WO2024079244A1 - Vorrichtung zum messen einer temperatur in einer batterie, batteriemodul, batterie und kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zum messen einer temperatur in einer batterie, batteriemodul, batterie und kraftfahrzeug Download PDF

Info

Publication number
WO2024079244A1
WO2024079244A1 PCT/EP2023/078298 EP2023078298W WO2024079244A1 WO 2024079244 A1 WO2024079244 A1 WO 2024079244A1 EP 2023078298 W EP2023078298 W EP 2023078298W WO 2024079244 A1 WO2024079244 A1 WO 2024079244A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
temperature
battery
filter element
designed
temperature sensors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/078298
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Samantha ZIMNIK
Andreas Track
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of WO2024079244A1 publication Critical patent/WO2024079244A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring a temperature in a battery, a battery module, a battery and a motor vehicle.
  • Battery modules for constructing a vehicle battery for an electric vehicle can comprise a large number of battery cells, in particular cylindrical battery cells, which are arranged in one or more layers. This creates a challenge for individual temperature monitoring of the battery cells in the battery module.
  • the temperature measurement for monitoring the battery cell temperature within a battery module is usually carried out using individual temperature sensors, which monitor, for example, representative battery cells that are arranged at critical points on the battery module. All battery cells can also be monitored with their own temperature sensor.
  • Compliance with a temperature window defined for the battery cells is used to monitor the operating status of the battery, as well as for other purposes, such as predicting the charging/operating strategy and service life.
  • measuring the temperature on only individual, representative battery cells has the disadvantage that the status of the battery cells that are not monitored is not recorded.
  • Statistical deviations in the temperature distribution in the battery module can arise, for example, from cooling plate inhomogeneity, varying internal resistance of the individual battery cells and certain environmental influences, which cannot be recorded in the temperature measurement on the representative battery cells only.
  • a battery with temperature sensors is known from DE 603 05 221 T2.
  • a sensor device for battery cells, a battery cell comprising the sensor device and cell stacks comprising the sensor device are known from DE 102018 207 436 A1.
  • a battery cell with cell temperature monitoring is known from EP 3 940 869 A1.
  • a connection system for an electrical accumulator is known from FR 2 954 998 A1.
  • a device for detecting the temperature of a battery cell and a battery pack having this device are known from DE 10 2017 216 618 A1.
  • a disadvantage of the above-mentioned state of the art is that a large amount of sensor data is provided to a cell monitoring device, which can only be processed with great effort.
  • a device for measuring a temperature in a battery comprising a flexible carrier medium which carries at least two temperature sensors.
  • the device is characterized in that it has a filter element which is communicatively connected to the temperature sensors, wherein the filter element is designed to generate at least one temperature output signal, in particular exactly two temperature output signals, from temperature measurement values received from the temperature sensors.
  • the temperature sensors can be embedded in the carrier medium or arranged on the carrier medium.
  • the temperature sensors can be embedded in the carrier medium in a recess arrangement.
  • the recess arrangement can be designed as a hole arrangement, wherein the recess can be a hole in which a temperature sensor is arranged.
  • the carrier medium can be made of a plastic, for example, which can have a heat-insulating property.
  • the carrier medium can be designed as a thermal insulation material.
  • the number of temperature sensors can correspond to the number of battery cells in the battery or in the battery module and/or in particular to a number of recesses in the recess arrangement in the carrier medium. This allows a temperature to be measured simultaneously for each battery cell.
  • the flexible carrier medium can carry an arrangement of temperature sensors which is geometrically designed in a grid structure.
  • the grid structure can be designed such that at least one temperature sensor is in contact with a battery cell.
  • the arrangement of temperature sensors can comprise a plurality of temperature sensors, at least two temperature sensors.
  • the arrangement can be designed, for example, so that at least one temperature sensor is applied to a battery cell.
  • the filter element can be additionally or alternatively embedded in the carrier medium.
  • the filter element can be connected to the respective temperature sensor to provide communication between the filter element and the temperature sensor by means of a signal line, wherein the signal line can be an electrical or an optical signal line.
  • the filter element can be configured to select a maximum temperature and a minimum temperature from the temperature measurement values provided by all temperature sensors and to output these as temperature measurement signals. In other words, the amount of data provided by the simultaneous temperature measurement by all temperature sensors can be reduced in this way, so that, for example, only two temperature measurement signals are fed to a downstream battery control unit.
  • the filter element can additionally or alternatively be designed to determine the temperature output signal from the received temperature measurement values of the temperature sensors according to a criterion by means of a processor device.
  • the criterion can be from the To calculate a maximum and/or a minimum and/or an average of temperature measurements to determine a maximum temperature and/or a minimum temperature and/or an average temperature.
  • the filter element can provide two outputs, each for a temperature output signal, and can be designed to output the maximum temperature via a first output and the minimum temperature via a second output.
  • the filter element can additionally have at least one further output for at least one further parameter.
  • the parameter can be, for example, an average temperature of a battery cell.
  • the filter element can provide three outputs and can be designed to output the maximum temperature via a first output, the minimum temperature via a second output and the average temperature via a third output.
  • the filter element can additionally have at least one further output for at least one further parameter.
  • the parameter can be an average temperature of the battery cells adjacent to a battery cell.
  • the filter element can provide an output and is configured to output the maximum temperature and/or the minimum temperature and/or the average temperature and/or the parameter with a time delay.
  • the maximum temperature and/or the minimum temperature and/or the average temperature of the battery cells can be used as operating parameters for a battery control unit to monitor the operating state of the battery, whereby the maximum temperature and the minimum temperature have so far been measured on representative battery cells which are the hottest or the coldest according to a known expected temperature distribution within the battery or the battery module. However, deviations in the temperature distribution were not recorded by the battery control unit.
  • the device can In particular, it should be designed in such a way that it can be connected to a cell monitoring device or a battery control unit as a retrofit device and the temperature signal outputs can be connected to an input for the maximum temperature and the minimum temperature of the existing system.
  • the proposed device can therefore replace a previously simple temperature monitoring system with local individual sensors with a temperature monitoring system that spatially monitors the entire battery module.
  • the filter element can be designed to form an average value of the temperature measurement values as a temperature output signal by means of a logical adder and an operational amplifier.
  • the filter element can, for example, have an operational amplifier circuit which is set up to amplify an input signal with an amplification factor which corresponds to an inverse of a number of temperature sensors or a number of received temperature measurement values.
  • the input signal can be a sum of the temperature measurement values of the temperature sensors or a subgroup of the temperature sensors, which is formed from the received temperature measurement values by means of the adder.
  • the adder can be set up to add the temperature measurement values of the temperature sensors and to output the sum of the temperature measurement values as an input signal for the operational amplifier.
  • the filter element can comprise a processor device which is designed to read out the temperature measurement value of the respective temperature sensor by means of a digital converter and to calculate the temperature output signal to be output from the read temperature measurement values.
  • the filter element can be provided for this purpose as an electronic control unit (ECU) which comprises at least one processor and/or at least one memory, wherein program instructions are stored in the memory which cause the at least one processor to carry out a method for calculating the temperature output signal, in particular exactly two temperature output signals, from the number of temperature measurement values received from the temperature sensors.
  • ECU electronice control unit
  • the filter element can be designed, for example, as a microcontroller which has program instructions stored in a memory which cause the processor unit to to calculate a minimum and/or a maximum from the number of temperature measurement values.
  • the filter element can have a data processing device or at least one processor device that is set up to carry out a method for calculating the temperature output signal from the temperature measurement values of the temperature sensors, for example for calculating a maximum temperature and/or a minimum temperature and/or an average temperature.
  • the data processing device or the processor device can be set up to carry out a method for calculating a maximum temperature and a minimum temperature from the temperature measurement values of the temperature sensors.
  • the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code that is set up to carry out an embodiment of the said method when executed by the processor device.
  • the program code can be stored in a data memory or processor device.
  • the filter element can be designed to form a subgroup of temperature sensors from the arrangement of temperature sensors by means of the processor device and in particular to calculate the average value of the temperature measurement values of the temperature sensors of the subgroup as a temperature output signal.
  • the subgroup can, for example, comprise a defective temperature sensor which transmits an incorrect temperature measurement value or no temperature measurement value to the filter element.
  • the filter element can, for example, determine an incorrect temperature measurement value by means of the processor unit if the said temperature measurement value remains constant over a time interval and/or reaches a temperature limit threshold after the time interval has elapsed and/or comprises an error signal.
  • the subgroup can comprise the temperature sensors adjacent to the defective temperature sensor or at least one other temperature sensor.
  • the filter element can be designed to determine an average temperature of the adjacent
  • Temperature sensors as a replacement for the temperature reading of the defective temperature sensor can have an index, such as a number, which addresses the respective temperature sensor of the arrangement.
  • the filter element can be designed to use the index to determine temperature sensors adjacent to a temperature sensor, for example by incrementing and/or decrementing the index under which the faulty temperature measurement value is transmitted.
  • the filter element can be set up to determine the average temperature of the temperature sensors of the subgroup. This has the advantage that defective temperature sensors can be replaced and thus the service life of the device can be extended.
  • the subgroup can comprise a reference temperature sensor whose temperature measurement value exceeds or falls below a temperature threshold value.
  • the filter element can be designed to use the index to determine the temperature sensors adjacent to the reference temperature sensor.
  • the filter element can be set up to use the processor unit to form the subgroup from the reference temperature sensor and the temperature sensors adjacent to it, for example by incrementing and/or decrementing the index of the reference temperature sensor, and to determine an average temperature of the temperature sensors of the subgroup. This results in the advantage that the device can use the filter element to determine elevations and/or depressions in the temperature distribution in the battery, in particular hotspots and/or coldspots.
  • the filter element can be designed to transmit the temperature output signal to a battery control unit and/or a cell monitoring device by means of a signal line.
  • the filter element can have an interface to a battery control unit and/or a cell monitoring device, which is designed to transmit the temperature output signal.
  • the filter element can have two interfaces for transmitting exactly two temperature output signals, wherein a first interface is configured to transmit a maximum temperature and a second interface is configured to transmit a minimum temperature to the battery control unit and/or the cell monitoring device.
  • the filter element can have at least one further interface for transmitting at least one further parameter.
  • the parameter can, for example, be a Average temperature and/or an average temperature of the battery cells adjacent to a battery cell.
  • the device can be retrofitted as a retrofit device in existing batteries whose cell monitoring device comprises two inputs, in particular one input each for a maximum temperature and for a minimum temperature.
  • the number of temperature output signals can be smaller than the number of temperature sensors.
  • the number of temperature output signals of the filter element can be a maximum of the number of temperature sensors or the number of inputs of the filter element minus one.
  • the filter element can thus preselect the temperature measurement values of the temperature sensors for the battery control unit, in particular for the cell monitoring device.
  • the temperature output signal can comprise a minimum temperature and/or a maximum temperature.
  • the filter element can be designed to output two temperature output signals, with a first temperature output signal comprising the maximum temperature and a second temperature output signal comprising the minimum temperature.
  • the filter element can have two outputs, with the filter element being designed to output the maximum temperature via a first output and the minimum temperature via a second output.
  • the filter element can be designed to output the maximum temperature and the minimum temperature via an output one after the other.
  • the temperature output signal can comprise an average of the measured values of the temperature sensors.
  • the filter element can be set up to output the average of the measured values, in particular the average temperature, via a supplementary output.
  • the filter element can be set up to output the maximum temperature and/or the minimum temperature and/or the average temperature chronologically one after the other via an output.
  • the filter element can be arranged at one end of the flexible carrier medium, which is particularly designed to protrude from a housing of a battery module and/or a battery.
  • the end of the carrier medium can additionally or alternatively be designed to be guided through an opening in a housing of the battery or the battery module, so that the end protrudes through the opening from the housing of the battery.
  • the filter element can be embedded in the carrier medium at the end in question. This requires less space and the carrier medium can be more easily retrofitted into a battery, in particular by passing it through an opening in the battery housing. In addition, embedding the filter element in the carrier medium can make the battery manufacturing process easier.
  • the filter element can be embedded in the carrier medium.
  • the filter element can be integrated in the carrier medium.
  • the filter element can be embedded in the carrier medium at the end that is intended to be led out of the battery through the opening in the housing of the battery or battery module. This has the advantage that the device requires less installation space and can also have a flat surface, which makes it easier to lead the carrier medium through the opening in the housing.
  • the carrier medium can be designed as a circuit board, in particular as a flexible circuit board.
  • the carrier medium can have at least one conductive and one non-conductive layer, which are designed to be flexible.
  • the carrier medium can comprise a flexible layer with a thermal insulation material, wherein the thermal insulation material can be a flexible plastic.
  • the thermal insulation material can be used to reduce the influence of the neighboring battery cells on the temperature measurement of a temperature sensor on a battery cell.
  • the carrier medium can in particular comprise a recess arrangement analogous to the arrangement of the temperature sensors, wherein a temperature sensor is arranged in each recess.
  • the carrier medium can comprise a hole arrangement analogous to the arrangement of the temperature sensors, wherein a temperature sensor is arranged in each hole.
  • the respective temperature sensor can be designed as a resistance-changing sensor, in particular as an NTC thermistor or a PTC thermistor, or as a pyroelectric sensor.
  • the temperature sensor can be a resistance-changing sensor or a current-emitting sensor, each of which can output a voltage signal or a current signal as a measured value for the temperature.
  • the respective temperature sensor can be set up to send the respective current or voltage signal as a measured value to the filter element via the signal line.
  • the respective current or voltage signal of the temperature sensor can be an analog or a digital signal. In the case of an analog signal
  • the filter element can be designed to convert the respective current or voltage signal into a digital signal by means of the digital converter.
  • the carrier medium and/or the respective temperature sensor can be designed to be arranged on a side wall of a battery cell, in particular a cylindrical battery cell.
  • the temperature sensor can be designed to be analogous to a surface of a side wall of a battery cell, in particular a cylindrical battery cell. This results in the advantage that the temperature of the battery cell can be measured more accurately from the outside.
  • the respective temperature sensor can also be designed to be arranged on a side wall of the battery cell.
  • the carrier medium can be designed as a thermal insulation material. This has the advantage that the measured value of the temperature of the battery cell measured from the outside is not distorted by the carrier medium and/or neighboring battery cells.
  • the motor vehicle can be designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
  • the motor vehicle can be electrically powered (EV) or in particular a hybrid electric vehicle (HEV, PHEV), whereby the components provided for this purpose in the motor vehicle can each be an electrical consumer of the battery system.
  • EV electrically powered
  • HEV hybrid electric vehicle
  • PHEV hybrid electric vehicle
  • Figure 1 shows a schematic representation of a battery in a motor vehicle, in which the temperature monitoring is carried out with the device in the individual battery modules; and
  • Figure 2 shows a schematic, more detailed representation of the device by means of which the temperature of the battery cells is measured;
  • Figure 3 shows a schematic representation of the arrangement of temperature sensors on the carrier medium.
  • a battery 2 in a motor vehicle 14 is shown schematically on the left, which is shown enlarged in a top view on the right in Figure 1.
  • the battery modules 12 and the battery 2 can have a housing 11, wherein the housings 11 of the battery modules 12 are arranged in the housing 11 of the battery 2.
  • the battery 2 comprises, for example, three battery modules 12 in which the battery cells 13 are arranged.
  • the battery cells 13 can, for example, be cylindrical battery cells 13.
  • the battery cells 13 are grouped in the housing 11 of the battery modules 12. Alternatively, the battery cells 13 can also be grouped directly in the housing 11 of the battery 2. The battery cells 13 in the battery module 12 or in the battery 2 are each electrically connected in series or in parallel.
  • an operating parameter of the respective battery cells 13 is measured and/or monitored by a cell monitoring device 15.
  • the operating parameter is, for example, a temperature and/or a battery cell pressure.
  • the temperature of the battery cells 13 in the battery module 12 or in the battery 2 is measured by the cell monitoring device 15 by measuring the temperature of at least one specific, representative battery cell 13.
  • the specific battery cell 13 is positioned, for example, at a location in the battery module 12 or in the battery 2 where the temperature is always the highest or the lowest due to the design.
  • the maximum temperature or minimum temperature measured by a temperature sensor 4 positioned there are generally used by the cell monitoring device 15 as input for the Monitoring the operating state of the battery module 12 and/or the battery 2.
  • the typical temperature distribution in the battery module 12 and/or in the battery 2 must be known in advance. The disadvantage of this is that random, statistical deviations of the actual temperature distribution in the battery module 12 and/or in the battery 2 from such a measurement of the maximum temperature and/or the minimum temperature are not detected by the cell monitoring device 15.
  • Such statistical deviations are detected by means of a more precise resolution of the temperature measurement on a battery cell 3 by the cell monitoring device 15 using a proposed device 1 for temperature measurement, which has a number of temperature sensors 4 that corresponds in particular to the number of battery cells 13 in the respective battery module 12 and/or in the battery 2.
  • a temperature can be measured on each battery cell 13 in the respective battery module 12 or alternatively in the battery 2 using the device 1.
  • the device 1 has a carrier medium 3 which is made of or comprises an elastic material.
  • the carrier medium 3 comprises a thermal insulation material.
  • the carrier medium 3 is designed to be arranged on a side wall of the respective battery cells 13, in particular in the case of cylindrical battery cells 13, for temperature measurement.
  • the carrier medium 3 is glued to the side wall.
  • the arrangement of the temperature sensors 4 is embedded in the carrier medium 3.
  • the carrier medium has a recess arrangement (not shown in Fig. 1) that complements the arrangement of the temperature sensors 4, with a temperature sensor 4 being arranged in a respective recess of the recess arrangement.
  • a temperature sensor 4 is arranged in a respective hole of a hole arrangement that complements the arrangement of the temperature sensors 4. This has the advantage that the temperature measurement via the side wall of the battery cell 13 is not distorted by a thermal conductivity of the material of the carrier medium 3 and/or by an adjacent battery cell 13.
  • the device 1 is, for example, attached to the side wall of the respective battery cell 13 in
  • Battery module 12 or arranged in the battery 2, that the device 1 between the Side wall of the battery cell 13 and the housing 11 of the battery module 12 or the battery 2.
  • the device 1 is arranged in the battery module 12 or the battery 2 between the side wall of the respective battery cell 13 and an intermediate wall of the housing 11. This results in the effect that the device 1 in the battery module 12 or the battery 2 does not run between the battery cells 13. This reduces the influence of the temperature measurement on a battery cell 13 by the heat emission of another, in particular an adjacent battery cell 13.
  • the temperature sensors 4 on or in the carrier medium 3 are arranged in such a way that each temperature sensor 3 measures the temperature of a battery cell 13.
  • temperature sensors 4 are arranged in a row on the carrier medium 3.
  • the distance between the respective temperature sensors 4 is, for example, half the circumference of the cylindrical battery cell 13.
  • temperature sensors 4 in particular more than two temperature sensors 4, can be arranged on the side wall of a battery cell 13 by means of the carrier medium 3, so that the temperature sensors 4 measure a temperature in different areas of the battery cell 13.
  • the device 1 comprises a filter element 5, which is communicatively connected to all temperature sensors 4 from the arrangement of temperature sensors 4 for reading out a measured value of each temperature sensor 4 and is designed to form a temperature output signal from the number of measured values, which is suitable as an input signal for the cell monitoring device 15.
  • the temperature output signal is a current minimum temperature and/or a maximum temperature, which is used by a battery control unit to monitor the operating state of the battery 2.
  • the filter element 5 is designed, for example, as an electrical filter and/or as a processor device with a digital converter and a memory.
  • the filter unit 5 can be embedded in the carrier medium 3 of the device 1. Additionally or alternatively, the filter unit 5 can be arranged in an area on the carrier medium 3 which is designed to protrude from the housing 11 of the battery 2 and/or the battery module 12. so that the area of the carrier medium does not rest against a side wall of a battery cell 13.
  • the filter element 5 is arranged at an end 10 of the device 1 or of the carrier medium 3, which is designed to be passed through an opening 16 in the housing 11 of the battery module 12 and/or the battery 2.
  • the end 10 is an area on the carrier medium 3 which is spaced apart from the temperature sensors 4.
  • the filter element 5 is embedded in the area at the end 10 in the carrier medium 3, so that the carrier medium 3 has a flat surface in order to be easily guided through the opening 16.
  • the device 1 is retrofitted, for example, in a battery 2 with limited installation space.
  • the cell monitoring device is arranged separately from the battery or the battery module.
  • the device 1 is used in a distributed battery system.
  • an average value and/or a maximum value and/or a minimum value of the measured temperature at the battery cell 13 is determined, for example, from the measured values from the temperature sensors 4 at a battery cell 13.
  • the filter unit 5 is also designed to determine a maximum value and/or a minimum value for a maximum temperature and/or a minimum temperature from the number of temperature measurement values of the temperature sensors 4 and to output these as a temperature output signal to the cell monitoring device 15.
  • the spatially distributed measurement of the maximum temperature and the minimum temperature thus takes into account the statistical deviations in the battery 2 and/or in the battery module 12 and additionally in a battery cell 13 by a battery control unit.
  • the reduction of the number of temperature measurement values of the temperature sensors 4 to the maximum temperature and the minimum temperature as temperature output signals 7 also enables retrofitting in batteries 2, where the cell monitoring device 15 has a number of inputs which corresponds to the number of outputs of the filter unit 5, such as two outputs for the maximum temperature and the minimum temperature.
  • Figure 2 shows a more detailed representation of the device 1.
  • the carrier medium 3 of the device 1 is designed to be arranged, in particular glued, on a side wall 17 of the respective battery cell 13 in a battery 2 or a battery module 12.
  • an arrangement of temperature sensors 4 is embedded in the carrier medium 3 or arranged on the carrier medium 3, wherein the number of temperature sensors 4 corresponds to the number of battery cells 13 in the battery 2 or in the battery module 12.
  • the arrangement of the temperature sensors is designed such that at least one temperature sensor 4 is arranged on the side wall 17 of a battery cell 13 for temperature measurement. This simultaneously measures the current temperature for each battery cell 13 in the battery 2 or in the battery module 12.
  • the respective temperature sensors 4 are each connected by means of a signal line 18 to the filter element 5, which is designed to receive or read out the respective measured values 6 of the respective temperature sensors 4 as measurement signals via the signal line 18.
  • the filter element 5 additionally comprises a digital converter 9, a memory and a processor unit 8, which determines at least one temperature output signal 7 from the digitized measured values 6.
  • the number of inputs on the digital converter 9 corresponds, for example, to the number of signal lines 18.
  • the filter element 5 has an operational amplifier circuit for determining the temperature output signal 7 from the measured values 6 of the temperature sensors 4. Additionally or alternatively, the filter element 5 has at least one processor device 8 which is set up to carry out a method for calculating the temperature output signal 7, in particular for calculating a maximum value and/or a minimum value and/or an average value from the measured values 6 for determining the maximum temperature and/or a minimum temperature and/or an average temperature.
  • the temperature output signal 7 is output to the cell monitoring device 15 via the signal line 18 and the connection 19.
  • the number of temperature output signals 7 corresponds to the number of inputs of the connection 19 of the cell monitoring device 15.
  • the filter unit 5 is designed to provide two temperature output signals 7 for the
  • the Cell monitoring device 15 which indicates the minimum temperature and the Maximum temperature as input for battery monitoring.
  • the signal line 18 can be an electrical or an optical signal line.
  • the device 1 is retrofitted in batteries 2 whose battery control unit requires the maximum temperature and the minimum temperature as an input signal and whose cell monitoring device 15 has only two inputs at the connection 19, where a maximum temperature and a minimum temperature were previously received at individual and representative battery cells 13.
  • Figure 3 shows very schematically the carrier medium 3, on which an arrangement of temperature sensors 4 is arranged or embedded in the carrier medium 3.
  • the arrangement of the temperature sensors 4 is designed in a grid structure such that at least one temperature sensor 4 is in contact with a battery cell.
  • the respective temperature sensors 4 of the arrangement are connected to the filter element 5 by means of the signal line 18 for signal transmission.
  • the temperature sensors 4 of the arrangement are designed to transmit the temperature measurement value 6 to the filter element 5 via the signal line.
  • the number of temperature measurement values 6 corresponds to the number of temperature sensors 4 of the arrangement.
  • the filter element 5 is designed to generate the temperature output signal 7 from the temperature measurement values 6.
  • the number of temperature output signals 7 is smaller than the number of temperature measurement values 6, the number being at least 1 and at most the number of temperature measurement values 6 minus one.
  • the temperature output signal can be, for example, a maximum temperature and/or a minimum temperature of the incoming temperature measurement values 6.
  • the maximum temperature and the minimum temperature are determined by the arrangement of the temperature sensors 4 in or on the carrier medium 3, independently of the spatial distribution of the temperature in the battery.
  • the filter element 5 has, for example, two interfaces which transmit the temperature output signal 7 via the signal line 18 to the cell monitoring device 15. This has, for example, two connections 19 for a maximum temperature and/or a minimum temperature as an input value.
  • the respective minimum temperature and maximum temperature are determined independently of the spatial temperature distribution in the battery.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Temperaturmessung für eine Batterie (2), welche ein flexibles Trägermedium (3) umfasst, welches eine Anordnung von Temperatursensoren (4) trägt. Mindestens ein Temperatursensor (4) ist an einer Seitenwand (17) von jeder Batteriezelle (13) in der Batterie (2) zur Temperaturmessung angeordnet. Das Sensorträgerband (1) weist ein Filterelement (5) auf, welches mit dem jeweiligen Temperatursensor (4) kommunikativ zum Auslesen eines Messwerts (6) verbunden ist. Das Filterelement (5) ist dafür dazu eingerichtet, aus der Vielzahl an Messwerten (6) der Temperatursensoren (4) zumindest ein Temperaturausgangssignal (7) als Inputsignal für eine Zellüberwachungseinrichtung (15) zu erzeugen. Das Filterelement (5) kann dazu eine Prozessoreinheit (8), einen Digitalwandler (9) und einen Speicher umfassen. Das Temperaturausgangssignal (7) kann eine Minimal-, eine Maximal und/oder eine Durchschnittstemperatur der Batteriezellen (13) in der Batterie (2) umfassen. Hierdurch können zufällige Veränderungen in der Temperaturverteilung innerhalb der Batterie berücksichtigt werden.

Description

Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie, Batteriemodul, Batterie und Kraftfahrzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie, ein Batteriemodul, eine Batterie und ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Batteriemodule zum Aufbau einer Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug können eine Vielzahl von Batteriezellen, insbesondere zylindrische Batteriezellen, umfassen, welche in einer oder mehreren Schichten angeordnet sind. Dadurch entsteht eine Herausforderung für eine individuelle Temperaturüberwachung der Batteriezellen in dem Batteriemodul. Die Temperaturmessung zur Überwachung der Batteriezelltemperatur innerhalb eines Batteriemoduls erfolgt zumeist über einzelne Temperatursensoren, welche beispielsweise repräsentative Batteriezellen, die an kritischen Stellen des Batteriemoduls angeordnet sind, überwachen. Es können auch alle Batteriezellen mit einem jeweils eigenen Temperatursensor überwacht werden.
Die Einhaltung eines für die Batteriezellen definierten Temperaturfensters wird zur Überwachung des Betriebszustands der Batterie verwendet, sowie für weitere Zwecke, wie beispielsweise zur Prognose der Lade-/Betriebsstrategie und der Lebensdauer. Durch die Temperaturmessung an nur einzelnen, repräsentativen Batteriezellen entsteht jedoch der Nachteil, dass der Status der nicht überwachten Batteriezellen nicht erfasst wird. Statistische Abweichungen der Temperaturverteilung im Batteriemodul können beispielsweise durch eine Kühlplatteninhomogenität, einen variierenden Innenwiderstand der einzelnen Batteriezellen sowie bestimmte Umgebungseinflüsse entstehen, welche in der Temperaturmessung nur an den repräsentativen Batteriezellen nicht erfasst werden können.
Bei der Verwendung von einzelnen Temperatursensoren für alle Batteriezellen hingegen kommt es zu einer hohen Datenmenge, deren Auswertung rechenaufwändig ist. Aus der DE 603 05 221 T2 ist eine Batterie mit Temperatursensoren bekannt. Aus der DE 102018 207 436 A1 sind eine Sensoreinrichtung für Batteriezellen, eine Batteriezelle umfassend die Sensoreinrichtung sowie Zellstapel umfassend die Sensoreinrichtung bekannt. Aus der EP 3 940 869 A1 ist eine Batteriezelle mit einer Zelltemperaturüberwachung bekannt. Aus der FR 2 954 998 A1 ist ein Verbindungssystem für einen elektrischen Akkumulator bekannt. Aus der DE 10 2017 216 618 A1 sind eine Vorrichtung zum Detektieren der Temperatur einer Batteriezelle und ein diese Vorrichtung aufweisender Batteriepack bekannt.
Nachteilig an dem oben genannten Stand der Technik ist, dass eine Vielzahl an Sensordaten an einer Zellüberwachungseinrichtung bereitgestellt werden, welche nur mit hohem Aufwand verarbeitet werden können.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Temperaturerfassung, welche auch in älteren Batterien nachgerüstet werden kann, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie vorgeschlagen, umfassend ein flexibles Trägermedium, welches mindestens zwei Temperatursensoren trägt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Filterelement aufweist, welches mit den Temperatursensoren kommunikativ verbunden ist, wobei das Filterelement dazu eingerichtet ist, aus von den Temperatursensoren empfangenen Temperaturmesswerten zumindest ein Temperaturausgangssignal, insbesondere genau zwei Temperaturausgangssignale, zu erzeugen.
Die Temperatursensoren können in dem Trägermedium eingebettet oder auf dem Trägermedium angeordnet sein. Die Temperatursensoren können entsprechend in dem Trägermedium jeweils in einer Vertiefungsanordnung eingebettet sein. Die Vertiefungsanordnung kann dabei als eine Lochanordnung ausgebildet sein, wobei die Vertiefung ein Loch sein kann, in welchem ein Temperatursensor angeordnet ist. Das Trägermedium kann beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein, welcher eine wärmeisolierende Eigenschaft aufweisen kann. Ergänzend kann das Trägermedium als ein Wärmedämmstoff ausgebildet sein.
Die Anzahl der Temperatursensoren kann dabei der Anzahl der Batteriezellen in der Batterie oder in dem Batteriemodul und/oder insbesondere einer Anzahl der Vertiefungen in der Vertiefungsanordnung in dem Trägermedium entsprechen. Dadurch kann für jede Batteriezelle simultan eine Temperatur gemessen werden.
Das flexible Trägermedium kann eine Anordnung von Temperatursensoren tragen, welche geometrisch in einer Gitterstruktur ausgebildet ist. Die Gitterstruktur kann derart ausgebildet sein, dass mindestens ein Temperatursensor an einer Batteriezelle anliegt.
Die Anordnung von Temperatursensoren kann eine Vielzahl von Temperatursensoren umfassen, zumindest zwei Temperatursensoren. Die Anordnung kann beispielsweise dazu ausgebildet sein, dass zumindest ein Temperatursensor an einer Batteriezelle anliegt.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Änderung einer räumlichen Temperaturverteilung in der Batterie miterfasst werden kann.
Das Filterelement kann ergänzend oder alternativ in dem Trägermedium eingebettet sein.
Das Filterelement kann mit dem jeweiligen Temperatursensor zur Bereitstellung der Kommunikation zwischen dem Filterelement und dem Temperatursensor mittels einer Signalleitung verbunden sein, wobei die Signalleitung eine elektrische oder eine optische Signalleitung sein kann.
Das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, eine Maximaltemperatur und eine Minimaltemperatur aus den von allen Temperatursensoren gelieferten Temperaturmesswerten zu selektieren und diese als Temperaturmesssignale auszugeben. Mit anderen Worten kann auf diese Weise die Menge an Daten, die durch die simultane Temperaturmessung durch alle Temperatursensoren bereitgestellt wird, reduziert werden, so dass beispielsweise einem nachgeschalteten Batteriesteuergerät nur zwei Temperaturmesssignale zugeführt werden.
Das Filterelement kann ergänzend oder alternativ dazu ausgebildet sein, aus den empfangenen Temperaturmesswerten der Temperatursensoren das Temperaturausgangssignal nach einem Kriterium mittels einer Prozessoreinrichtung zu bestimmen. Das Kriterium kann aus den Temperaturmesswerten ein Maximum und/oder ein Minimum und/oder einen Durchschnitt zur Bestimmung einer Maximaltemperatur und/oder einer Minimaltemperatur und/oder einer Durchschnittstemperatur zu berechnen.
Das Filterelement kann zwei Ausgänge für jeweils ein Temperaturausgangssignal bereitstellen und kann dazu eingerichtet sein, über einen ersten Ausgang die Maximaltemperatur und auf einem zweiten Ausgang die Minimaltemperatur auszugegeben. Das Filterelement kann ergänzend zumindest einen weiteren Ausgang für zumindest einen weiteren Parameter aufweisen. Der Parameter kann beispielsweise eine Durchschnittstemperatur einer Batteriezelle sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Filterelement drei Ausgänge bereitstellen und kann dazu eingerichtet sein, über einen ersten Ausgang die Maximaltemperatur und auf einen zweiten Ausgang die Minimaltemperatur und auf einem dritten Ausgang die Durchschnittstemperatur auszugeben. Das Filterelement kann ergänzend zumindest einen weiteren Ausgang für zumindest einen weiteren Parameter aufweisen. Der Parameter kann eine Durchschnittstemperatur der zu einer Batteriezelle benachbarten Batteriezellen sein.
Alternativ kann das Filterelement einen Ausgang bereitstellen und ist dazu eingerichtet sein, die Maximaltemperatur und/oder die Minimaltemperatur und/oder die Durchschnittstemperatur und/oder den Parameter jeweils zeitversetzt auszugeben.
Die Maximaltemperatur und/oder die Minimaltemperatur und/oder die Durchschnittstemperatur der Batteriezellen können als Betriebsparameter für ein Batteriesteuergerät zur Überwachung des Betriebszustands der Batterie verwendet werden, wobei die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur bislang an repräsentativen Batteriezellen, welche nach einer bekannten erwarteten Temperaturverteilung innerhalb der Batterie oder des Batteriemoduls am heißesten oder am kältesten sind, gemessen wurden. Dabei wurden aber Abweichungen in der Temperaturverteilung von dem Batteriesteuergerät nicht erfasst.
Durch das Verwenden der vorgeschlagenen Vorrichtung hingegen ergibt sich der Vorteil, dass Änderungen in der Temperaturverteilung in der Batterie oder in dem Batteriemodul durch die simultane Messung der Temperatur mittels der Temperatursensoren der Vorrichtung an jeder Batteriezelle in der Batterie oder in dem Batteriemodul berücksichtigt werden können.
Aufgrund des Filterelements, das aus der Anzahl an Messwerten die Maximaltemperatur und/oder die Minimaltemperatur und/oder die Durchschnittstemperatur bestimmt, kann die Vorrichtung insbesondere so ausgestaltet sein, dass sie mit einer Zellüberwachungseinrichtung oder einem Batteriesteuergerät als Retrofiteinrichtung verbunden werden kann und dabei die Temperatursignalausgänge mit einem Eingang für jeweils die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur des bestehenden Systems verbunden werden können. Durch die vorgeschlagene Vorrichtung kann entsprechend eine vormals einfache Temperaturüberwachung mit lokalen Einzelsensoren ersetzt werden durch eine Temperaturüberwachung, die räumlich gesehen das gesamte Batteriemodul überwacht.
Das Filterelement kann dazu ausgebildet sein, mittels eines logischen Addierers und eines Operationsverstärkers einen Durchschnittswert der Temperaturmesswerte als Temperaturausgangssignal zu bilden. Mit anderen Worten, das Filterelement kann beispielsweise eine Operationsverstärkerschaltung aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, ein Eingangssignal mit einem Verstärkungsfaktor, welchem einer Inversen einer Anzahl der Temperatursensoren oder einer Anzahl der empfangenen Temperaturmesswerte entspricht, zu verstärken. Das Eingangssignal kann eine Summe der Temperaturmesswerte der Temperatursensoren oder einer Untergruppe der Temperatursensoren sein, welche mittels des Addierers aus den empfangenen Temperaturmesswerten gebildet wird. Hierzu kann der Addierer dazu eingerichtet sein, die Temperaturmesswerte der Temperatursensoren zu addieren und die Summe der Temperaturmesswerte als Eingangssignal für den Operationsverstärker auszugeben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Filterelement eine Vorauswertung für eine Zellüberwachungseinrichtung durchführen kann. Insbesondere kann die Vorrichtung dadurch als eine Retrofitvorrichtung in bestehende Batteriesysteme integriert werden.
Das Filterelement kann eine Prozessoreinrichtung umfassen, welche dazu eingerichtet ist, mittels eines Digitalwandlers den Temperaturmesswert des jeweiligen Temperatursensors auszulesen und aus den ausgelesenen Temperaturmesswerten das auszugebende Temperaturausgangssignal zu berechnen. Mit anderen Worten, das Filterelement kann hierzu als eine elektronische Steuereinheit (ECU) vorgesehen sein, welche zumindest einen Prozessor und/oder zumindest einen Speicher umfasst, wobei in dem Speicher Programmanweisungen gespeichert sind, die den zumindest einen Prozessor dazu veranlassen, ein Verfahren zum Berechnen des Temperaturausgangssignals, insbesondere von genau zwei Temperaturausgangssignalen, aus der Anzahl der von den Temperatursensoren empfangenen Temperaturmesswerte auszuführen.
Das Filterelement kann beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgebildet sein, welcher in einem Speicher Programmanweisungen gespeichert hat, welche die Prozessoreinheit dazu veranlassen, aus der Anzahl von Temperaturmesswerten ein Minimum und/oder ein Maximum zu berechnen. Hierzu kann das Filterelement eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder zumindest eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zum Berechnen des Temperaturausgangssignals aus den Temperaturmesswerten der Temperatursensoren, beispielsweise zum Berechnen einer Maximaltemperatur und/oder einer Minimaltemperatur und/oder einer Durchschnittstemperatur, durchzuführen. Insbesondere können die Datenverarbeitungsvorrichtung oder die Prozessoreinrichtung dazu eingerichtet sein, ein Verfahren zum Berechnen einer Maximaltemperatur und einer Minimaltemperatur aus den Temperaturmesswerten der Temperatursensoren durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des besagten Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher oder Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Anzahl der Messwerte der Temperatursensoren mittels dem Filterelement vorverarbeitet werden, sodass die Vorrichtung eine begrenzte Anzahl an Ausgängen aufweist, sodass die Vorrichtung in bestehenden Batterien nachgerüstet werden kann.
Das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, mittels der Prozessoreinrichtung eine Untergruppe von Temperatursensoren aus der Anordnung von Temperatursensoren zu bilden und insbesondere den Durchschnittswert der Temperaturmesswerte der Temperatursensoren der Untergruppe als Temperaturausgangssignal zu berechnen. Mit anderen Worten, die Untergruppe kann beispielsweise einen defekten Temperatursensor umfassen, welcher einen fehlerhaften Temperaturmesswert oder keinen Temperaturmesswert an das Filterelement überträgt. Das Filterelement kann beispielsweise mittels der Prozessoreinheit einen fehlerhaften Temperaturmesswert bestimmen, wenn der besagte Temperaturmesswert über ein Zeitintervall konstant bleibt und/oder einen Temperaturbegrenzungsschwellenwert nach Ablauf des Zeitintervalls erreicht und/oder ein Fehlersignal umfasst. Die Untergruppe kann die zu dem defekten Temperatursensor benachbarten Temperatursensoren oder zumindest einen anderen Temperatursensor umfassen.
Das Filterelement kann dazu ausgebildet sein, eine Durchschnittstemperatur der benachbarten
Temperatursensoren als Ersatz für den Temperaturmesswert des defekten Temperatursensors zu bilden. Beispielsweise kann die Anordnung von Temperatursensoren einen Index, wie beispielsweise eine Zahl, aufweisen, welcher den jeweiligen Temperatursensor der Anordnung adressiert. Das Filterelement kann dazu ausgebildet sein, mittels des Index zu einem Temperatursensor benachbarte Temperatursensoren zu bestimmen, beispielsweise durch ein Inkrementieren und/oder Dekrementieren des Index, unter welchem der fehlerhafte Temperaturmesswert übertragen wird. Ergänzend kann das Filterelement dazu eingerichtet sein, die Durchschnittstemperatur der Temperatursensoren der Untergruppe zu bestimmen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass defekte Temperatursensoren ersetzt werden können und somit eine Lebensdauer der Vorrichtung verlängert werden kann.
Ergänzend oder alternativ kann die Untergruppe einen Referenztemperatursensor umfassen, dessen Temperaturmesswert einen Temperaturschwellenwert überschreitet oder unterschreitet. Das Filterelement kann dazu ausgebildet sein, mittels des Index die zu dem Referenztemperatursensor benachbarte Temperatursensoren zu bestimmen. Das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, mittels der Prozessoreinheit die Untergruppe aus dem Referenztemperatursensor und den dazu benachbarten Temperatursensoren zu bilden, beispielsweise mittels eines Inkrementierens und/oder eines Dekrementierens des Index des Referenztemperatursensors, und eine Durchschnittstemperatur der Temperatursensoren der Untergruppe zu bestimmen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung mittels des Filterelements Erhebungen und/oder Senkungen der Temperaturverteilung in der Batterie bestimmen kann, insbesondere Hotspots und/oder Coldspots.
Das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, das Temperaturausgangssignal mittels einer Signalleitung an ein Batteriesteuergerät und/oder eine Zellüberwachungseinrichtung zu übertragen. Mit anderen Worten, das Filterelement kann eine Schnittstelle zu einem Batteriesteuergerät und/oder einer Zellüberwachungseinrichtung, aufweisen, welche dazu eingerichtet ist, das Temperaturausgangssignal zu übertragen.
Das Filterelement kann zwei Schnittstellen zum Übertragen von genau zwei Temperaturausgangssignalen aufweisen, wobei eine erste Schnittstelle dazu eingerichtet ist, eine Maximaltemperatur und eine zweite Schnittstelle dazu eingerichtet ist, eine Minimaltemperatur an das Batteriesteuergerät und/oder die Zellüberwachungseinrichtung zu übertragen.
Alternativ kann das Filterelement zumindest eine weitere Schnittstelle zum Übertragen von zumindest einem weiteren Parameter aufweisen. Der Parameter kann beispielsweise eine Durchschnittstemperatur und/oder eine Durchschnittstemperatur der zu einer Batteriezelle benachbarten Batteriezellen sein.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung als eine Retrofitvorrichtung in bestehende Batterien, deren Zellüberwachungseinrichtung zwei Eingänge umfasst, insbesondere jeweils einen Eingang für eine Maximaltemperatur und für eine Minimaltemperatur, nachgerüstet werden kann.
Eine Anzahl der Temperaturausgangssignale kann kleiner sein, als die Anzahl der Temperatursensoren. Mit anderen Worten, die Anzahl der Temperaturausgangssignale des Filterelements kann maximal der Anzahl der Temperatursensoren oder der Anzahl der Eingänge des Filterelements minus Eins betragen. Das Filterelement kann somit eine Vorauswahl der Temperaturmesswerte der Temperatursensoren für das Batteriesteuergerät, insbesondere für die Zellüberwachungseinrichtung, durchführen. as Temperaturausgangssignal kann eine Minimaltemperatur und/oder eine Maximaltemperatur umfassen. Mit anderen Worten, das Filterelement kann dazu eingerichtet sein, zwei Temperaturausgangssignale auszugeben, wobei ein erstes Temperaturausgangssignal die Maximaltemperatur und ein zweites Temperaturausgangssignal die Minimaltemperatur umfasst. Hierzu kann das Filterelement zwei Ausgänge aufweisen, wobei das Filterelement dazu eingerichtet ist, über einen ersten Ausgang die Maximaltemperatur und über einen zweiten Ausgang die Minimaltemperatur auszugegeben. Alternativ kann das Filterelement dazu eingerichtet sein, die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur über einen Ausgang nacheinander auszugeben.
Ergänzend oder alternativ kann das Temperaturausgangssignal einen Durchschnitt der Messwerte der Temperatursensoren umfassen. Hierzu kann das Filterelement dazu eingerichtet sein, über einen ergänzenden Ausgang den Durchschnitt der Messwerte, insbesondere die Durchschnittstemperatur, auszugeben. Alternativ kann das Filterelement dazu eingerichtet sein, die Maximaltemperatur und/oder die Minimaltemperatur und/oder die Durchschnittstemperatur über einen Ausgang chronologisch hintereinander auszugeben.
Das Filterelement kann an einem Ende des flexiblen Trägermediums angeordnet sein, welches insbesondere dazu ausgebildet ist, aus einem Gehäuse eines Batteriemoduls und/oder einer Batterie herauszuragen. Das Ende des Trägermediums kann ergänzend oder alternativ dazu ausgebildet sein, durch eine Öffnung in einem Gehäuse der Batterie oder des Batteriemoduls geführt zu werden, sodass das Ende durch die Öffnung aus dem Gehäuse der Batterie herausragt. Ergänzend kann dafür das Filterelement in dem Trägermedium am besagten Ende eingebettet sein. Dadurch wird weniger Platz benötigt und das Trägermedium kann einfacher in einer Batterie nachgerüstet werden, insbesondere durch eine Öffnung im Gehäuse der Batterie geführt werden. Zusätzlich kann durch das Einbetten des Filterelements in das Trägermedium ein Herstellungsprozess der Batterie erleichtert werden.
Das Filterelement kann in dem Trägermedium eingebettet sein. Mit anderen Worten, das Filterelement kann in dem Trägermedium integriert sein. Ergänzend kann das Filterelement an dem Ende, welches dafür vorgesehen ist, durch die Öffnung im Gehäuse der Batterie oder des Batteriemoduls aus der Batterie heraus geführt zu werden, in dem Trägermedium eingebettet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Vorrichtung weniger Bauraum benötigt und zusätzlich eine ebene Oberfläche aufweisen kann, was ein Durchführen des Trägermediums durch die Öffnung im Gehäuse vereinfacht.
Das Trägermedium kann als Leiterplatte, insbesondere als eine flexible Leiterplatte, ausgebildet sein. Mit anderen Worten, dass Trägermedium kann zumindest eine leitende und eine nichtleitende Schicht aufweisen, welche biegbar ausgebildet sind.
Das Trägermedium kann eine flexible Schicht mit einem Wärmedämmstoff umfassen, wobei der Wärmedämmstoff ein flexibler Kunststoff sein kann. Insbesondere kann mittels des Wärmedämmstoffs eine Beeinflussung Temperaturmessung eines Temperatursensors an einer Batteriezelle durch die benachbarten Batteriezellen reduziert werden. Dafür kann insbesondere das Trägermedium eine zur Anordnung der Temperatursensoren analoge Vertiefungsanordnung umfassen, wobei in der Vertiefung jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist. Alternativ kann das Trägermedium eine zur Anordnung der Temperatursensoren analoge Lochanordnung umfassen, wobei in dem Loch jeweils ein Temperatursensor angeordnet ist.
Der jeweilige Temperatursensor kann als ein widerstandsverändernder Sensor, insbesondere als ein NTC-Heißleiter oder ein PTC-Kaltleiter, oder als ein pyroelektrischer Sensor ausgebildet sein. Mit anderen Worten, der Temperatursensor kann ein widerstandsverändernder Sensor oder ein stromausgebender Sensor sein, welche jeweils ein Spannungssignal oder ein Stromsignal als Messwert für die Temperatur ausgeben können. Der jeweilige Temperatursensor kann dazu eingerichtet sein, das jeweilige Strom- oder Spannungssignal als Messwert über die Signalleitung an das Filterelement zu senden. Das jeweilige Strom- oder Spannungssignal des Temperatursensors kann ein analoges oder ein digitales Signal sein. Bei einem analogen Signal kann das Filterelement dazu eingerichtet sein, das jeweilige Strom- oder Spannungssignal mittels des Digitalwandlers in ein digitales Signal umzuwandeln.
Das Trägermedium und/oder der jeweilige Temperatursensor können dazu ausgebildet sein, auf einer Seitenwand einer Batteriezelle, insbesondere einer zylindrischen Batteriezelle, angeordnet zu werden. Mit anderen Worten, der Temperatursensor kann zu einer Oberfläche einer Seitenwand einer Batteriezelle, insbesondere einer zylindrischen Batteriezelle, formanalog ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Temperatur der Batteriezelle von außen genauer gemessen werden kann.
Der jeweilige Temperatursensor kann ebenfalls dazu eingerichtet sein, an einer Seitenwand der Batteriezelle angeordnet zu werden. Ergänzend dazu kann das Trägermedium als ein Wärmedämmstoff ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Messwert der von außen gemessenen Temperatur der Batteriezelle nicht durch das Trägermedium und/oder von benachbarten Batteriezellen verfälscht wird.
Die Aufgabe wird zudem durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Die Aufgabe wird auch durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruch 15 gelöst, welches das besagte Batteriemodul umfasst.
Das Kraftfahrzeug kann als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet sein. Das Kraftfahrzeug kann elektrisch angetrieben (EV) oder insbesondere ein Hybridelektrofahrzeug (HEV, PHEV) sein, wobei die dafür vorgesehenen Komponenten im Kraftfahrzeug jeweils ein elektrischer Verbraucher des Batteriesystems sein können.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batterie in einem Kraftfahrzeug, bei welcher die Temperaturüberwachung mit der Vorrichtung in den einzelnen Batteriemodulen erfolgt; und Figur 2 zeigt eine schematische, detailliertere Darstellung der Vorrichtung, mittels welchem die Temperatur der Batteriezellen gemessen wird; und
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung von Temperatursensoren auf dem Trägermedium.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist links schematisch eine Batterie 2 in einem Kraftfahrzeug 14 dargestellt, welche auf der rechten Seite in Figur 1 in einer Draufsicht vergrößert dargestellt ist. Die Batteriemodule 12 und die Batterie 2 können ein Gehäuse 11 aufweisen, wobei die Gehäuse 11 der Batteriemodule 12 in dem Gehäuse 11 der Batterie 2 angeordnet sind. Die Batterie 2 umfasst beispielsweise drei Batteriemodule 12, in welchen die Batteriezellen 13 angeordnet sind. Die Batteriezellen 13 können beispielsweise zylindrische Batteriezellen 13 sein.
Im Gehäuse 11 der Batteriemodule 12 sind jeweils die Batteriezellen 13 gruppiert. Alternativ können die Batteriezellen 13 auch direkt im Gehäuse 11 der Batterie 2 gruppiert sein. Die Batteriezellen 13 in dem Batteriemodul 12 oder in der Batterie 2 sind jeweils elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet.
Ergänzend wird ein Betriebsparameter der jeweiligen Batteriezellen 13 von der einer Zellüberwachungseinrichtung 15 gemessen und/oder überwacht. Der Betriebsparameter ist beispielsweise eine Temperatur und/oder ein Batteriezelldruck.
Herkömmlicherweise wird die Temperatur der Batteriezellen 13 in dem Batteriemodul 12 oder in der Batterie 2 von der Zellüberwachungseinrichtung 15 durch eine Temperaturmessung an zumindest einer bestimmten, repräsentativen Batteriezelle 13 gemessen. Die bestimmte Batteriezelle 13 ist beispielsweise an einer Stelle in dem Batteriemodul 12 oder in der Batterie 2 positioniert, an welcher die Temperatur bauartbedingt stets am höchsten oder am niedrigsten ist. Die jeweils mittels eines dort positionierten Temperatursensors 4 gemessene Maximaltemperatur oder Minimaltemperatur werden in der Regel von der Zellüberwachungseinrichtung 15 als Input für die Überwachung des Betriebszustands des Batteriemoduls 12 und/oder der Batterie 2 verwendet. Dabei muss die typische Temperaturverteilung in dem Batteriemodul 12 und/oder in der Batterie 2 im Vorfeld bekannt sein. Nachteilig daran ist, dass zufällige, statistische Abweichungen der tatsächlichen Temperaturverteilung in dem Batteriemodul 12 und/oder in der Batterie 2 von einer solchen Messung der Maximaltemperatur und/oder der Minimaltemperatur von der Zellüberwachungseinrichtung 15 nicht erfasst werden.
Solche statistischen Abweichungen werden mittels einer genaueren Auflösung der Temperaturmessung an einer Batteriezelle 3 von der Zellüberwachungseinrichtung 15 mittels einer vorgeschlagenen Vorrichtung 1 zur Temperaturmessung erfasst, welche eine Anzahl von Temperatursensoren 4 aufweist, die insbesondere der Anzahl der Batteriezellen 13 in dem jeweiligen Batteriemodul 12 und/oder in der Batterie 2 entspricht. Somit kann eine Temperatur an jeder Batteriezelle 13 in dem jeweiligen Batteriemodul 12 oder alternativ in der Batterie 2 mittels der Vorrichtung 1 gemessen werden.
Die Vorrichtung 1 weist dazu ein Trägermedium 3 auf, welches aus einem elastischen Material hergestellt ist oder ein solches umfasst. Ergänzend umfasst das Trägermedium 3 einen Wärmedämmstoff.
Das Trägermedium 3 ist dazu ausgebildet, für die Temperaturmessung an einer Seitenwand der jeweiligen Batteriezellen 13, insbesondere bei zylindrischen Batteriezellen13, angeordnet zu werden. Beispielsweise wird das Trägermedium 3 auf die Seitenwand aufgeklebt. Die Anordnung der Temperatursensoren 4ist in dem Trägermedium 3 eingebettet.
Ergänzend weist das Trägermedium eine zur Anordnung der Temperatursensoren 4 ergänzende Vertiefungsanordnung (nicht in Fig. 1 dargestellt) auf, wobei jeweils ein Temperatursensor 4 in jeweils einer Vertiefung der Vertiefungsanordnung angeordnet ist. Alternativ ist jeweils ein Temperatursensor 4 jeweils in einem Loch einer zur Anordnung der Temperatursensoren 4 ergänzenden Lochanordnung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturmessung über die Seitenwand der Batteriezelle 13 nicht durch eine thermische Leitfähigkeit des Materials des Trägermediums 3 und/oder durch eine benachbarte Batteriezelle 13 verfälscht wird.
Die Vorrichtung 1 ist beispielsweise derart an die Seitenwand der jeweiligen Batteriezelle 13 im
Batteriemodul 12 oder in der Batterie 2 angeordnet, dass die Vorrichtung 1 zwischen der Seitenwand der Batteriezelle 13 und dem Gehäuse 11 des Batteriemoduls 12 oder der Batterie 2 angeordnet ist oder verläuft.
Ergänzend oder alternativ ist die Vorrichtung 1 in dem Batteriemodul 12 oder der Batterie 2 zwischen der Seitenwand der jeweiligen Batteriezelle 13 und einer Zwischenwand des Gehäuses 11 angeordnet. Dadurch ergibt sich die Wirkung, dass die Vorrichtung 1 in dem Batteriemodul 12 oder der Batterie 2 nicht zwischen den Batteriezellen 13 verläuft. Hierdurch wird eine Beeinflussung der Temperaturmessung an einer Batteriezelle 13 durch die Wärmeabgabe einer anderen, insbesondere einer benachbarten Batteriezelle 13 reduziert.
Die Temperatursensoren 4 auf oder in dem Trägermedium 3 sind derart angeordnet, dass jeweils ein Temperatursensor 3 die Temperatur von einer Batteriezelle 13 misst. Beispielsweise sind Temperatursensoren 4 auf dem Trägermedium 3 in einer Reihe angeordnet. Der Abstand der jeweiligen Temperatursensoren 4 beträgt voneinander beispielsweise einem halben Umfang der zylindrischen Batteriezelle 13.
Ergänzend können mehrere Temperatursensoren 4, insbesondere mehr als zwei Temperatursensoren 4, mittels des Trägermediums 3 auf der Seitenwand einer Batteriezelle 13 angeordnet werden, sodass die Temperatursensoren 4 in unterschiedlichen Bereichen der Batteriezelle 13 eine Temperatur messen.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Filterelement 5, welches mit allen Temperatursensoren 4 aus der Anordnung von Temperatursensoren 4 kommunikativ zum Auslesen jeweils eines Messwerts jedes Temperatursensors 4 verbunden und dazu eingerichtet ist, aus der Anzahl an Messwerten ein Temperaturausgangssignal, welches als Inputsignal für die Zellüberwachungseinrichtung 15 geeignet ist, zu bilden.
Beispielsweise ist das Temperaturausgangssignal eine aktuelle Minimaltemperatur und/oder eine Maximaltemperatur, die von einem Batteriesteuergerät für die Überwachung des Betriebszustands der Batterie 2 dient. Das Filterelement 5 ist dabei beispielsweise als ein elektrischer Filter und/oder als eine Prozessoreinrichtung mit einem Digitalwandler und einem Speicher ausgebildet.
Die Filtereinheit 5 kann in dem Trägermedium 3 der Vorrichtung 1 eingebettet sein. Ergänzend oder alternativ kann die Filtereinheit 5 in einem Bereich auf dem Trägermedium 3 angeordnet sein, welcher dazu ausgebildet ist, aus dem Gehäuse 11 der Batterie 2 und/oder des Batteriemoduls 12 herauszuragen, sodass das der Bereich des Trägermediums nicht an einer Seitenwand einer Batteriezelle 13 anliegt.
So ist das Filterelement 5 beispielsweise an einem Ende 10 der Vorrichtung 1 oder des Trägermediums 3 angeordnet, welches dazu ausgebildet ist, durch eine Öffnung 16 im Gehäuse 11 des Batteriemoduls 12 und/oder der Batterie 2 durchgeführt zu werden. Beispielsweise ist das Ende 10 ein Bereich auf dem Trägermedium 3, welcher von den Temperatursensoren 4 beabstandet ist.
Dazu ist das Filterelement 5 in dem Bereich am Ende 10 im Trägermedium 3 eingebettet, sodass das Trägermedium 3 eine ebene Oberfläche aufweist, um einfach durch die Öffnung 16 geführt werden zu können. Durch die Anordnung des Filterelements 5 wird die Vorrichtung 1 beispielsweise in einer Batterie 2 mit begrenztem Bauraum nachgerüstet. Ergänzend ist durch das Hindurchführen der Vorrichtung 1 durch die Öffnung 16 im Gehäuse die Zellüberwachungseinrichtung separat von der Batterie oder dem Batteriemodul angeordnet. So wird beispielsweise die Vorrichtung 1 in einem verteilten Batteriesystem angewendet.
Mittels des Filterelements 5, welches beispielsweise in dem Trägermedium 3 eingebettet ist, werden beispielsweise aus den Messwerten von den Temperatursensoren 4 an einer Batteriezelle 13 ein Durchschnittswert und/oder ein Maximalwert und/oder ein Minimalwert der gemessenen Temperatur an der Batteriezelle 13 bestimmt.
Beispielsweise ist die Filtereinheit 5 auch dazu eingerichtet, aus der Anzahl an Temperaturmesswerten der Temperatursensoren 4 jeweils einen Maximalwert und/oder einen Minimalwert für eine Maximaltemperatur und/oder eine Minimaltemperatur zu ermitteln und diese als Temperaturausgangssignal an die Zellüberwachungseinrichtung 15 auszugeben. Durch die räumlich verteilte Messung der Maximaltemperatur und der Minimaltemperatur werden somit die statistischen Abweichungen in der Batterie 2 und/oder in dem Batteriemodul 12 und ergänzend an einer Batteriezelle 13 von einem Batteriesteuergerät berücksichtigt. Die Reduzierung der Anzahl an Temperaturmesswerte der Temperatursensoren 4 auf die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur als Temperaturausgangssignale 7 ermöglicht zudem eine Nachrüstung in Batterien 2, wo die Zellüberwachungseinrichtung 15 eine Anzahl an Eingängen aufweist, welche der Anzahl an Ausgängen der Filtereinheit 5 entspricht, wie beispielsweise zwei Ausgänge für jeweils die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur. Dies wird detaillierter in Figur 2 gezeigt. Figur 2 zeigt eine detailliertere Darstellung der Vorrichtung 1. Das Trägermedium 3 der Vorrichtung 1 ist dazu eingerichtet, an einer Seitenwand 17 der jeweiligen Batteriezelle 13 in einer Batterie 2 oder einem Batteriemodul 12 angeordnet, insbesondere aufgeklebt zu werden.
Dabei ist in dem Trägermedium 3 eine Anordnung von Temperatursensoren 4 eingebettet oder auf dem Trägermedium 3 angeordnet, wobei die Anzahl der Temperatursensoren 4 der Anzahl der Batteriezellen 13 in der Batterie 2 oder in dem Batteriemodul 12 entspricht. Die Anordnung der Temperatursensoren ist dabei derart ausgebildet, dass mindestens ein Temperatursensor 4 auf der Seitenwand 17 einer Batteriezelle 13 zur Temperaturmessung angeordnet ist. Hierdurch wird simultan die aktuelle Temperatur für jede Batteriezelle 13 in der Batterie 2 oder im Batteriemodul 12 gemessen. Die jeweiligen Temperatursensoren 4 sind jeweils mittels einer Signalleitung 18 mit dem Filterelement 5 verbunden, welches dazu ausgebildet ist, die jeweiligen Messwerte 6 der jeweiligen Temperatursensoren 4 als Messsignale über die Signalleitung 18 zu empfangen oder auszulesen.
Hierzu umfasst das Filterelement 5 ergänzend einen Digitalwandler 9, einen Speicher und eine Prozessoreinheit 8, welche aus den digitalisierten Messwerten 6 zumindest ein Temperaturausgangssignal 7 bestimmt. Die Anzahl an Eingängen am Digitalwandler 9 entspricht dabei beispielsweise der Anzahl der Signalleitungen 18.
Das Filterelement 5 weist für die Bestimmung des Temperaturausgangssignals 7 aus den Messwerten 6 der Temperatursensoren 4 eine Operationsverstärkerschaltung auf. Ergänzend oder alternativ weist das Filterelement 5 zumindest eine Prozessoreinrichtung 8 auf, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zum Berechnen des Temperaturausgangssignals 7, insbesondere zum Berechnen eines Maximalwerts und/oder eines Minimalwerts und/oder eines Durchschnittswerts aus den Messwerten 6 für eine Bestimmung der Maximaltemperatur und/oder eine Minimaltemperatur und/oder eine Durchschnittstemperatur, durchzuführen.
Das Temperaturausgangssignal 7 wird über die Signalleitung 18 und den Anschluss 19 an die der Zellüberwachungseinrichtung 15 ausgeben. Dabei entspricht eine Anzahl der Temperaturausgangssignale 7 der Anzahl an Eingängen des Anschlusses 19 der Zellüberwachungseinrichtung 15.
Beispielsweise ist die Filtereinheit 5 dazu ausgebildet, zwei Temperaturausgangssignale 7 für die
Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur über jeweils eine Signalleitung 18 an die
Zellüberwachungseinrichtung 15 auszugeben, welche die Minimaltemperatur und die Maximaltemperatur als Input zur Batterieüberwachung vorsieht. Die Signalleitung 18 kann dafür eine elektrische oder eine optische Signalleitung sein.
Hierdurch wird die Vorrichtung 1 in Batterien 2, deren Batteriesteuergerät die Maximaltemperatur und die Minimaitemperatur ais Inputsignal benötigt und deren Zellüberwachungseinrichtung 15 nur jeweils zwei Eingänge am Anschluss 19 vorgesehen hat, wo vorher eine Maximaltemperatur und eine Minimaltemperatur von an einzelnen und repräsentativen Batteriezellen 13 empfangen wurden, nachgerüstet. Durch die Vorrichtung 1 , welche die Temperatur an allen Batteriezellen 13 mittels der Temperatursensoren 4 misst, werden somit statistische Abweichungen in der Temperaturverteilung innerhalb der Batterie 2 und/oder des Batteriemoduls 12 berücksichtigt, ohne dass weitere elektronische Komponenten und/oder Softwarekomponenten modifiziert werden müssen.
Figur 3 zeigt sehr schematisch das Trägermedium 3, auf welchem eine Anordnung von Temperatursensoren 4 angeordnet oder in dem Trägermedium 3 eingebettet ist.
Die Anordnung der Temperatursensoren 4 ist derart in einer Gitterstruktur ausgebildet, dass jeweils zumindest ein Temperatursensor 4 an einer Batteriezelle anliegt. Die jeweiligen Temperatursensoren 4 der Anordnung sind mittels der Signalleitung 18 mit dem Filterelement 5 zur Signalübertragung verbunden. Die Temperatursensoren 4 der Anordnung sind dazu ausgebildet, über die Signalleitung den Temperaturmesswert 6 an das Filterelement 5 zu übertragen. Die Anzahl der Temperaturmesswerte 6 entspricht dabei der Anzahl der Temperatursensoren 4 der Anordnung.
Das Filterelement 5 ist dazu ausgebildet, aus den Temperaturmesswerten 6 das Temperaturaussignal 7 zu erzeugen. Dabei ist die Anzahl der Temperaturausgangssignale 7 kleiner als die Zahl der Temperaturmesswerte 6, wobei die Anzahl zumindest 1 und höchstens die Anzahl der Temperaturmesswerte 6 minus Eins ist.
Das Temperaturausgangssignal kann beispielsweise eine Maximaltemperatur und/oder eine Minimaltemperatur der eingehenden Temperaturmesswerte 6 sein. Die Maximaltemperatur und die Minimaltemperatur werden durch die Anordnung der Temperatursensoren 4 in oder auf dem Trägermedium 3 unabhängig von der räumlichen Verteilung der Temperatur in der Batterie bestimmt. Das Filterelement 5 weist beispielsweise zwei Schnittstellen auf, welche das Temperaturausgangssignal 7 über die Signalleitung 18 an die Zellüberwachungseinrichtung 15 überträgt. Diese weist beispielsweise zwei Anschlüsse 19 für eine Maximaltemperatur und/oder eine Minimaitemperatur ais Eingabewert auf.
Durch die Anordnung der Temperatursensoren 4 in oder auf dem Trägermedium 3 wird die jeweilige Minimaltemperatur und Maximaltemperatur unabhängig von der räumlichen Temperaturverteilung in der Batterie bestimmt.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Batterie
3 Trägermedium
4 Temperatursensor
5 Filterelement
6 Temperaturmesswert
7 Temperaturausgangssignal
8 Prozessoreinrichtung
9 Digitalwandler
10 Ende
11 Gehäuse
12 Batteriemodul
13 Batteriezelle
14 Kraftfahrzeug
15 Zellüberwachungseinrichtung
16 Öffnung
17 Seitenwand
18 Signalleitung
19 Anschluss

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (1) zum Messen einer Temperatur in einer Batterie (2), umfassend ein flexibles Trägermedium (3), welches mindestens zwei Temperatursensoren (4) trägt, gekennzeichnet durch ein Filterelement (5), welches mit den Temperatursensoren (4) kommunikativ verbunden ist, wobei das Filterelement (5) dazu eingerichtet ist, aus von den Temperatursensoren (4) empfangenen Temperaturmesswerten (6) zumindest ein Temperaturausgangssignal (7), insbesondere genau zwei Temperaturausgangssignale (7), zu erzeugen.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Trägermedium (3) eine Anordnung von Temperatursensoren (4) trägt, welche insbesondere als eine Gitterstruktur von Temperatursensoren (4) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) dazu ausgebildet ist, mittels eines logischen Addierers und eines Operationsverstärkers einen Durchschnittswert der Temperaturmesswerte (6) als Temperaturausgangssignal (7) zu bilden.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) eine Prozessoreinrichtung (8) umfasst, welche insbesondere dazu eingerichtet ist, mittels eines Digitalwandlers (9) den Temperaturmesswert (6) des jeweiligen Temperatursensors (4) auszulesen und aus den Temperaturmesswerten (6) das Temperaturausgangssignal (7) zu berechnen.
5. Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) dazu eingerichtet ist, mittels der Prozessoreinrichtung (8) eine Untergruppe von Temperatursensoren (4) aus der Anordnung von Temperatursensoren (4) zu bilden und insbesondere den Durchschnittswert der Temperaturmesswerte (6) der Temperatursensoren (4) der Untergruppe als Temperaturausgangssignal (7) zu berechnen.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) dazu eingerichtet ist, das Temperaturausgangssignal (7) mittels einer Signalleitung (18) an ein Batteriesteuergerät, insbesondere eine Zellüberwachungseinrichtung zu übertragen.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Temperaturausgangssignale (7) kleiner ist als eine Anzahl der Temperatursensoren (4).
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturausgangssignal (7) eine Minimaltemperatur und/oder eine Maximaltemperatur umfasst.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) an einem Ende (10) des flexiblen Trägermediums, welches insbesondere dazu ausgebildet ist, aus einem Gehäuse (11) eines Batteriemoduls (12) und/oder einer Batterie (2) herauszuragen, angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (5) in dem Trägermedium (3) eingebettet ist.
11 . Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium (3) als eine Leiterplatte ausgebildet ist, insbesondere als eine flexible Leiterplatte.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Temperatursensoren (4) als ein widerstandsverändernder Sensor, insbesondere als ein NTC-Heißleiter oder ein PTC-Kaltleiter, oder als ein pyroelektrischer Sensor ausgebildet ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermedium (3) und/oder mindestens einer der Temperatursensoren (4) dazu ausgebildet sind, auf einer Seitenwand (17) einer Batteriezelle (13), insbesondere einer zylindrischen Batteriezelle (13), angeordnet zu werden.
14. Batterie (2), insbesondere ein Batteriemodul (12), umfassend zumindest eine Vorrichtung (1) zum Messen einer Temperatur nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Kraftfahrzeug (14) umfassend eine Batterie (2) und/oder zumindest ein Batteriemodul (12) nach Anspruch 14.
PCT/EP2023/078298 2022-10-12 2023-10-12 Vorrichtung zum messen einer temperatur in einer batterie, batteriemodul, batterie und kraftfahrzeug Ceased WO2024079244A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022126573.0 2022-10-12
DE102022126573.0A DE102022126573A1 (de) 2022-10-12 2022-10-12 Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie, Batteriemodul, Batterie und Kraftfahrzeug

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024079244A1 true WO2024079244A1 (de) 2024-04-18

Family

ID=88413034

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/078298 Ceased WO2024079244A1 (de) 2022-10-12 2023-10-12 Vorrichtung zum messen einer temperatur in einer batterie, batteriemodul, batterie und kraftfahrzeug

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102022126573A1 (de)
WO (1) WO2024079244A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12531305B2 (en) 2024-06-20 2026-01-20 Estes Energy Solutions, Inc. Thermo-structural battery packs and systems
US12555840B2 (en) 2024-06-20 2026-02-17 Estes Energy Solutions, Inc. Thermo-structural battery packs and systems

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60305221T2 (de) 2002-01-30 2007-03-01 Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi Batterie mit Temperatursensoren
FR2954998A1 (fr) 2010-01-06 2011-07-08 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme de connexion pour un accumulateur electrique
US20130004811A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 Neel Banerjee Battery temperature sensor
DE102017216618A1 (de) 2016-09-29 2018-03-29 Bosch Automotive Products (Suzhou) Co. Ltd. Vorrichtung zum Detektieren der Temperatur einer Batteriezelle und ein diese Vorrichtung aufweisender Batteriepack
EP3525279A1 (de) * 2018-02-09 2019-08-14 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Thermistore auf flexibler schichten und derer verwendung zur temperaturmessung im batteriepack
DE112018000281T5 (de) * 2017-07-31 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und System zum Schätzen einer Zellenleerlaufspannung, eines Ladezustands und eines Funktionszustands einer Batterie während des Betriebs der Batterie
DE102018207436A1 (de) 2018-05-14 2019-11-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sensoreinrichtung für Batteriezellen, Batteriezelle umfassend die Sensoreinrichtung sowie Zellstapel umfassend die Sensoreinrichtung
EP3893316A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-13 ABB Schweiz AG Batteriezustandsabschätzung mit leistungswandler
EP3940869A1 (de) 2020-07-16 2022-01-19 Rolls-Royce plc Batteriezellentemperaturüberwachung

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009029534A1 (en) * 2007-08-24 2009-03-05 Oemtek, Inc. Dc source
US9389279B2 (en) * 2013-10-02 2016-07-12 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly with a thin profile sensor

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60305221T2 (de) 2002-01-30 2007-03-01 Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi Batterie mit Temperatursensoren
FR2954998A1 (fr) 2010-01-06 2011-07-08 Peugeot Citroen Automobiles Sa Systeme de connexion pour un accumulateur electrique
US20130004811A1 (en) * 2011-06-29 2013-01-03 Neel Banerjee Battery temperature sensor
DE102017216618A1 (de) 2016-09-29 2018-03-29 Bosch Automotive Products (Suzhou) Co. Ltd. Vorrichtung zum Detektieren der Temperatur einer Batteriezelle und ein diese Vorrichtung aufweisender Batteriepack
DE112018000281T5 (de) * 2017-07-31 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und System zum Schätzen einer Zellenleerlaufspannung, eines Ladezustands und eines Funktionszustands einer Batterie während des Betriebs der Batterie
EP3525279A1 (de) * 2018-02-09 2019-08-14 Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Thermistore auf flexibler schichten und derer verwendung zur temperaturmessung im batteriepack
DE102018207436A1 (de) 2018-05-14 2019-11-14 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Sensoreinrichtung für Batteriezellen, Batteriezelle umfassend die Sensoreinrichtung sowie Zellstapel umfassend die Sensoreinrichtung
EP3893316A1 (de) * 2020-04-08 2021-10-13 ABB Schweiz AG Batteriezustandsabschätzung mit leistungswandler
EP3940869A1 (de) 2020-07-16 2022-01-19 Rolls-Royce plc Batteriezellentemperaturüberwachung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12531305B2 (en) 2024-06-20 2026-01-20 Estes Energy Solutions, Inc. Thermo-structural battery packs and systems
US12555840B2 (en) 2024-06-20 2026-02-17 Estes Energy Solutions, Inc. Thermo-structural battery packs and systems

Also Published As

Publication number Publication date
DE102022126573A1 (de) 2024-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10011233B4 (de) Batterieeinheit
DE60024753T2 (de) Verfahren zur Batteriespannungsmessung
EP2619844B1 (de) Batteriesystem und verfahren zur bestimmung von batteriemodulspannungen
WO2013041386A1 (de) Batteriemanagementsystem, batterie, kraftfahrzeug mit batteriemanagementsystem sowie verfahren zur überwachung einer batterie
DE112017005535T5 (de) Fahrzeugbatterie-überwachungsvorrichtung undfahrzeugbatterie-überwachungssystem
DE19545833B4 (de) Batterie mit mehreren hintereinander geschalteten Einzelzellen
DE102017208770B4 (de) Verfahren zur Prüfung eines Batteriezustands und Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Batteriezustands
DE102012207409A1 (de) Verfahren zum Prüfen und Überwachen des Funktionszustands eines Stoßes
DE102022126573A1 (de) Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einer Batterie, Batteriemodul, Batterie und Kraftfahrzeug
EP3769095A1 (de) Verfahren zur überwachung eines versorgungssystems eines kraftfahrzeugs
DE102010045514B4 (de) Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Energiespeichers, der eine elektrische Spannung für eine elektrische Maschine eines Kraftwagens bereitstellt
WO2012072163A1 (de) Vorrichtung zum erfassen der temperatur eines energiespeichers
DE102014213731A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Messen des elektrischen Stroms einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen
DE102010009080B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden leistungsschwacher PV-Module in einer PV-Anlage
DE102012208454A1 (de) Konditionierungsvorrichtung und Verfahren zum zum Konditionieren eines Datenkanals einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers
WO2018114226A1 (de) Hochvolt-batterie für ein kraftfahrzeug, insbesondere für einen kraftwagen
DE102019211998A1 (de) Verfahren zum Erkennen eines Sensorausfalls in einem Batteriesystem eines Kraftfahrzeugs sowie Batteriesystem und Kraftfahrzeug
DE102020118544A1 (de) Batteriemodul sowie Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul
DE102012023459B3 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Lichtbögen in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz
WO2019076952A1 (de) Elektrischer energiespeicher und verfahren zum identifizieren eines speichermodultyps eines elektrischen energiespeichers
WO2024170314A1 (de) Speicher für elektrische energie mit mindestens einer batteriezelle und einem sensor zur erfassung des zell-swellings, sowie verfahren zur herstellung des speichers für elektrische energie
DE102012000583A1 (de) Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug
DE102023114308B4 (de) Batterieanordnung, Batteriesystem mit der Batterieanordnung sowie Verfahren zum Prüfen des Fertigungszustands der Batterieanordnung
DE102015100354A1 (de) Signalleitungssystem und Verfahren zum Überwachen des Betriebszustands einer elektrochemischen Vorrichtung
DE102019105506A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen defekter Kontakte eines Steckers

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23789925

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23789925

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1