschluss eines ersten Magnetometers (2) zur Messung einer magnetischen Flussdichte in dem ersten Akkumulator (1) oder benachbart zu dem ersten Akkumulator (1), mit einer zweiten Schnittstelle (12) zum Anschluss eines zweiten, entfernt von dem ersten Akkumulator (1) in der
Einrichtung angeordneten Magnetometers (4), und mit einer dritten Schnittstelle (13) zur Ansteuerung einer Ausgabeeinheit (7, 8) zur Ausgabe einer
Fehlermeldung für den überwachten, ersten Akkumulator (1) für den Fall, dass die Auswerteeinheit (7, 8) in einem Zeitraum, bei dem aus dem ersten Akkumulator (1) keine Leistungszuführung oder Leistungsentnahme vorgesehen ist, von dem ersten Magnetometer (2) und von dem zweiten Magnetometer (4) ein Ergebnis einer Messung der magnetischen Flussdichte erhält und die von dem ersten
Magnetometer (2) gemessene magnetische Flussdichte die mittels dem zweiten Magnetometer (4) gemessene magnetische Hintergrund- Flussdichte über ein vorgegebenes Maß hinaus überschreitet.
5. Messsystem mit einer Auswerteeinrichtung nach Anspruch 4, mit wenigstens einem an dem ersten Akkumulator (1, 21) angeordneten Magnetometer (2, 23) zur Messung einer magnetischen Flussdichte in oder benachbart zu dem ersten Akkumulator (1, 21) und einem weiteren Magnetometer (2, 24), das entfernt von dem ersten Akkumulator (1, 21) in der Einrichtung angeordnet ist.
6. Messsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetometer (2, 23, 4, 24) als Hall-Sensoren, als GMR-Sensoren oder als SQID-Sensoren ausgeführt sind.
7. Messsystem nach einem der Ansprüche 5-6, gekennzeichnet durch eine
magnetische Flusskonzentratoreinrichtung (19).
8. Messsystem nach einem der Ansprüche 5-7, gekennzeichnet durch eine
magnetische Abschirmeinrichtung (18) zur Begrenzung der magnetischen
Flussdichte durch wenigstens ein Magnetometer (2), insbesondere bei einer Lastentnahme aus dem ersten Akkumulator (1).
9. Messsystem nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Magnetometer (24) an einem zweiten Akkumulator (22) angeordnet ist.
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