WO2022199987A1 - Klein bauende deformationsdetektionsvorrichtung für einen energiespeicher - Google Patents

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WO2022199987A1
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deformation
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Felix Bilger
Clemens Bergmann
Ralph NIESSEN
Florian Achatz
Philipp Alexander ROTH
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a deformation detection device for an energy storage assembly integrated into a vehicle support structure of a motor vehicle, as well as a vehicle information system and an energy storage assembly with such a deformation detection device; also a motor vehicle.
  • the invention relates to a method for detecting a deformation of an energy storage assembly.
  • the installation space available in the vertical direction of the vehicle is severely limited.
  • sufficient robustness of the high-voltage battery must be ensured against mechanical stress from outside, especially against stresses that are not introduced via functional chains that are determined for the entire vehicle.
  • DE 10 2018 200 919 A1 also discloses a detection device for detecting a mechanical deformation of a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising: a sensor element that detects an electrical measured variable, the sensor element being of essentially two-dimensional design and being at least partially connected to a first component of the High-voltage storage is applied; and an evaluation device for analyzing the electrical measured variable between the sensor element and a second component of the high-voltage battery and for outputting a corresponding warning message based on the electrical measured variable, with at least one area of the surface of the second component being electrically conductive.
  • a deformation detection device having the features of claim 1, a vehicle information system having the features of claim 9, an energy storage assembly having the features of claim 10, a motor vehicle having the features of claim 11, and a method for detecting a deformation of a Energy storage assembly with the features of claim 12.
  • the dependent claims relate to advantageous developments of the invention.
  • a deformation detection device for an energy storage assembly integrated into a vehicle support structure of a motor vehicle with an energy storage and a housing structure is disclosed.
  • the deformation detection device has at least:
  • an outer, electrically conductive sensing element which is designed as one or on or with an outer housing structure element, ie in particular glued onto it, integrated therein and/or in one piece or identical to it.
  • an inner, electrically conductive sensing element which is designed as or on (i.e. with and/or on) an inner energy storage element, in particular glued to it, integrated therein and/or in one piece or identical to it and in a regular Vehicle operation is invariably spaced from the outer sensing element.
  • the inner sensing element can be the cell contact system of all or part of the energy storage cells, or part thereof.
  • an evaluation unit that is set up to detect a change, in particular a reduction, in an electrical operating parameter, in particular a capacitance, resulting in particular from a deformation and/or displacement (in relation to the inner sensing element) of the outer sensing element a charge of a capacitor formed by the inner sensing element and the outer sensing element.
  • the detection can take place indirectly, in that a voltage present at the capacitor is detected and evaluated.
  • the energy storage assembly is in particular an electric traction battery with a plurality of battery modules and/or cells, which are accommodated with a battery management system in a load-bearing housing.
  • energy storage device integrated into a vehicle support structure is to be understood in particular as an energy storage device whose housing not only has the functions of protecting the energy storage cells and battery management from environmental influences and the environment from the stored electrical and/or thermal energy is designed and set up to carry loads from a weight and/or driving dynamics and/or a crash contact of the vehicle and/or absorb them and/or brace them against other carrier components.
  • an outer housing structure element is to be understood in particular as a component part of a lower housing structure of the energy store.
  • the outer housing structural element is designed in the form of a shell and/or trough and/or in the form of a shear box.
  • the outer sensing element is embodied by the outer housing structural member.
  • the outer sensing element is applied to the outer structural element of the housing, for example in the form of a printed conductor track that is glued on.
  • At least one electrically insulating component is arranged between the outer and the inner sensing element of the capacitor in order to ensure the field structure.
  • a damping material such as a suitable hardened foam, can be provided between the outer and the inner sensing element of the capacitor to absorb loads in the event of deformation.
  • the energy store itself is in particular a high-voltage store in the vehicle, for example in the sense of a traction battery.
  • the energy storage device has in particular a plurality of electrochemical battery cells connected in series and/or in parallel with one another and/or can consist of a plurality of cells in series with one another and/or battery modules connected in parallel with several battery cells.
  • the damping material occupies much or all of the space between the outer and inner sensing elements of the capacitor. Due to the load-carrying capacity of the damping material, the dimensioning of the capacitor in the vertical direction of the vehicle can be further reduced.
  • the sensing elements and the electrically insulating component are arranged alternately parallel to one another, with the electrically insulating component being arranged at a distance from both sensing elements, for example in the middle, and/or being surrounded by the damping material.
  • the outer sensing element is part of a housing structure of the energy storage assembly that is lower in the vertical direction of the vehicle in order to save further installation space in the vertical direction of the vehicle.
  • a vehicle information system which, in particular, has a deformation detection device according to one embodiment of the invention and an output means which is set up and designed to output information to at least one vehicle user.
  • the output means is also set up to notify a vehicle occupant, in particular a driver, when a field change limit value is exceeded, in particular a limit value for a change in the electrical operating parameter of the capacitor formed by the inner and outer sensing element, for example a voltage limit value and/or another occupant, and/or a vehicle environment to issue a warning message that can be reliably perceived in particular.
  • the consequences of damage to the energy storage assembly can be minimized, especially with regard to personal injury, but possibly also with regard to property damage, in particular by advising the warning message to visit the workshop immediately or to park the vehicle in an empty open space as quickly as possible or to leave the damaged vehicle immediately becomes.
  • the warning message is output after a corresponding activation by means of the evaluation unit.
  • exceeding the limit value represents a presumed exceeding of a mechanical load limit of the energy storage assembly, which is why the limit value is set at the selected level.
  • the output means is set up to output the warning message in a way that ensures that the message is perceived by the intended recipient(s), for example by the output means having a screen and/or a loudspeaker and/or a warning lamp and/or a particularly a steering wheel of the vehicle has an integrated, haptic warning device.
  • an energy storage assembly for a motor vehicle comprising a deformation detection device according to an embodiment of the invention.
  • a motor vehicle is disclosed with an energy storage assembly that is part of a vehicle support structure of the motor vehicle.
  • the motor vehicle has in particular a vehicle information system according to one embodiment of the invention.
  • a method for detecting a deformation of an energy storage assembly is disclosed, which is designed in particular according to an embodiment of the invention.
  • the method has at least the following method steps:
  • the method makes use of the fact that when a mechanical stress limit of the electrical contacting means for the evaluation unit is exceeded, the electrical field of the capacitor, which is formed with the inner and the outer sensing element, has a known electrical field strength that changes with a specific deformation (for example different strength and/or at a different point) changes measurably in a predeterminable way.
  • the field change can be measured via a change in the electrical voltage between the two sensing elements.
  • the field change is pre-determined, for example, when data is entered into a characteristic map for different operating states and/or different deformations of the energy storage assembly during vehicle development by means of tests.
  • the evaluation unit is set up to apply an electric field of known electric field strength between the two sensing elements when the motor vehicle is in the intended operating state and/or to apply a change, in particular an unforeseen change, in an electric field present between the two sensing elements when a mechanical stress limit of the lower housing structure of the vehicle structure-integrated component is exceeded.
  • the evaluation unit is set up to detect and/or evaluate manifestations of an electrical voltage applied to the capacitor, and in particular its change, because this detects changes in the capacitance and/or the charge of the capacitor (and thus deformations). can become.
  • the evaluation unit is set up to detect a deformation when a field change limit value is exceeded. This allows Field changes caused by dynamic loads from regular ferry operations can be differentiated from damage events.
  • the evaluation unit is set up to detect a permanent deformation if, following a detected field change, a new field strength that differs from the old field strength is constant.
  • the evaluation unit has a damage determination logic that is set up to assign different damage classes to changes in the detected field strength that are different in magnitude and/or are localized differently and/or last for different durations.
  • a predetermined breaking point in particular a mechanical one, for its electrical conductivity is arranged on the inner sensing element, which is designed in such a way that it triggers at a predetermined stress limit of an environmental protection of the energy storage device, in particular mechanically fails with the loss of the electrical contacting effect.
  • the inner sensing element is equipped with an electrical contacting medium for at least one electrical energy storage unit of the energy storage device. is formed, an automatic electrical decoupling of the energy storage unit, possibly of the entire energy storage device, can be achieved as a result; otherwise a clearly measurable change in the electrical field picked up by the evaluation unit.
  • the deformation detection device has two or more capacitors that can be sensed separately by means of the evaluation unit, which are each formed by means of an inner sensing element and by means of an outer sensing element, and their arrangement area, in particular with regard to an extension in a horizontal vehicle plane, with regard to an extension along a vehicle longitudinal direction and/or along a vehicle transverse direction.
  • the damage class to be assigned can then also be based on local differences in the resilience of the energy storage device. It can also be taken into account that the same load application at a first point of an energy store may cause less damage than at another point.
  • the electrically insulating component can still be designed in one piece, or can be divided analogously to the division of the capacitors.
  • the capacitors and the electrically insulating component are designed in several parts to correlate with each other in segments, with the electric field of known electric field strength changing in segments if a mechanical load limit of the lower housing structure and/or a possibly assigned field change limit value for the evaluation unit is exceeded measurably changes.
  • the evaluation unit is a control device arranged in the energy storage assembly.
  • the evaluation unit can be designed as a logical and/or physical part of a battery management system.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an energy storage assembly with a deformation detection device according to an exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a flowchart with steps of a method for detecting a deformation of the energy storage assembly from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows method steps of an exemplary method for detecting a deformation of the energy storage assembly from FIG. is trained.
  • the motor vehicle 1 has an energy storage assembly 2, which is part of a vehicle support structure 4 of the motor vehicle, here the vehicle underbody.
  • the energy storage assembly 2 has an energy storage 12 with a plurality of Bat tery cells 14, round cells here, and a housing structure 16 with a housing trough 18 and a housing cover 20, which is formed by a vehicle floor component of the vehicle support structure 4.
  • the housing trough 18 and the vehicle floor component of the vehicle support structure 4 are sealed against one another in a fluid-tight manner, so that the energy store is decoupled from the environment in this respect.
  • the motor vehicle 1 has a vehicle information system 6 .
  • the vehicle information system 6 has a deformation detection device 8 for the energy storage assembly 2 and an output means 10 for the deformation detection device 8 .
  • the deformation detection device 8 has an outer, electrically conductive sensing element 22 which is formed by a metallic housing structure element, here a base plate of the housing trough 18 .
  • the deformation detection device 8 also has an inner, electrically conductive sensing element 24 which is formed by a cell contacting system 23 of the energy store 12 and is therefore arranged at a constant distance from the outer sensing element 22 during regular vehicle operation.
  • a damping material 30 is arranged between the outer and the inner sensing element, here a suitable, hardened foam for load absorption in the case of deformation.
  • the inner sensing element 24 and the outer sensing element 22 thus form a capacitor 32 together with the electrically insulating component 28 .
  • the deformation detection device 8 also has an evaluation unit 26 which is set up to detect a change in an electrical voltage V present at the capacitor.
  • Such a change can result in particular from a deformation D and/or displacement of the outer sensing element 22, which in turn is caused by a force F from outside the vehicle, typically when the vehicle floor hits a sharp or angular obstacle.
  • a capacitor-based sensor can help save installation space in a vehicle vertical direction z.
  • an electric field of known electric field strength is applied between the two sensing elements 22, 24 in an intended operating state of the motor vehicle 1.
  • the potential change can be detected by a voltage sensor 34 and measured by the evaluation unit 26 . As a result, even the smallest deformations D and/or displacements of the outer sensing element 22 can be detected.
  • a deformation is detected when a first voltage limit value is exceeded, which stands for a certain strength of the field change at the capacitor 32 and thus for a certain type of deformation D.
  • a first voltage limit value which stands for a certain strength of the field change at the capacitor 32 and thus for a certain type of deformation D.
  • the evaluation unit can be programmed in such a way that it sets a deformation flag only when a new field strength that differs from the old field strength occurs after a detected field change. This enables a distinction to be made between elastic and plastic deformations of the outer sensing element.
  • the evaluation unit 26 has a damage determination logic 36, by means of which changes in the detected voltage V of different magnitudes differ strong deformations and thus assigned to different damage classes. In this way, different reactions of the vehicle information system 6 can be triggered in different cases of damage.
  • a mechanical predetermined breaking point 38 can be arranged on the inner sensing element 24, which at a predetermined load limit below Loss of the electrical contacting effect mechanically failed, so that the energy storage cells are no longer involved in the drive circuit because the inner sensing element 24 in the cell contacting system 23 is formed.
  • the output means 10 is set up to output a warning message to a vehicle occupant and/or a vehicle environment when a voltage limit value V_G is exceeded with a corresponding control by the evaluation unit 26, for example by means of a combined audio and screen warning message M.
  • the screen warning message contains present instructions for action, which may differ depending on the location or the severity of the deformation D detected.
  • FIG. 2 an energy storage assembly 102 is shown, which differs from the energy storage assembly 2 of FIG Force F* results.
  • the deformation detection device 108 has a plurality of inner sensing elements 124, 125 which are electrically separate from one another and whose arrangement area differs from one another with regard to an extension along a vehicle longitudinal direction x and/or along a vehicle transverse direction y.
  • the electrically insulating component 28 and the outer sensing element 24 can each be designed in one piece, independently of the division into a plurality of capacitors 132, 133.
  • Fig. 3 shows method steps of an exemplary method for detecting a deformation of the energy storage assembly 2 from Figure 1.
  • step S10 an electrical operating parameter V of a capacitor 32 formed by the inner sensing element 24 and the outer sensing element 26 is monitored.
  • step S20 a sensed change in the electrical operating parameter V is compared with a limit value V_G, which is representative of a potentially damaging deformation D.
  • a warning message M is output to a vehicle occupant and/or the vehicle environment in step S30.
  • step S20 is carried out again—possibly with a predetermined time offset.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Deformationsdetektionsvorrichtung und ein -verfahren für eine in eine Fahrzeugträgerstruktur eines Kraftfahrzeugs integrierte Energiespeicherbaugruppe mit einem Energiespeicher und einer Gehäusestruktur, aufweisend ein äußeres Sensierelement, das als ein oder einem äußeren Gehäusestrukturelement ausgebildet ist, ein inneres Sensierelement, das als ein oder an einem inneren Energiespeicherelement ausgebildet ist, und eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine Veränderung einer elektrischen Betriebskenngröße zu erfassen.

Description

Klein bauende Deformationsdetektionsvorrichtung für einen Energiespeicher
Die Erfindung betrifft eine Deformationsdetektionsvorrichtung für einen in eine Fahrzeug trägerstruktur eines Kraftfahrzeugs integrierte Energiespeicherbaugruppe, sowie ein Fahrzeuginformationssystem und eine Energiespeicherbaugruppe mit einer solchen De- formationsdetektionsvorrichtung; ferner ein Kraftfahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Detektion einer Deformation einer Energiespeicherbaugruppe.
Für strukturintegrierte Hochvoltspeicher als typische Bauform einer Energiespeicher gruppe ist in Fahrzeughochrichtung der zur Verfügung stehende Bauraum stark be grenzt. Um in diesem begrenzten Bauraum eine ausreichende Menge an Energiespei- cherzellen anzuordnen, ist es erforderlich, den Bauraum insbesondere in Fahrzeughoch richtung bestmöglich auszunutzen. Gleichzeitig muss aber eine ausreichende Robust heit des Hochvoltspeichers gegenüber mechanischer Beanspruchung von außen sicher gestellt sein, insbesondere auch gegenüber nicht über gesamtfahrzeugbestimmte Wirk ketten eingeleiteten Beanspruchungen. Dieser Zielkonflikt war lange nur über eine me- chanische Schadenskette auflösbar, bei der im Falle einer mechanischen Überbean spruchung des Gesamtfahrzeugs Peripherie- und/oder Opferbauteile gezielt versagen, um durch den damit erzielten Energieabbau tragende Strukturbauteile zu schützen.
Aus der DE 10 2018 200 919 A1 ist zudem eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer mechanischen Verformung eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs bekannt, umfassend: ein Sensorelement, das eine elektrische Messgröße erfasst, wobei das Sen sorelement im Wesentlichen flächig ausgebildet ist und mindestens partiell einem ersten Bauteil des Hochvoltspeichers aufgebracht ist; und eine Auswertevorrichtung zum Ana lysieren der elektrischen Messgröße zwischen dem Sensorelement und einem zweiten Bauteil des Hochvoltspeichers und zum Ausgeben einer entsprechenden, auf der elektri- sehen Messgröße basierenden Warnmeldung, wobei zumindest ein Bereich der Ober fläche des zweiten Bauteils elektrisch leitfähig ist.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Deformationsdetektion für eine Energiespeicherbaugruppe zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Deformationsdetektionsvorrichtung mit den Merk malen von Anspruch 1, ein Fahrzeuginformationssystem mit den Merkmalen von An spruch 9, eine Energiespeicherbaugruppe mit den Merkmalen von Anspruch 10, ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 11 sowie ein Verfahren zur Detektion einer Deformation einer Energiespeicherbaugruppe mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird eine Deformationsdetektionsvorrichtung für eine in eine Fahr zeugträgerstruktur eines Kraftfahrzeugs integrierte Energiespeicherbaugruppe mit ei nem Energiespeicher und einer Gehäusestruktur offenbart. Die Deformationsdetektions- Vorrichtung weist zumindest auf:
(a) ein äußeres, elektrisch leitendes Sensierelement, das als ein oder an oder mit einem äußeren Gehäusestrukturelement, insbesondere also darauf aufgeklebt, darin integriert und/oder damit einstückig oder identisch, ausgebildet ist.
(b) ein inneres, elektrisch leitendes Sensierelement, das als ein oder an (d.h. mit und/o- der auf) einem inneren Energiespeicherelement, insbesondere also darauf aufgeklebt, darin integriert und/oder damit einstückig oder identisch, ausgebildet und in einem regu lären Fahrzeugbetrieb unveränderlich beabstandet von dem äußeren Sensierelement angeordnet ist. Beispielsweise kann das innere Sensierelement das Zellkontaktiersys tem aller oder eines Teils der Energiespeicherzellen sein oder ein Teil davon. (c) eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, eine, insbesondere aus einer Defor mation und/oder Verschiebung (im Verhältnis zum inneren Sensierelement) des äußeren Sensierelements resultierende, Veränderung, insbesondere eine Verkleinerung, einer elektrischen Betriebskenngröße, insbesondere einer Kapazität und/oder einer Ladung, eines durch das innere Sensierelement und das äußere Sensierelement ausgebildeten Kondensators zu erfassen. Das Erfassen kann insbesondere mittelbar erfolgen, indem eine am Kondensator anliegende Spannung erfasst und ausgewertet wird.
Damit ist eine Erfassung jeglicher relevanten Deformation des Energiespeichers, spezi ell seiner unteren Gehäusestruktur, möglich. Anders als bei den bekannten Lösungen kann daher nicht nur ein schwerwiegender Defekt detektiert werden, sondern auch leichte Deformationen, die eine fein gegliederte Reaktionslogik auf unterschiedliche Grade der Beschädigung der unteren Gehäusestruktur und ggf. auch des Energiespei chers selbst ermöglicht.
Die Energiespeicherbaugruppe ist vorliegend insbesondere eine elektrische Traktions- batterie mit mehreren Batteriemodulen und/oder -zellen, die mit einem Batteriemanage mentsystem in einem lasttragfähigen Gehäuse aufgenommen sind.
Unter dem Begriff „in eine Fahrzeugträgerstruktur integrierter Energiespeicher“ ist insbe sondere ein Energiespeicher zu verstehen, dessen Gehäuse neben den Funktionen ei nes Schutzes der Energiespeicherzellen und des Batteriemanagements vor Umge- bungseinflüssen und der Umgebung vor der gespeicherten elektrischen und/oder ther mischen Energie auch dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Lasten aus einem Gewicht und/oder einer Fahrdynamik und/oder einem Crashkontakt des Fahrzeugs zu tragen und/oder aufzunehmen und/oder gegen andere Trägerkomponenten abzustützen.
Unter einem äußeren Gehäusestrukturelement ist vorliegend insbesondere ein Bestand teil einer unteren Gehäusestruktur des Energiespeichers zu verstehen. Insbesondere ist das äußere Gehäusestrukturelement schalen- und/oder wannenförmig und/oder schub feldartig ausgebildet. Gemäß einer Ausführung ist das äußere Sensierelement durch das äußere Gehäusestrukturelement verkörpert. Gemäß einer anderen Ausführung ist das äußere Sensierelement, beispielsweise in Form einer gedruckten und aufgeklebten Lei- terbahn, auf das äußere Gehäusestrukturelement aufgebracht.
Gemäß einer Ausführung ist zwischen dem äußeren und dem inneren Sensierelement des Kondensators mindestens ein elektrisch isolierendes Bauteil angeordnet, um den Feldaufbau sicherzustellen. Zusätzlich kann zwischen dem äußeren und dem inneren Sensierelement des Kondensators ein Dämpfungsmaterial, wie beispielsweise ein ge- eigneter ausgehärteter Schaum, zur Lastaufnahme im Deformationsfall vorgesehen sein. Bei dem Energiespeicher selbst handelt es sich insbesondere um einen Hochvolt speicher im Fahrzeug, beispielsweise im Sinne einer Traktionsbatterie. Der Energiespei cher weist insbesondere mehrerer, zueinander in Reihe und/oder parallel verschaltete, elektrochemische Batteriezellen auf und/oder kann aus mehreren, zueinander in Reihe und/oder parallel verschalteten Batteriemodulen mit mehreren Batteriezellen aufgebaut sein.
Beispielsweise nimmt das Dämpfungsmaterial einen großen Teil oder den gesamten Raum zwischen dem äußeren und dem inneren Sensierelement des Kondensators ein. Durch die Lastaufnahmefähigkeit des Dämpfungsmaterials kann die Dimensionierung des Kondensators in Fahrzeughochrichtung weiter verkleinert werden.
Gemäß einer Ausführung sind die Sensierelemente und das elektrisch isolierende Bau teil alternierend parallel zueinander angeordnet, wobei das elektrisch isolierende Bauteil beabstandet von beiden Sensierelementen, beispielsweise mittig, angeordnet und/oder von dem Dämpfungsmaterial umgeben sein kann.
Gemäß einer Ausführung ist das äußere Sensierelement Teil einer in Fahrzeughochrich tung unteren Gehäusestruktur der Energiespeicherbaugruppe, um weiteren Bauraum in Fahrzeughochrichtung einzusparen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeuginformationssystem of- fenbart, das insbesondere eine Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausfüh rung der Erfindung und ein Ausgabemittel aufweist, welches zur Ausgabe von Informa tionen an wenigstens einen Fahrzeugnutzer eingerichtet und ausgebildet ist. Das Aus gabemittel ist zudem dazu eingerichtet, bei einem Überschreiten eines Feldänderungs- Grenzwerts, insbesondere eines Grenzwerts für eine Veränderung der elektrischen Be- triebskenngröße des durch das innere und das äußere Sensierelement ausgebildeten Kondensators, beispielsweise eines Spannungsgrenzwerts, an einen Fahrzeuginsas sen, insbesondere einen Fahrer und/oder einen anderen Insassen, und/oder eine Fahr zeugumgebung eine, insbesondere zuverlässig wahrnehmbare, Warnmeldung auszu geben. Dadurch können die Schadensfolgen einer Beschädigung der Energiespeicherbau gruppe minimiert werden, speziell hinsichtlich Personenschäden, ggf. aber auch hin sichtlich Sachschäden, insbesondere indem mit der Warnmeldung ein unmittelbarer Werkstattbesuch oder ein schnellstmögliches Abstellen des Fahrzeugs auf einer leeren Freifläche oder ein sofortiges Verlassen des beschädigten Fahrzeugs angeraten wird. Insbesondere wird dabei die Warnmeldung nach einer entsprechenden Ansteuerung mittels der Auswerteeinheit ausgegeben. Insbesondere repräsentiert die Grenzwertüber schreitung eine vermutete Überschreitung einer mechanischen Grenzbeanspruchbarkeit der Energiespeicherbaugruppe, weshalb der Grenzwert in der gewählten Höhe festge- legt ist.
Insbesondere ist das Ausgabemittel dazu eingerichtet, die Warnmeldung in einerWeise auszugeben, die eine Wahrnehmung der Meldung durch den/die vorgesehenen Emp fänger sicherstellt, beispielsweise indem das Ausgabemittel einen Bildschirm und/oder einen Lautsprecher und/oder eine Warnlampe und/oder eine, insbesondere in ein Lenk- rad des Fahrzeugs integrierte, haptische Warnvorrichtung aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Energiespeicherbaugruppe für ein Kraftfahrzeug offenbart, aufweisend eine Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug mit einer Energie- Speicherbaugruppe offenbart, die Teil einer Fahrzeugträgerstruktur des Kraftfahrzeugs ist. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere ein Fahrzeuginformationssystem gemäß einer Ausführung der Erfindung auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion einer De formation einer Energiespeicherbaugruppe offenbart, die insbesondere gemäß einer Ausführung der Erfindung ausgebildet ist. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:
(i) Überwachen einer elektrischen Betriebskenngröße eines durch das innere und das äußere Sensierelement ausgebildeten Kondensators.
(ii) Vergleichen einer sensierten Änderung der elektrischen Betriebskenngröße mit ei- nem Grenzwert, der repräsentativ für eine potenziell schädliche Deformation ist.
(iii) Ausgeben einer Warnung an einen Fahrzeuginsassen und/oder die Fahrzeugumge bung, falls der Grenzwert überschritten ist. Das Verfahren macht sich zunutze, dass sich bei Überschreitung einer mechanischen Beanspruchbarkeitsgrenze des elektrischen Kontaktierungsmittels für die Auswerteein heit das elektrisches Feld des Kondensators, der mit dem inneren und dem äußeren Sensierelement gebildet wird, eine bekannte elektrische Feldstärke aufweist, die sich bei einer bestimmten Deformation (beispielsweise unterschiedlicher Stärke und/oder an ei nem unterschiedlichen Punkt) in vorbestimmbarer Weise messbar ändert. Die Feldän derung ist über eine Änderung der elektrischen Spannung zwischen den beiden Sensie- relementen messbar. Die Vorbestimmung der Feldänderung erfolgt beispielsweise bei einer Bedatung eines Kennfelds für unterschiedliche Betriebszustände und/oder unter- schiedliche Deformationen der Energiespeicherbaugruppe in der Fahrzeugentwicklung mittels Versuchen.
Gemäß einer Ausführung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, in einem bestim mungsgemäßen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zwischen den beiden Sensierele- menten ein elektrisches Feld bekannter elektrischer Feldstärke anzulegen und/oder eine , insbesondere unvorhergesehene, Veränderung eines zwischen den beiden Sensierele- menten anliegenden elektrischen Felds, insbesondere bei einer Überschreitung einer mechanischen Grenzbeanspruchbarkeit der unteren Gehäusestruktur des fahr zeugstrukturintegrierten Bauteils, zu erfassen.
Dadurch können auch kleinste Deformationen und oder Verschiebungen des äußeren Sensierelements detektiert werden. Insbesondere verändert sich mit einer Veränderung der Beabstandung der beiden Sensierelemente deren gegenseitiges elektrisches Poten tial. Die Potentialänderung kann mittels eines Spannungssensors durch die Auswer teeinheit gemessen werden.
Insbesondere ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, Ausprägungen einer elektri- sehen Spannung, die an dem Kondensator anliegt, und insbesondere deren Änderung, zu erfassen und/oder auszuwerten, weil damit Änderungen der Kapazität und/oder der Ladung des Kondensators (und damit Deformationen) erfasst werden können.
Gemäß einer Ausführung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, bei Überschreiten eines Feldänderungs-Grenzwerts eine Deformation zu detektieren. Dadurch können Feldänderungen durch dynamische Lasten aus den regulären Fährbetrieb von Schaden sereignissen differenziert werden.
Gemäß einer Ausführung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, eine dauerhafte De formation zu detektieren, wenn sich anschließend an eine detektierte Feldänderung ein neue, von der alten Feldstärke verschiedene Feldstärke konstant einstellt.
Das ermöglicht eine Unterscheidung elastischer und plastischer Verformungen des äu ßeren Sensierelements. Im Fall einer elastischen Verformung des äußeren Sensierele- ments kann gemäß einer Ausführung auch von einer allenfalls elastischen Verformung des inneren Sensorelements ausgegangen werden. Gemäß einer Ausführung weist die Auswerteeinheit eine Schadensbestimmungslogik auf, die dazu eingerichtet ist, unterschiedlich starken und/oder unterschiedlich lokalisier ten und/oder unterschiedlich lang anhaltenden Änderungen der erfassten Feldstärke un terschiedliche Schadensklassen zuzuordnen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass verschiedene Feldänderungs-Grenzwerte in der Auswerteeinheit hinterlegt sind und/oder eine umso höhere Schadensklasse zugeordnet wird, je höher ein überschrittener Feldänderungs-Grenzwert ist.
Das ermöglicht eine genauere Versagensprognose und damit einen für die Fahrzeug nutzer und/oder -Umgebung sicheren Betrieb des Energiespeichers bei gleichzeitig ge ringem Bauraumbedarf in Fahrzeughochrichtung. Gemäß einer Ausführung ist an dem inneren Sensierelement eine, insbesondere me chanische, Sollbruchstelle für dessen elektrische Leitfähigkeit angeordnet, die so aus gebildet ist, dass sie bei einer vorbestimmten Beanspruchbarkeitsgrenze eines Umge bungsschutzes des Energiespeichers auslöst, insbesondere unter Verlust der elektri schen Kontaktierungswirkung mechanisch versagt. Insbesondere, wenn das innere Sensierelement mit einem elektrischen Kontaktierungs mittel für wenigstens eine elektrische Energiespeichereinheit des Energiespeichers aus- gebildet ist, kann dadurch eine automatische elektrische Entkopplung der Energiespei chereinheit, ggf. des ganzen Energiespeichers erreicht werden; ansonsten eine eindeu tig messbare Änderung des an der Auswerteeinheit abgegriffenen elektrischen Felds.
Gemäß einer Ausführung weist die Deformationsdetektionsvorrichtung zwei oder mehr, mittels der Auswerteeinheit getrennt sensierbare Kondensatoren auf, die jeweils mittels eines inneren Sensierelements und mittels eines äußeren Sensierelements ausgebildet sind, und deren Anordnungsbereich sich, insbesondere bezogen auf eine Erstreckung in einer horizontalen Fahrzeugebene, hinsichtlich einer Erstreckung entlang einer Fahr zeuglängsrichtung und/oder entlang einer Fahrzeugquerrichtung voneinander unter- scheidet.
Damit kann eine räumlich kleinteiligere Aussage über eine zuzuordnende Schadens klasse getroffen werden. Die zuzuordnende Schadenklasse kann dann auch von lokalen Unterschieden in der Beanspruchbarkeit des Energiespeichers ausgerichtet werden. Da mit kann berücksichtigt werden, dass die gleiche Lasteinbringung an einer ersten Stelle eines Energiespeichers ggf. einen geringeren Schaden verursacht als an einer anderen Stelle.
Das elektrisch isolierende Bauteil kann unabhängig von der Aufteilung in mehrere Kon densatoren trotzdem einteilig ausgebildet sein, oder analog der Aufteilung der Konden satoren aufgeteilt werden. Gemäß einer Ausführung sind die Kondensatoren und das elektrisch isolierende Bauteil zueinander segmentweise korrelierend mehrteilig ausgebildet, wobei sich bei einem Überschreiten einer mechanischen Grenzbeanspruchbarkeit der unteren Gehäusestruk tur und/oder eines ggf. zugeordneten Feldänderungs-Grenzwerts für die Auswerteein heit das elektrische Feld bekannter elektrischer Feldstärke segmentweise messbar än- dert.
Gemäß einer Ausführung ist die Auswerteeinheit ein in der Energiespeicherbaugruppe angeordnetes Steuergerät. Insbesondere kann die Auswerteeinheit als logischer und/oder körperlicher Teil eines Batteriemanagementsystems ausgebildet sein.
Dadurch kann ein minimaler Bauraum- und/oder Integrationsbedarf der Deformations detektionsvorrichtung sichergestellt werden. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine Energiespeicherbaugruppe mit einer Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zur Detektion einer Deformation der Energiespeicherbaugruppe aus Fig. 1.
Fig. 3 zeigt Verfahrensschritte eines beispielhaften Verfahrens zur Detektion einer Deformation der Energiespeicherbaugruppe aus Figur 1. In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt, das mit einer nicht darge stellten elektrischen Traktionsmaschine beispielsweise batterieelektrisch (BEV) oder plugin-hybrid (PHEV) ausgebildet ist. Als Traktionsbatterie für die elektrische Antriebs maschine weist das Kraftfahrzeug 1 eine Energiespeicherbaugruppe 2 auf, die Teil einer Fahrzeugträgerstruktur 4 des Kraftfahrzeugs ist, hier des Fahrzeugunterbodens. Die Energiespeicherbaugruppe 2 weist einen Energiespeicher 12 mit einer Vielzahl von Bat teriezellen 14, hier Rundzellen, auf, sowie eine Gehäusestruktur 16 mit einer Gehäuse wanne 18 und einem Gehäusedeckel 20, der durch eine Fahrzeugbodenbauteil der Fahrzeugträgerstruktur 4 ausgebildet wird. Die Gehäusewanne 18 und das Fahrzeug bodenbauteil der Fahrzeugträgerstruktur 4 sind gegeneinander fluiddicht abgedichtet, sodass der Energiespeicher insofern von der Umgebung entkoppelt ist. Zudem weist das Kraftfahrzeug 1 ein Fahrzeuginformationssystem 6 auf. Das Fahrzeu ginformationssystem 6 weist eine Deformationsdetektionsvorrichtung 8 für die Energie speicherbaugruppe 2 und ein Ausgabemittel 10 für die Deformationsdetektionsvorrich tung 8 auf. Die Deformationsdetektionsvorrichtung 8 weist ein äußeres, elektrisch leitendes Sensie- relement 22 auf, welches durch ein metallisches Gehäusestrukturelement, hier eine Bo denplatte der Gehäusewanne 18 ausgebildet ist.
Die Deformationsdetektionsvorrichtung 8 weist ferner ein inneres, elektrisch leitendes Sensierelement 24 auf, welches durch ein Zellkontaktierungssystem 23 des Energie- Speichers 12 ausgebildet und daher in einem regulären Fahrzeugbetrieb unveränderlich beabstandet von dem äußeren Sensierelement 22 angeordnet ist.
Zwischen dem äußeren Sensierelement 22 und dem inneren Sensierelement 24 ist ein elektrisch isolierendes Bauteil 28, hier eine dielektrische Folie, angeordnet. Zusätzlich ist zwischen dem äußeren und dem inneren Sensierelement ein Dämpfungsmaterial 30 angeordnet, hier ein geeigneter, ausgehärteter Schaum zur Lastaufnahme im Deforma tionsfall.
Das innere Sensierelement 24 und das äußere Sensierelement 22 bilden damit zusam men mit dem elektrisch isolierendes Bauteil 28 einen Kondensator 32 aus.
Die Deformationsdetektionsvorrichtung 8 weist ferner eine Auswerteeinheit 26 auf, die dazu eingerichtet ist, eine Veränderung einer an dem Kondensator anliegenden elektri schen Spannung V zu erfassen.
Eine solche Veränderung kann insbesondere aus einer Deformation D und/oder Ver schiebung des äußeren Sensierelements 22 resultieren, die wiederum durch eine Krafteinwirkung F von außerhalb des Fahrzeugs, typischerweise bei einem Aufsetzen des Fahrzeugbodens auf ein spitzes oder kantiges Hindernis, hervorgerufen wird.
Das ermöglicht eine Erfassung relevanter Deformationen D des Energiespeicherbau gruppe 2, speziell der Gehäusewanne 18. Anders als bei den bekannten Lösungen kann dabei nicht nur ein schwerwiegender Defekt detektiert werden, sondern auch leichte De formationen, die ggf. nicht unmittelbar zu einem sicherheitskritischen Versagen der Energiespeicherbaugruppe 2 führen, aber mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit ein späteres Versagen nach sich ziehen, sodass eine Detektion wünschenswert ist, um ei- nen späteren Schaden nötigenfalls durch eine Überprüfung der Integrität der Energie speicherbaugruppe 2, beispielsweise eine Sichtprüfung in der Werkstatt, abwenden zu können.
Die Verwendung eines Kondensator-basierten Sensors kann helfen, Bauraum in einer Fahrzeughochrichtung z einzusparen. Vorliegend wird in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs 1 zwischen den beiden Sensierelementen 22, 24 ein elektrisches Feld bekannter elektri scher Feldstärke angelegt. Mit einer Veränderung der Beabstandung der beiden Sen- sierelemente 22, 24 ändert sich deren gegenseitiges elektrisches Potential. Die Potenti aländerung kann mittels eines Spannungssensors 34 erfasst und durch die Auswerteein- heit 26 gemessen werden. Dadurch können auch kleinste Deformationen D und oder Verschiebungen des äußeren Sensierelements 22 detektiert werden.
Vorliegend wird bei Überschreiten eines ersten Spannungs-Grenzwerts, der für eine be stimmte Stärke der Feldänderung am Kondensator 32 und damit für eine bestimmte Art der Deformation D steht, eine Deformation detektiert. Dadurch können Feldänderungen durch dynamische Lasten aus den regulären Fährbetrieb von Schadensereignissen dif ferenziert werden.
Die Auswerteeinheit kann so programmiert sein, dass sie ein Deformations-Flag nur dann setzt, wenn sich anschließend an eine detektierte Feldänderung ein neue, von der alten Feldstärke verschiedene Feldstärke einstellt. Das ermöglicht eine Unterscheidung elastischer und plastischer Verformungen des äußeren Sensierelements.
Vorliegend weist die Auswerteeinheit 26 eine Schadensbestimmungslogik 36 auf, mittels welcher unterschiedlich starke Änderungen der erfassten Spannung V unterschiedlichen starken Deformationen und damit unterschiedlichen Schadensklassen zugeordnet wer den. Damit können auf unterschiedliche Schadensfälle unterschiedliche Reaktionen des Fahrzeuginformationssystems 6 angesteuert werden.
Für sehr starke Deformationen kann vorliegend vorgesehen sein, dass die Detektion der Deformation und eine Sicherheitsmaßnahme zum Abwenden unmittelbaren Schadens mittels eines kombinierten Mechanismus erreicht werden: an dem inneren Sensierele- ment 24 kann eine mechanische Sollbruchstelle 38 angeordnet sein, die bei einer vor bestimmten Beanspruchbarkeitsgrenze unter Verlust der elektrischen Kontaktierungs wirkung mechanisch versagt, sodass die Energiespeicherzellen nicht mehr in den An- triebsstromkreis eingebunden sind, weil das innere Sensierelement 24 im Zellkontaktie rungssystem 23 ausgebildet ist.
Das Ausgabemittel 10 ist dazu eingerichtet ist, bei einem Überschreiten eines Span nung-Grenzwerts V_G mit einer entsprechenden Ansteuerung durch die Auswerteein heit 26 eine Warnmeldung an einen Fahrzeuginsassen und/oder eine Fahrzeugumge- bung auszugeben, beispielsweise mittels einer kombinierten Audio- und Bildschirm- Warnmeldung M. Die Bildschirm-Warnmeldung enthält vorliegend eine Handlungsan weisung, die sich je nach dem Ort oder der Schwere der detektierten Deformation D unterscheiden kann.
In Fig. 2 ist eine Energiespeicherbaugruppe 102 dargestellt, die sich von der Energie- Speicherbaugruppe 2 der Fig. 1 darin unterscheidet, dass mehrere Kondensatoren 132, 133 ausgebildet sind, um eine örtlich feinere Detektion der Deformation D* zu ermögli chen, die aus der Krafteinwirkung F* resultiert.
Dazu weist die Deformationsdetektionsvorrichtung 108 mehrere, elektrisch voneinander getrennte, innere Sensierelemente 124, 125 auf, deren Anordnungsbereich sich hin- sichtlich einer Erstreckung entlang einer Fahrzeuglängsrichtung x und/oder entlang einer Fahrzeugquerrichtung y voneinander unterscheidet.
Indem mittels Spannungssensoren 134, 135 die elektrischen Spannungen V1 des Kon densators 132 und V2 des Kondensators 133 getrennt überwacht und ausgewertet wer den, kann eine räumlich kleinteiligere Aussage über eine zuzuordnende Schadensklasse getroffen werden, vorliegend auch die Aussage, dass die Deformation D* im Anord nungsbereich des Kondensators 133 auftritt.
Das elektrisch isolierende Bauteil 28 und das äußere Sensierelement 24 kann jeweils unabhängig von der Aufteilung in mehrere Kondensatoren 132, 133 einteilig ausgebildet sein.
Fig. 3 zeigt Verfahrensschritte eines beispielhaften Verfahrens zur Detektion einer De formation der Energiespeicherbaugruppe 2 aus Figur 1.
In dem Schritt S10 erfolgt ein Überwachen einer elektrischen Betriebskenngröße V eines durch das innere Sensierelement 24 und das äußere Sensierelement 26 ausgebildeten Kondensators 32.
In dem Schritt S20 erfolgt ein Vergleichen einer sensierten Änderung der elektrischen Betriebskenngröße V mit einem Grenzwert V_G, der repräsentativ für eine potenziell schädliche Deformation D ist.
Wenn der Grenzwert V_G überschritten ist, erfolgt in dem Schritt S30 ein Ausgeben einer Warnmeldung M an einen Fahrzeuginsassen und/oder die Fahrzeugumgebung.
Wenn der Grenzwert V_G nicht überschritten ist, wird die elektrische Betriebskenngröße V weiterhin im Sinne von Schritt S10 überwacht, und es erfolgt - ggf. mit einem vorbe stimmten zeitlichen Versatz - eine erneute Durchführung von Schritt S20.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Kraftfahrzeug
2, 102 Energiespeicherbaugruppe
4 Fahrzeugträgerstruktur
6 Fahrzeuginformationssystem
8, 108 Deformationsdetektionsvorrichtung 10 Ausgabemittel 12 Energiespeicher 14 Batteriezelle 16 Gehäusestruktur 18 Gehäusewanne 20 Gehäusedeckel 22 äußeres Sensierelement 23 Zellkontaktierungssystem
24, 124, 125 inneres Sensierelement
26 Auswerteeinheit
28 elektrisch isolierendes Bauteil
30 Dämpfungsmaterial
32, 132, 133 Kondensator 34, 134, 135 Spannungssensor 36 Schadensbestimmungslogik 38 mechanische Sollbruchstelle
D, D* Deformation F, F* Krafteinwirkung M Warnmeldung
V elektrische Spannung
V G Grenzwert der elektrischen Spannung

Claims

ANSPRÜCHE
1. Deformationsdetektionsvorrichtung (8, 108) für eine Energiespeicherbaugruppe (2, 102) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend:
- ein äußeres Sensierelement (22), das als ein oder an einem äußeren Gehäusestruk turelement (18) der Energiespeicherbaugruppe ausgebildet ist,
- ein inneres Sensierelement (24, 124, 125), das als ein oder an einem inneren Ener giespeicherelement (23) der Energiespeicherbaugruppe ausgebildet ist,
- eine Auswerteeinheit (26), die dazu eingerichtet ist, eine Veränderung einer elektri schen Betriebskenngröße (V, V1, V2) eines durch das innere Sensierelement und das äußere Sensierelement ausgebildeten Kondensators (32, 132, 133) zu erfassen.
2. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist,
- in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zwischen den beiden Sensierelementen ein elektrisches Feld bekannter elektrischer Feldstärke anzu legen, und/oder
- eine Veränderung eines zwischen den beiden Sensierelementen anliegenden elektri schen Felds zu erfassen.
3. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit dazu eingerichtet ist, bei Überschreiten eines Grenzwerts (V_G) eine Deformation (D, D*) zu detektieren.
4. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Auswerteein heit dazu eingerichtet ist, eine dauerhafte Deformation zu detektieren, wenn sich an schließend an eine detektierte Feldänderung ein neue, von der alten Feldstärke ver schiedene Feldstärke konstant einstellt.
5. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Auswerteeinheit eine Schadensbestimmungslogik (36) aufweist, die dazu eingerichtet ist, unterschiedlichen Änderungen der erfassten Feldstärke unterschiedliche Scha densklassen zuzuordnen.
6. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- elektrischer Leitfähigkeit angeordnet ist, die so ausgebildet ist, dass sie bei einer vor bestimmten Beanspruchbarkeitsgrenze auslöst.
7. Deformationsdetektionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend zwei oder mehr getrennt sensierbare Kondensatoren (132, 133), deren An ordnungsbereich sich hinsichtlich einer Erstreckung entlang einer Fahrzeuglängsrich tung (x) und/oder entlang einer Fahrzeugquerrichtung (y) voneinander unterscheidet.
8. Detektionsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aus werteeinheit ein in der Energiespeicherbaugruppe angeordnetes Steuergerät ist.
9. Fahrzeuginformationssystem (6), aufweisend eine Deformationsdetektionsvorrich tung (8, 108) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Ausgabemittel (10), das dazu eingerichtet ist, bei einem Überschreiten eines Grenzwerts (V_G) an ei nen Fahrzeuginsassen und/oder eine Fahrzeugumgebung eine Warnmeldung (M) aus zugeben.
10. Energiespeicherbaugruppe (2, 102) für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend eine De formationsdetektionsvorrichtung (8; 108), die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aus gebildet ist.
11. Kraftfahrzeug (1) mit einer Energiespeicherbaugruppe (2, 102), die Teil einer Fahr zeugträgerstruktur (4) des Kraftfahrzeugs ist, aufweisend ein Fahrzeuginformations system (6) gemäß Anspruch 9.
12. Verfahren zur Detektion einer Deformation (D, D*) einer Energiespeicherbaugruppe (2, 102), insbesondere gemäß Anspruch 10, welche eine Deformationsdetekti onsvorrichtung (8; 108) aufweist, die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, aufweisend die Verfahrensschritte:
- (S10) Überwachen einer elektrischen Betriebskenngröße (V) eines durch das innere Sensierelement (24, 124, 125) und das äußere Sensierelement (22) ausgebildeten Kondensators (32, 132, 133),
- (S20) Vergleichen einer sensierten Änderung der elektrischen Betriebskenngröße mit einem Grenzwert (V_G), der repräsentativ für eine potentiell schädliche Deformation ist, - (S30) Ausgeben einer Warnung (M) an einen Fahrzeuginsassen und/oder die Fahr zeugumgebung, falls der Grenzwert überschritten ist.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004471A1 (de) * 2010-01-13 2011-07-14 Li-Tec Battery GmbH, 01917 Rahmen für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung
US20140162098A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-12 Asustek Computer Inc. Battery module and detecting method thereof
KR20150073392A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 주식회사 엘지화학 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법
DE102018200919A1 (de) 2018-01-22 2019-07-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Deformation eines Gehäuses eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs
DE102018200922A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Sensorvorrichtung zum Erkennen eines für einen Hochvoltspeicher eines Kraftfahrzeugs kritischen Zustands, Hochvoltspeicher sowie Kraftfahrzeug
DE102019108371A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit Batteriezellenschwellungssensor sowie Kraftfahrzeug

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017212273A1 (de) 2017-07-18 2019-01-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Erfasssungsvorrichtung zum erfassen einer deformation eines gehäuses eines hochvoltspeichers eines kraftfahrzeugs

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010004471A1 (de) * 2010-01-13 2011-07-14 Li-Tec Battery GmbH, 01917 Rahmen für eine elektrochemische Energiespeichereinrichtung
US20140162098A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-12 Asustek Computer Inc. Battery module and detecting method thereof
KR20150073392A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 주식회사 엘지화학 배터리 스웰링 감지 시스템 및 방법
DE102018200919A1 (de) 2018-01-22 2019-07-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Deformation eines Gehäuses eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs
DE102018200922A1 (de) * 2018-01-22 2019-07-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Sensorvorrichtung zum Erkennen eines für einen Hochvoltspeicher eines Kraftfahrzeugs kritischen Zustands, Hochvoltspeicher sowie Kraftfahrzeug
DE102019108371A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit Batteriezellenschwellungssensor sowie Kraftfahrzeug

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