WO2020127752A1 - Verfahren zum überwachen einer batterie - Google Patents

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Trutz Thelemann
Dirk Henning WEBER
Udo Schriever
Thorsten KROKER
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Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a battery, in particular an HV battery, for example an electric vehicle, according to the independent method claim, a control unit for monitoring a battery, in particular an HV battery, for example an electric vehicle, according to the independent device claim and a Cooling system for a battery, in particular an HV battery, for example an electric vehicle, according to
  • a warning device is known from a document DE 10 2012 102 664 A1 which, after a thermal runaway of a battery has already been recognized, enables a display of this dangerous state of the battery to a user of the vehicle.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved method for monitoring a battery, in particular an HV battery, of an electric vehicle.
  • the object of the invention is achieved by an improved method for monitoring a battery, in particular an HV battery, an electric vehicle, with the features of the independent method claim, in particular from the characterizing part, by an improved control unit for monitoring a battery, in particular an HV battery , an electric vehicle with the characteristics of the independent
  • the invention provides a method for monitoring a battery, in particular an HV battery, for example an electric vehicle, with the aid of a control unit, the one
  • Has sensor unit for detecting at least one operating parameter of the battery.
  • the at least one operating parameter of the battery which is detected by the sensor unit, comprises an increase in temperature in the battery, with an impending thermal temperature in the event of an increase in temperature in the battery which exceeds a threshold value (determined by the control unit) Going through the battery is recognized by the control unit (looking ahead).
  • the idea of the invention lies in the fact that an operating parameter of the battery is monitored, which detects a dangerous state within the battery at an early stage before the battery actually goes through heat.
  • the invention recognizes that shortly before the thermal runaway of the battery a normal operation of the battery
  • the temperature rise means a rate at which the temperature rises as a function of time. In this way, the invention can make it possible to recognize impending thermal runaway of the battery in good time. If the thermal runaway of the battery can no longer be stopped, at least one user of the electric vehicle and the people in the dangerous vicinity of the battery can be warned in good time in order to move a safe distance from the battery. In this way, the safety during operation of the battery can be increased considerably.
  • the invention can provide that the threshold value at which an impending thermal runaway of the battery is recognized by the control unit is determined greater than a temperature increase rate in the battery in normal operation of the battery. Normal operation of the battery can thus be clearly distinguished from a dangerous state of the battery.
  • the threshold value can be determined by the control unit, preferably as a function of
  • the threshold may e.g. B. greater than or equal to a maximum temperature increase rate within the battery that experience has shown to occur during normal operation of the battery and / or that is due to
  • the invention can provide that the at least one operating parameter, which is detected by the sensor unit, comprises a voltage drop in the battery, thermal breakdown in the event of a voltage drop in the battery that falls below a certain threshold value the battery is determined by the control unit.
  • a voltage drop denotes a voltage drop as a function of time or the speed of the voltage drop.
  • the invention recognizes that a drastic rise in temperature takes place shortly before the battery goes through thermally, which leads to the loss of the electrolyte due to outgassing and finally to a sudden drop in the cell voltage.
  • the voltage drop follows the sharp rise in temperature and immediately initiates thermal runaway of the battery. By recognizing the sudden voltage drop, a thermal runaway of the battery can be determined by the control unit immediately when it occurs.
  • the threshold value at which a thermal runaway of the battery is determined by the control unit is greater than one
  • Voltage change rate in the battery is determined in normal operation of the battery. Normal operation of the battery can thus also be clearly distinguished from the thermal runaway of the battery.
  • the threshold value for the voltage drop can be determined by the control unit.
  • the control unit can determine whether the control unit can determine whether the voltage drop is a voltage drop.
  • the invention can provide that at least one safety measure is initiated by a warning unit when the battery detects an impending thermal runaway. To this way, the safety during operation of the battery can be increased considerably.
  • the at least one safety measure can advantageously be initiated with foresight in good time before the thermal runaway of the battery occurs. In this way, damage to property and personal injury can be reduced.
  • the invention can provide that the at least one safety measure comprises at least one of the following measures:
  • the first measure ensures that the battery is not additionally burdened by the normal heating during operation of the battery.
  • the second measure ensures that the user of the electric vehicle is warned of the dangerous state of the battery and shortly thereafter, impending thermal runaway of the battery.
  • the third measure ensures that the user of the electric vehicle is persuaded to move away from the battery despite the dangerous state of the battery and a possible panic reaction.
  • the fourth measure serves to ensure the safety of the area around the battery.
  • the fifth measure helps to prevent or at least stop the thermal runaway battery.
  • the sixth measure provides additional cooling of the battery.
  • the seventh measure ensures that all cooling resources within the vehicle are activated in order to provide cooling power for the battery.
  • a control unit for monitoring a battery of an electric vehicle comprising: a sensor unit for detecting at least one operating parameter of the battery.
  • the sensor unit is designed to detect a temperature rise in the battery as the at least one operating parameter of the battery, with one
  • control unit is designed to:
  • control unit in the form of a
  • Battery control unit can be reached.
  • control unit can be implemented in a central control unit of the battery, in particular of the electric vehicle, or is designed as an independent control unit. If the control unit is implemented in a central control unit of the electric vehicle, the central control unit of the electric vehicle can advantageously also take over the communication with the user and the
  • Control cooling resources within the electric vehicle in a manner according to the invention. If the control unit is designed as an independent control unit, even known electric vehicles can be upgraded with the functionality according to the invention when monitoring the battery.
  • a warning unit can be provided in a control unit within the scope of the invention, which is designed to detect at least one safety measure by a control unit after the impending thermal runaway of the battery by the control unit
  • Initiate warning unit With the aid of the warning unit, measures can be initiated which serve to prevent an impending thermal runaway of the battery and / or to ensure safety in the event of a dangerous state of the battery.
  • the invention can provide a display unit for a warning unit, which is designed to output a warning to a user of the electric vehicle, comprising an acoustic and / or visual message.
  • the display unit advantageously helps to stimulate the acoustic and / or visual senses of the user to safely indicate a dangerous condition of the battery and an impending thermal runaway of the battery.
  • the display unit can be implemented in a dashboard and / or an overhead display of the electric vehicle. In this way, familiar interfaces between a user and a vehicle can be used to warn the user.
  • a cooling system for a battery of an electric vehicle comprising: a cooling device for the battery of a control unit for monitoring the battery.
  • Cooling device for the battery can be coupled to at least one further cooling device for at least one functional system of the electric vehicle if an impending thermal runaway of the battery is detected by the control unit when the temperature in the battery rises above a certain threshold value.
  • the cooling system according to the invention achieves the same advantages that were described above in connection with the method according to the invention and / or the control unit according to the invention. These advantages are referred to in full in the present case.
  • Fig. 1 is a schematic illustration of a method for
  • Figure 1 is a schematic illustration of an inventive
  • the method can be carried out with the aid of a control unit 10, which is also shown schematically in FIG. 1.
  • the control unit 10 has a sensor unit 11 for detecting at least one operating parameter dT / dt, dU / dt of the battery 100.
  • the at least one operating parameter dT / dt, dU / dt of the battery 100 which is detected by the sensor unit 11, comprises a temperature rise dT / dt in the battery 100 or the speed at which the temperature T in the battery 100 rises.
  • an impending thermal runaway Z2 of the battery 100 by the control unit 10 is recognized in advance.
  • a dangerous state Z1 of the battery 100 is detected, which is before the actual thermal runaway Z2 of the battery 100.
  • an impending thermal runaway Z2 of the battery 100 is recognized in advance in order to be able to initiate safety measures in good time.
  • Temperature rise dT / dt takes place, which is far above normal heating of the battery 100 during normal operation.
  • the unusually strong temperature rise dT / dt corresponds to a recognized dangerous state Z1 of the battery 100.
  • the threshold value DT / D ⁇ at which an impending thermal runaway Z2 of the battery 100 is recognized prematurely by the control unit 10, is greater than a temperature increase rate dTwork / dt in the battery 100 in one Normal operation of the battery 100.
  • the temperature increase rate dTwork / dt in the battery 100 corresponds to the less steep temperature curve on the left in FIG. 1.
  • the slope of the temperature curve can increase
  • the sensor unit 11 detects a voltage drop dU / dt in the battery 100 (see falling voltage curve on the right in FIG. 1). If the sensor unit 11 a
  • Voltage change rate dUwork / dt falls below a certain threshold value ⁇ U / ⁇ t.
  • the invention recognizes that shortly before the thermal runaway Z2 of the battery 100 there is a drastic temperature rise dT / dt, which leads to the loss of the electrolyte due to outgassing, which leads to a sudden voltage drop dU / dt.
  • the invention can advantageously provide that as soon as a dangerous state Z1 of the battery 100 is recognized, the time before the actual thermal state
  • At least one safety measure is initiated by a warning unit 12.
  • the at least one security measure can include at least one of the following measures:
  • the control unit 10 also represents an aspect in the sense of the invention.
  • the control unit 10 can advantageously be designed to carry out a method within the scope of the invention.
  • the control unit 10 can be designed in the form of a battery control unit.
  • the control unit 10 can also be implemented in a central control unit of the battery 100, in particular in a central control unit of the electric vehicle, or can be designed as an independent control unit.
  • the control unit 10 has a sensor unit 11 for detecting at least one operating parameter dT / dt, dU / dt of the battery 100 and a warning unit 12, which is designed to detect at least one of the safety measures listed above after an impending thermal runaway Z2 of the battery 100 initiate.
  • the warning unit 12 can have a display unit A, which is designed to output a warning to a user of the electric vehicle, comprising an acoustic and / or visual message.
  • the display unit A can be implemented in a dashboard and / or an overhead display of the electric vehicle.
  • Electric vehicle is an aspect of the invention, comprising: a cooling device 1 for the battery 100 and a control unit 10 for monitoring the battery 100.
  • a cooling device 1 for the battery 100 is connected to at least one further cooling device 2 for at least one functional system of the
  • Electric vehicle can be coupled if there is an impending thermal when the temperature dT / dt in the battery 100 exceeds a certain threshold DT / Et
  • Go through Z2 of the battery 100 is recognized by the control unit 10 (looking ahead). In this way, all of the cooling resources within the electric vehicle can be activated in order to stop or at least slow down an impending thermal runaway Z2 of the battery 100.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie (100) eines Elektrofahrzeuges mithilfe einer Steuereinheit (10), die eine Sensoreinheit (11) zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters (dT/dt, dU/dt) der Batterie (100) aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der mindestens eine Betriebsparameter (dT/dt, dU/dt) der Batterie (100), der durch die Sensoreinheit (11) erfasst wird, einen Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100) umfasst, wobei bei einem Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100), der einen bestimmten Schwellenwert (ΔT/Δt) überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) erkannt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Überwachen einer Batterie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV- Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch, eine Steuereinheit zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch und ein Kühlsystem für eine Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, nach dem
unabhängigen Systemanspruch.
Der immer weiter ansteigende Energiegehalt von Batterien, wie z. B. Lithium-Ionen-Batterien, die bspw. in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, erhöht das Risiko für eine thermische Kettenreaktion innerhalb einer Batterie, ein sog. thermisches Durchgehen der Batterie. Dabei überhitzt die gesamte Batterie aufgrund eines Defekts einer einzelnen Batteriezelle. Infolge von Überhitzen einer einzelnen Batteriezelle erhitzen sich auch die benachbarten Batteriezellen. Dabei kann es zu einem Batteriebrand kommen, der auf das Fahrzeug übergreifen und die Insassen gefährden kann. In der Regel wird das Überhitzen von benachbarten Betteriezellen durch konstruktive Maßnahmen, wie z. B. eine Abschirmung oder besonders gute
Wärmeableitung einzelner Batteriezellen verhindert. Aufgrund der ansteigenden Energiedichte der modernen Batterien reichen diese konstruktiven Maßnahmen jedoch nicht mehr aus, um das thermische Durchgehen der Batterie abzuwinden.
Aus einer Druckschrift DE 10 2012 102 664 A1 ist eine Warneinrichtung bekannt, die nach dem Erkennen eines bereits stattfindenden thermischen Durchgehens einer Batterie eine Anzeige dieses gefährlichen Zustandes der Batterie an einen Benutzer des Fahrzeuges ermöglicht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, eines Elektrofahrzeuges, bereitzustellen.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, eines Elektrofahrzeuges, zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie vorausschauend zu erkennen, und somit die Sicherheit im Betrieb der Batterie erhöht. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Steuereinheit zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, und ein verbessertes Kühlsystem für eine Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, zur Verfügung zu stellen. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch ein verbessertes Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV-Batterie, eines Elektrofahrzeuges, mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, durch eine verbesserte Steuereinheit zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV- Batterie, eines Elektrofahrzeuges, mit den Merkmalen des unabhängigen
Vorrichtungsanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil, und durch ein verbessertes Kühlsystem für eine Batterie mit den Merkmalen des unabhängigen
Systemanspruches, insbesondere aus dem kennzeichnenden Teil. In den abhängigen
Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bzgl. der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets
wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer HV- Batterie, bspw. eines Elektrofahrzeuges, mithilfe einer Steuereinheit bereit, die eine
Sensoreinheit zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters der Batterie aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der mindestens eine Betriebsparameter der Batterie, der durch die Sensoreinheit erfasst wird, einen Temperaturanstieg in der Batterie umfasst, wobei bei einem Temperaturanstieg in der Batterie, der einen (durch die Steuereinheit) bestimmten Schwellenwert überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit (vorausschauend) erkannt wird.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass ein Betriebs parameter der Batterie überwacht wird, der noch vor dem tatsächlichen thermischen Durchgehen der Batterie einen gefährlichen Zustand innerhalb der Batterie frühzeitig erkennt. Die Erfindung erkennt dabei, dass kurz vor dem thermischen Durchgehen der Batterie ein für einen Normalbetrieb der Batterie
ungewöhnlich starker Temperaturanstieg stattfindet, der über normaler Erwärmung der Batterie während des Normalbetriebes liegt. Der Temperaturanstieg bedeutet im Sinne der Erfindung eine Geschwindigkeit, mit der die Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit ansteigt. Auf diese Weise kann die Erfindung es ermöglichen, ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie rechtzeitig zu erkennen. Sollte das thermische Durchgehen der Batterie nicht mehr gestoppt werden können, so können zumindest ein Benutzer des Elektrofahrzeuges und die Personen im gefährlichen Umkreis der Batterie rechtzeitig gewarnt werden, um sich in einen sicheren Abstand zur Batterie zu begeben. Auf diese Weise kann die Sicherheit im Betrieb der Batterie erheblich erhöht werden. Ferner kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Überwachen einer Batterie vorsehen, dass der Schwellenwert, bei dem ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit erkannt wird, größer einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit in der Batterie in einem Normalbetrieb der Batterie bestimmt wird. Somit kann ein Normalbetrieb der Batterie deutlich von einem gefährlichen Zustand der Batterie abgegrenzt werden. Der Schwellenwert kann durch die Steuereinheit bestimmt werden, vorzugsweise in Abhängigkeit von
Erfahrungswerten der typischen und/oder zulässigen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Batterie. Der Schwellenwert kann z. B. größer oder gleich einer maximalen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit innerhalb der Batterie bestimmt werden, die erfahrungsgemäß im Normalbetrieb der Batterie stattfindet und/oder die aufgrund von
Normdaten der Batterie maximal zulässig ist.
Weiterhin kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Überwachen einer Batterie vorsehen, dass der mindestens eine Betriebsparameter, der durch die Sensoreinheit erfasst wird, einen Spannungseinbruch in der Batterie umfasst, wobei bei einem Spannungseinbruch in der Batterie, der einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, ein thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit festgestellt wird. Unter einem Spannungseinbruch wird im Rahmen der Erfindung ein Spannungsabfall in Abhängigkeit von der Zeit bezeichnet bzw. die Geschwindigkeit des Spannungsabfalls. Die Erfindung erkennt dabei, dass kurz vor dem thermischen Durchgehen der Batterie ein drastischer Temperaturanstieg stattfindet, der zum Verlust des Elektrolyts durch Ausgasen führt und schließlich zu einem plötzlichen Einbruch der Zellspannung. Der Spannungseinbruch folgt dabei dem starken Temperaturanstieg und leitet das thermische Durchgehen der Batterie unmittelbar ein. Durch Erkennen des plötzlichen Spannungseinbruches kann ein thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit unmittelbar beim Entstehen festgestellt werden.
Des Weiteren ist es denkbar, dass der Schwellenwert, bei dem ein thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit festgestellt wird, größer einer
Spannungsänderungsgeschwindigkeit in der Batterie in einem Normalbetrieb der Batterie bestimmt wird. Auch somit kann ein Normalbetrieb der Batterie deutlich von dem thermischen Durchgehen der Batterie abgegrenzt werden. Der Schwellenwert für den Spannungseinbruch kann durch die Steuereinheit bestimmt werden. Hierbei kann die Steuereinheit die
Erfahrungswerte für die typischen und/oder zulässigen Spannungsänderungsgeschwindigkeiten im Normalbetrieb der Batterie berücksichtigen.
Zudem kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Überwachen einer Batterie vorsehen, dass beim Erkennen eines drohenden thermischen Durchgehens der Batterie durch die Steuereinheit mindestens eine Sicherheitsmaßnahme durch eine Warneinheit eingeleitet wird. Auf diese Weise kann die Sicherheit im Betrieb der Batterie erheblich erhöht werden. Die mindestens eine Sicherheitsmaßnahme kann vorteilhafterweise vorausschauend rechtzeitig vor dem Eintreten des thermischen Durchgehens der Batterie eingeleitet werden. Auf diese Weise können Sach- und Personenschäden reduziert werden.
Außerdem kann die Erfindung bei einem Verfahren zum Überwachen einer Batterie vorsehen, dass die mindestens eine Sicherheitsmaßnahme mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfasst:
1) Abschaltung der Batterie,
2) Ausgeben einer Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
3) Ausgeben einer Aufforderung an den Benutzer des Elektrofahrzeuges, das Fahrzeug umgehend zu verlassen,
4) Ausgeben einer Warnung an andere Verkehrsteilnehmer, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
5) Maximieren einer Kühlleistung der Batterie,
6) Einschalten einer Notkühlung der Batterie, und/oder
7) Ansteuern mindestens einer weiteren Kühlvorrichtung für mindestens ein
Funktionssystem des Elektrofahrzeuges zum Bereitstellen einer Kühlleistung an die Batterie.
Die erste Maßnahme stellt sicher, dass die Batterie durch die normale Erwärmung im Betrieb der Batterie nicht zusätzlich belastet wird. Die zweite Maßnahme sorgt dafür, dass der Benutzer des Elektrofahrzeuges von dem gefährlichen Zustand der Batterie und kurz darauf folgenden, drohenden thermischen Durchgehen der Batterie gewarnt wird. Die dritte Maßnahme sorgt dafür, dass der Benutzer des Elektrofahrzeuges trotz des gefährlichen Zustandes der Batterie und einer möglichen Panikreaktion dazu gebracht wird, sich von der Batterie zu entfernen. Die vierte Maßnahme dient der Sicherheit der Umgebung der Batterie. Die fünfte Maßnahme hilft, das drohende thermische Durchgehen der Batterie zu unterbinden oder zumindest aufzuhalten. Die sechste Maßnahme sorgt für eine zusätzliche Kühlung der Batterie. Die siebte Maßnahme sorgt schließlich dafür, dass sämtliche Kühlressourcen innerhalb des Fahrzeuges aktiviert werden, um eine Kühlleistung für die Batterie bereitzustellen. Auf diese Weise kann dem gefährlichen Zustand der Batterie und dem drohenden thermischen Durchgehen der Batterie auf eine vorteilhafte Weise entgegengewirkt werden. Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Steuereinheit zum Überwachen einer Batterie eines Elektrofahrzeuges gelöst, aufweisend: eine Sensoreinheit zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters der Batterie. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Sensoreinheit dazu ausgeführt ist, einen Temperaturanstieg in der Batterie als den mindestens einen Betriebsparameter der Batterie zu erfassen, wobei bei einem
Temperaturanstieg in der Batterie, der einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit (vorzugsweise im Voraus) erkannt wird. Mithilfe der erfindungsgemäßen Steuereinheit werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass die Steuereinheit dazu ausgeführt ist, ein
Verfahren auszuführen, welches wie oben beschrieben ablaufen kann.
Des Weiteren kann die Erfindung vorsehen, dass die Steuereinheit in Form eines
Batteriesteuergerätes ausgeführt ist. Somit können die Vorteile der Erfindung mit dem
Batteriesteuergerät erreicht werden.
Zudem kann die Erfindung vorsehen, dass die Steuereinheit in einer zentralen Steuereinheit der Batterie, insbesondere des Elektrofahrzeuges, implementierbar oder als eine eigenständige Steuereinheit ausgeführt ist. Wenn die Steuereinheit in einer zentralen Steuereinheit des Elektrofahrzeuges implementier ist, kann die zentrale Steuereinheit des Elektrofahrzeuges vorteilhafterweise auch die Kommunikation mit dem Benutzer übernehmen und die
Kühlressourcen innerhalb des Elektrofahrzeuges auf eine erfindungsgemäße Weise steuern. Wenn die Steuereinheit als eine eigenständige Steuereinheit ausgeführt ist, können sogar bekannte Elektrofahrzeuge mit der erfindungsgemäßen Funktionalität beim Überwachen der Batterie aufgerüstet werden.
Außerdem kann bei einer Steuereinheit im Rahmen der Erfindung eine Warneinheit vorgesehen sein, die dazu ausgeführt ist, nach dem Erkennen eines drohenden thermischen Durchgehens der Batterie durch die Steuereinheit mindestens eine Sicherheitsmaßnahme durch eine
Warneinheit einzuleiten. Mithilfe der Warneinheit können Maßnahmen eingeleitet werden, die der Prävention eines drohenden thermischen Durchgehens der Batterie und/oder der Sicherheit im Falle eines gefährlichen Zustandes der Batterie dienen.
Ferner kann die Erfindung bei einer Warneinheit eine Anzeigeeinheit vorsehen, die dazu ausgeführt ist, eine Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung, auszugeben. Die Anzeigeeinheit hilft vorteilhafterweise akustische und/oder optische Sinne des Benutzers zu reizen, um sicher auf einen gefährlichen Zustand der Batterie und ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie hinzuweisen.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Anzeigeeinheit in einem Armaturenbrett und/oder einem Overheaddisplay des Elektrofahrzeuges implementierbar ist. Auf diese Weise können gewohnte Schnittstellen zwischen einem Benutzer und einem Fahrzeug genutzt werden, um den Benutzer zu warnen.
Des Weiteren wir die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Kühlsystem für eine Batterie eines Elektrofahrzeuges gelöst, aufweisend: eine Kühlvorrichtung für die Batterie einer Steuereinheit zum Überwachen der Batterie. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die
Kühlvorrichtung für die Batterie an mindestens eine weitere Kühlvorrichtung für mindestens ein Funktionssystem des Elektrofahrzeuges koppelbar ist, wenn bei einem Temperaturanstieg in der Batterie, der einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen der Batterie durch die Steuereinheit erkannt wird. Mithilfe des erfindungsgemäßen Kühlsystems werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Steuereinheit beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figur näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figur nur einen beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum
Überwachen einer Batterie.
Die Figur 1 dient einer schematischen Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zum Überwachen einer Batterie 100, insbesondere einer HV-Batterie, eines
Elektrofahrzeuges. Das Verfahren kann mithilfe einer Steuereinheit 10 ausgeführt sein, welche in der Figur 1 ebenfalls schematisch gekennzeichnet ist. Die Steuereinheit 10 weist eine Sensoreinheit 11 zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters dT/dt, dU/dt der Batterie 100 auf. Erfindungsgemäß umfasst der mindestens eine Betriebsparameter dT/dt, dU/dt der Batterie 100, der durch die Sensoreinheit 11 erfasst wird, einen Temperaturanstieg dT/dt in der Batterie 100 bzw. die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur T in der Batterie 100 steigt.
Erfindungsgemäß wird bei einem Temperaturanstieg dT/dt in der Batterie 100, der einen bestimmten Schwellenwert DT/Ät überschreitet, ein drohendes (d. h. zeitlich bevorstehendes) thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 durch die Steuereinheit 10 vorausschauend erkannt. Erfindungsgemäß erfolgt eine Erkennung eines gefährlichen Zustandes Z1 der Batterie 100, der zeitlich noch vor dem tatsächlichen thermischen Durchgehen Z2 der Batterie 100 liegt. Mit anderen Worten wird ein drohendes thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 vorausschauend erkannt, um Sicherheitsmaßnahmen rechtzeitig einleiten zu können.
Wie es aus der Grafik der Figur 1 zu erkennen ist, findet kurz vor dem thermischen Durchgehen Z2 der Batterie 100 ein für einen Normalbetrieb der Batterie 100 ungewöhnlich starker
Temperaturanstieg dT/dt statt, der weit über normaler Erwärmung der Batterie 100 während des Normalbetriebes liegt. Der ungewöhnlich starke Temperaturanstieg dT/dt entspricht einem erkannten gefährlichen Zustandes Z1 der Batterie 100.
Wie es aus der Grafik der Figur 1 weiterhin zu erkennen ist, ist der Schwellenwert DT/Dΐ, bei dem ein drohendes thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 durch die Steuereinheit 10 vorzeitig erkannt wird, größer einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit dTwork/dt in der Batterie 100 in einem Normalbetrieb der Batterie 100. Die
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit dTwork/dt in der Batterie 100 entspricht der weniger steilen Temperaturkurve links in der Figur 1.
Ab einem bestimmten Punkt kann die Steigung der Temperaturkurve sich erhöhen
(Temperaturanstieg dT/dt), die dem mittleren Abschnitt der Temperaturkurve in der Figur 1 entspricht. Ab diesem Punkt erkennt die Erfindung einen gefährlichen Zustand Z1 innerhalb der Batterie 100, der einem thermischen Durchgehen Z2 der Batterie 100 vorangeht. Ab diesem Zeitpunkt können im Rahmen der Erfindung bereits Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden, um ein thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 zu verlangsamen oder gar zu verhindern.
Wenn ein thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 nicht mehr aufgehalten werden kann, erfasst die Sensoreinheit 11 einen Spannungseinbruch dU/dt in der Batterie 100 (siehe abfallende Spannungskurve rechts in der Figur 1). Wenn die Sensoreinheit 11 einen
Spannungseinbruch dU/dt sensiert, ist es bereits ein Zeichen für ein bereits stattfindendes thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100. Die Sensoreinheit 11 stellt damit fest, dass ein thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 angefangen hat. Der Spannungseinbruch dU/dt kann sensiert werden, wenn die
Spannungsänderungsgeschwindigkeit dUwork/dt einen bestimmten Schwellenwert ÄU/Ät unterschreitet.
Die Erfindung erkennt dabei, dass kurz vor dem thermischen Durchgehen Z2 der Batterie 100 ein drastischer Temperaturanstieg dT/dt stattfindet, der zum Verlust des Elektrolyts durch Ausgasen führt, was einen plötzlichen Spannungseinbruch dU/dt nach sich zieht.
Die Erfindung kann vorteilhafterweise vorsehen, dass bereits beim Erkennen eines gefährlichen Zustandes Z1 der Batterie 100, der zeitlich noch vor dem tatsächlichen thermischen
Durchgehen Z2 der Batterie 100 liegt, mindestens eine Sicherheitsmaßnahme durch eine Warneinheit 12 eingeleitet wird.
Die mindestens eine Sicherheitsmaßnahme kann mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfassen:
1) Abschaltung der Batterie 100,
2) Ausgeben einer Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
3) Ausgeben einer Aufforderung an den Benutzer des Elektrofahrzeuges, das Fahrzeug umgehend zu verlassen,
4) Ausgeben einer Warnung an andere Verkehrsteilnehmer, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
5) Maximieren einer Kühlleistung der Batterie 100,
6) Einschalten einer Notkühlung der Batterie 100, und/oder
7) Ansteuern mindestens einer weiteren Kühlvorrichtung 2 für mindestens ein
Funktionssystem des Elektrofahrzeuges zum Bereitstellen einer Kühlleistung an die Batterie 100.
Die Steuereinheit 10 stellt ebenfalls einen Aspekt im Sinne der Erfindung dar. Die Steuereinheit 10 kann vorteilhafterweise dazu ausgeführt sein, ein Verfahren im Rahmen der Erfindung auszuführen. Die Steuereinheit 10 kann in Form eines Batteriesteuergerätes ausgeführt sein.
Die Steuereinheit 10 kann ferner in einer zentralen Steuereinheit der Batterie 100, insbesondere in einer zentralen Steuereinheit des Elektrofahrzeuges, implementierbar oder als eine eigenständige Steuereinheit ausgeführt sein. Die Steuereinheit 10 weist eine Sensoreinheit 11 zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters dT/dt, dU/dt der Batterie 100 und eine Warneinheit 12 auf, die dazu ausgeführt ist, nach dem Erkennen eines drohenden thermischen Durchgehens Z2 der Batterie 100 mindestens eine der oben aufgelisteten Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.
Ferner kann die Warneinheit 12 eine Anzeigeeinheit A aufweisen, die dazu ausgeführt ist, eine Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung, auszugeben. Die Anzeigeeinheit A kann dabei in einem Armaturenbrett und/oder einem Overheaddisplay des Elektrofahrzeuges implementierbar sein.
Des Weiteren stellt die Erfindung eines Kühlsystems S für eine Batterie 100 eines
Elektrofahrzeuges einen Aspekt der Erfindung dar, aufweisend: eine Kühlvorrichtung 1 für die Batterie 100 und eine Steuereinheit 10 zum Überwachen der Batterie 100. Bei dem Kühlsystem S ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung 1 für die Batterie 100 an mindestens eine weitere Kühlvorrichtung 2 für mindestens ein Funktionssystem des
Elektrofahrzeuges koppelbar ist, wenn bei einem Temperaturanstieg dT/dt in der Batterie 100, der einen bestimmten Schwellenwert DT/Ät überschreitet, ein drohendes thermisches
Durchgehen Z2 der Batterie 100 durch die Steuereinheit 10 (vorausschauend) erkannt wird. Auf diese Weise können sämtlich Kühlressourcen innerhalb des Elektrofahrzeuges aktiviert werden, um ein drohendes thermisches Durchgehen Z2 der Batterie 100 möglichst aufzuhalten oder zumindest zu verlangsamen.
Die voranstehende Beschreibung der Figur beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der
Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
1 Kühlvorrichtung einer Batterie
2 weitere Kühlvorrichtung eines Funktionssystems
10 Steuereinheit
1 1 Sensoreinheit
12 Warneinheit
100 Batterie
A Anzeigeeinheit
S Kühlsystem
T Temperatur
u Spannung
Z1 gefährlicher Zustand
Z2 thermisches Durchgehen dT/dt, dU/dt Betriebsparameter dT/dt Temperaturanstieg
DT/Ät Schwellenwert
dTwork/dt Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit in einem Normalbetrieb der Batterie dU/dt Spannungseinbruch
DII/Dί Schwellenwert
dU work/dt Spannungsänderungsgeschwindigkeit in einem Normalbetrieb der Batterie

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen einer Batterie (100) eines Elektrofahrzeuges mithilfe einer Steuereinheit (10), die eine Sensoreinheit (11) zum Erfassen mindestens eines
Betriebsparameters (dT/dt, dü/dt) der Batterie (100) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Betriebsparameter (dT/dt, dü/dt) der Batterie (100), der durch die Sensoreinheit (11) erfasst wird, einen Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100) umfasst,
wobei bei einem Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100), der einen bestimmten Schwellenwert (DT/Ät) überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwellenwert (DT/Dΐ), bei dem ein drohendes thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) erkannt wird, größer einer
Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit (dTwork/dt) in der Batterie (100) in einem
Normalbetrieb der Batterie (100) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mindestens eine Betriebsparameter (dT/dt, dü/dt), der durch die Sensoreinheit (11) erfasst wird, einen Spannungseinbruch (dü/dt) in der Batterie (100) umfasst, wobei bei einem Spannungseinbruch (dü/dt) in der Batterie (100), der einen bestimmten Schwellenwert (Dϋ/Dΐ) unterscheitet, ein thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) festgestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schwellenwert (Dϋ/Dΐ), bei dem ein thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) festgestellt wird, größer einer
Spannungsänderungsgeschwindigkeit (düwork/dt) in der Batterie (100) in einem
Normalbetrieb der Batterie (100) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Erkennen eines drohenden thermischen Durchgehens (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) mindestens eine Sicherheitsmaßnahme (S) durch eine Warneinheit (12) eingeleitet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Sicherheitsmaßnahme mindestens eine der folgenden Maßnahmen umfasst:
Abschaltung der Batterie (100),
Ausgeben einer Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
Ausgeben einer Aufforderung an den Benutzer des Elektrofahrzeuges, das Fahrzeug umgehend zu verlassen,
Ausgeben einer Warnung an andere Verkehrsteilnehmer, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung,
Maximieren einer Kühlleistung der Batterie (100),
Einschalten einer Notkühlung der Batterie (100), und/oder
Ansteuern mindestens einer weiteren Kühlvorrichtung (2) für mindestens ein Funktionssystem des Elektrofahrzeuges zum Bereitstellen einer Kühlleistung an die Batterie (100).
7. Steuereinheit (10) zum Überwachen einer Batterie (100) eines Elektrofahrzeuges, aufweisend:
eine Sensoreinheit (11) zum Erfassen mindestens eines Betriebsparameters (dT/dt, dU/dt) der Batterie (100),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoreinheit (11) dazu ausgeführt ist, einen Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100) als den mindestens einen Betriebsparameter (dT/dt, dU/dt) der Batterie (100) zu erfassen,
wobei bei einem Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100), der einen bestimmten Schwellenwert (DT/Ät) überschreitet, ein drohendes thermisches Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) erkannt wird.
8. Steuereinheit (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (10) dazu ausgeführt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen,
und/oder dass die Steuereinheit (10) in Form eines Batteriesteuergerätes ausgeführt ist, und/oder dass die Steuereinheit (10) in einer zentralen Steuereinheit der Batterie (100) des Elektrofahrzeuges implementierbar oder als eine eigenständige Steuereinheit ausgeführt ist.
9. Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Warneinheit (12) vorgesehen ist, die dazu ausgeführt ist, nach dem Erkennen eines drohenden thermischen Durchgehens (Z2) der Batterie (100) durch die
Steuereinheit (10) mindestens eine Sicherheitsmaßnahme durch eine Warneinheit (12) einzuleiten.
10. Steuereinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Warneinheit (12) eine Anzeigeeinheit (A) aufweist, die dazu ausgeführt ist, eine Warnung an einen Benutzer des Elektrofahrzeuges, umfassend eine akustische und/oder optische Mitteilung, auszugeben,
und/oder dass die Anzeigeeinheit (A) in einem Armaturenbrett und/oder einem
Overheaddisplay des Elektrofahrzeuges implementierbar ist.
11. Kühlsystem (S) für eine Batterie (100) eines Elektrofahrzeuges, aufweisend:
eine Kühlvorrichtung (1) für die Batterie (100)
eine Steuereinheit (10) zum Überwachen der Batterie (100)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlvorrichtung (1) für die Batterie (100) an mindestens eine weitere
Kühlvorrichtung (2) für mindestens ein Funktionssystem des Elektrofahrzeuges koppelbar ist, wenn bei einem Temperaturanstieg (dT/dt) in der Batterie (100), der einen bestimmten Schwellenwert (DT/Ät) überschreitet, ein drohendes thermisches
Durchgehen (Z2) der Batterie (100) durch die Steuereinheit (10) erkannt wird.
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