DE102018204374A1

DE102018204374A1 - Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Beschädigung der Hochvoltbatterie, Verfahren zum Erfassen einer Beschädigung der Hochvoltbatterie sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018204374A1
Application number: DE102018204374.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Philipp Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2019-09-26
Also published as: US20200335833A1; US11764411B2; CN111602263B; CN111602263A; WO2019179709A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse (2) zum Aufnehmen einer Vielzahl von Batteriemodulen (4) in einem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) und mit einer Erfassungsvorrichtung (7) zum Erfassen einer Beschädigung des Batteriegehäuses (2), wobei die Erfassungsvorrichtung (7) zumindest einen in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) angeordneten Drucksensor (9), welcher dazu ausgelegt ist, ein Drucksignal (11, 13) in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung (10) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, anhand des von dem Drucksensor (9) erfassten Drucksignals (11, 13) die Beschädigung des Batteriegehäuses (2) zu erkennen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse zum Aufnehmen einer Vielzahl von Batteriemodulen in einem Innenraum des Batteriegehäuses und mit einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Beschädigung des Batteriegehäuses. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erfassen einer Beschädigung eines Batteriegehäuses einer Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltenergiespeicher für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. Solche Kraftfahrzeuge weisen im Antriebsstrang üblicherweise eine elektrische Antriebsmaschine bzw. einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sowie die Hochvoltbatterie auf, welche elektrische Energie für die elektrische Antriebsmaschine bereitstellt. Solche Hochvoltbatterien umfassen eine Vielzahl von Batteriemodulen, welche in einem Innenraum bzw. Aufnahmeraum eines Batteriegehäuses angeordnet und dort verschaltet sind. Bei einem für die Hochvoltbatterie kritischen Ereignis, beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs kann es vorkommen, dass das Batteriegehäuse beschädigt, beispielsweise deformiert, wird. Um die Hochvoltbatterie nach einem solchen für den Fahrer wahrnehmbaren Ereignis zu überprüfen, wird die Hochvoltbatterie üblicherweise in einer Werkstatt überprüft. Erst nach dieser Überprüfung kann festgestellt werden, ob die Hochvoltbatterie weiterhin nutzbar ist. Problematisch ist es jedoch, wenn der Fahrer ein Ereignis, durch welches eine Deformation hervorgerufen wird, nicht wahrnimmt und die Überprüfung in der Werkstatt nicht einleitet. Ein solches Ereignis kann beispielsweise eine Fahrt über ein Hindernis sein, durch welches das Batteriegehäuse deformiert wird. Ein deformierendes Ereignis kann jedoch auch bei einem abgestellten Fahrzeug auftreten, beispielsweise durch einen ausfahrbaren Poller.
Dazu schlägt die DE 10 2013 013 754 A1 vor, eine Hochvoltbatterie mit einem Beschleunigungssensor auszustatten. Wenn durch den Beschleunigungssensor ein Beschleunigungsvorgang erkannt wurde, bei welchem ein vorbestimmter Beschleunigungsgrenzwert erreicht oder überschritten wurde, kann rechtzeitig eine Begutachtung. Gemäß dem Stand der Technik wird also lediglich überprüft, ob die Beschleunigung einen maximal zulässigen Grenzwert überschreitet oder nicht. Diese Überprüfung ist jedoch sehr ungenau, da der Hochvoltspeicher durch ein kritisches Ereignis beschädigt werden kann und nicht oder nur eingeschränkt weiter nutzbar ist, obwohl der maximal zulässige Grenzwert der Beschleunigung nicht überschritten wurde. Auch kann über die Verwendung des Beschleunigungssensors nicht festgestellt werden, ob eine andere Beschädigung, beispielsweise eine Undichtigkeit des Batteriegehäuses, vorliegt. Weiterhin kann auch der zuvor genannte Fall des ausfahrbaren Pollers hierdurch nicht detektiert werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine Beschädigung eines Batteriegehäuses einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug besonders einfach und zuverlässig erfasst werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochvoltbatterie, ein Verfahren sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse zum Aufnehmen einer Vielzahl von Batteriemodulen in einem Innenraum des Batteriegehäuses und mit einer Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Beschädigung des Batteriegehäuses. Die Erfassungsvorrichtung weist zumindest einen in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordneten Drucksensor auf, welcher dazu ausgelegt ist, ein Drucksignal in dem Innenraum des Batteriegehäuses zu erfassen. Ferner weist die Erfassungsvorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, welche dazu ausgelegt ist, anhand des von dem Drucksensor erfassten Drucksignals die Beschädigung des Batteriegehäuses zu erkennen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Erfassen einer Beschädigung eines Batteriegehäuses einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird durch zumindest einen in einem Innenraum des Batteriegehäuses angeordneten Drucksensor ein Drucksignal in dem Innenraum des Batteriegehäuses erfasst. Durch eine Auswerteeinrichtung wird anhand des von dem zumindest eine Drucksensor erfassten Drucksignals die Beschädigung des Batteriegehäuses erkannt.
Die Hochvoltbatterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie für das als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildete Kraftfahrzeug. Die Hochvoltbatterie umfasst eine Vielzahl von Batteriemodulen. Die Batteriemodule weisen eine Vielzahl von Batteriezellen auf, welche beispielsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet, zu einem Zellblock gestapelt und dort miteinander verschaltet sein können. Diese Batteriemodule sind in dem Innenraum bzw. Aufnahmeraum des Batteriegehäuses angeordnet und dort ebenfalls verschaltet. Um nun eine Beschädigung, beispielsweise eine Deformation, des Batteriegehäuses erkennen zu können, weist die Hochvoltbatterie die Erfassungsvorrichtung auf. Die Erfassungsvorrichtung weist den zumindest einen Drucksensor sowie die Auswerteeinrichtung auf. Zumindest der Drucksensor ist dabei in dem Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet. Der Drucksensor kann beispielsweise als ein MEMS-Bauteil ausgebildet sein und somit besonders platzsparend in dem Batteriegehäuse angeordnet werden.
Der Drucksensor kann durch Erfassen des Drucksignals den Druck bzw. Gasdruck innerhalb des Batteriegehäuses überwachen, indem er kontinuierlich bzw. zu vorbestimmten Messzeitpunkten den Druck in dem Innenraum des Batteriegehäuses misst. Das Drucksignal enthält also Werte für den Druck in dem Innenraum über die Zeit. Dieses Drucksignal wird der Auswerteeinrichtung der Erfassungsvorrichtung bereitgestellt. Die Auswerteeinrichtung und der Drucksensor können beispielsweise als ein integriertes Bauteil ausgebildet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung beispielsweise in ein Batteriesteuergerät integriert ist, welches mit dem Drucksensor kommuniziert und die von dem Drucksensor erfassten Drucksignale empfängt.
Die Auswerteeinrichtung analysiert das Drucksignal, indem sie das Drucksignal nach Ereignissen durchsucht, welche eine Beschädigung des Batteriegehäuses charakterisieren. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung die erfassten Druckwerte dahingehend überwachen, ob sie sich über die Zeit ändern und ob die Änderung einen vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet. Eine solche Änderung entspricht beispielsweise einem Deformationsereignis und deutet somit auf eine Beschädigung des Batteriegehäuses in Form von einer Deformation hin. Durch eine Deformation des Batteriegehäuses, unabhängig von dem Ort der Deformation, wird das Batteriegehäuse nämlich plastisch verformt und der Innenraum beispielsweise komprimiert, sodass sich der Druck in dem Innenraum verändert. Diese Veränderung des Druckes kann besonders zuverlässig mittels des zumindest einen Drucksensor und der Auswerteeinrichtung erkannt werden. Wenn die Erfassungsvorrichtung die Deformation erkannt hat, kann sie beispielsweise ein Warnsignal generieren, welches an den Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben werden kann.
In einer Ausführungsform der Hochvoltbatterie ist der zumindest eine Drucksensor in dem Innenraum des gasdicht abgeschlossenen Batteriegehäuses angeordnet und die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, anhand des Drucksignals die Beschädigung des Batteriegehäuses als eine Deformation des Batteriegehäuses und/oder eine Undichtigkeit des Batteriegehäuses zu klassifizieren. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die Beschädigung als Deformation zu klassifizieren, wenn sie anhand des Drucksignals eine einen vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitende Druckänderung in dem Innenraum des Batteriegehäuses erkennt, und die Beschädigung als Undichtigkeit zu klassifizieren, wenn sie erkennt, dass eine Abweichung zwischen einem anhand des Drucksignals erfassten Druckwertes und einem Außendruck außerhalb des Batteriegehäuses einen vorbestimmten Abweichungs-Schwellwert unterschreitet.
Im Falle eines nicht gasdicht abgeschlossenen Batteriegehäuses, welches beispielsweise ein Druckausgleichselement in Form von einem Belüftungselement, beispielsweise einer atmungsaktiven Membran, aufweist, kann lediglich eine Beschädigung in Form von einer Deformation, beispielweise nach einem Unfall oder einer Überfahrt über ein Hindernis, erkannt werden. Bei dem gasdichten Batteriegehäuse kann zusätzlich eine Beschädigung in Form von einer Undichtigkeit, beispielsweise aufgrund eines Risses in einer Wand des Batteriegehäuses oder aufgrund einer Verschiebung eines Dichtungselementes, erkannt werden. Dazu wird das von dem Drucksensor erfasste Drucksignal über die Zeit analysiert, um zu Deformationsereignissen korrespondierende Druckschwankungen bzw. Druckänderung zu erfassen. Zusätzlich wird das Drucksignal hinsichtlich der Abweichung des Drucks zwischen dem Innenraum und dem Außenraum des Batteriegehäuses überwacht. Anders ausgedrückt wird ein Differenzdruckwert bestimmt, welcher die Differenz zwischen dem Außendruck und dem Innendruck beschreibt.
Wenn durch die Auswerteeinrichtung erkannt wurde, dass eine Änderung des Drucks innerhalb des Batteriegehäuses den vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet, so wird die die Druckänderung verursachende Deformation des Batteriegehäuses erkannt. Wenn alternativ oder zusätzlich durch die Auswerteeinrichtung erkannt wurde, dass die Abweichung den vorbestimmten Abweichungs-Schwellwert erreicht, wird die Undichtigkeit erkannt. Beispielsweise wird die Undichtigkeit erkannt, wenn die Abweichung bzw. der Differenzdruck in etwa Null ist. Wenn also erkannt wird, dass der Innendruck im Innenraum des Batteriegehäuses in etwa dem Außendruck außerhalb des Batteriegehäuses entspricht, so wird erkannt, dass das Batteriegehäuse eine Undichtigkeit aufweist, über welche ein Druckausgleich zwischen dem Innenraum und dem Außenraum stattgefunden hat. Durch ein gasdicht ausgebildetes Batteriegehäuse, in welchen der Drucksensor integriert ist, können somit verschiedene Beschädigungsformen des Batteriegehäuses erkannt werden. Beispielsweise kann dann ein spezifisches Warnsignal, durch welches der Fahrer sowohl auf die Beschädigung als auch auf die Art bzw. Form der Beschädigung hingewiesen wird, ausgegeben werden. So kann eine Überprüfung und gegebenenfalls eine Reparatur des Batteriegehäuses besonders zielgerichtet durchgeführt werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, den von einem weiteren fahrzeugseitigen Drucksensor erfassten Außendruck zu empfangen. Alternativ oder zusätzlich ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, Daten eines fahrzeugexternen Anbieters zu empfangen und den Außendruck anhand der Daten zu bestimmen. Beispielsweise kann außen am Batteriegehäuse oder an einem anderen Montageort am Kraftfahrzeug der weitere Gasdrucksensor angeordnet sein, welcher den Außendruck bzw. Umgebungsdruck misst. Dieser Außendruck wird der Auswerteeinrichtung übermittelt und mit dem Innendruck innerhalb des Batteriegehäuses verglichen, um den Differenzdruck zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung die fahrzeugextern ermittelten Daten empfangen und anhand der Daten den Außendruck bestimmen. Solche Daten können beispielsweise Wetterdaten am aktuellen Ort des Kraftfahrzeugs sein, welche der Auswerteeinrichtung drahtlos, beispielsweise über das Mobilfunknetz, übertragen werden.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die Beschädigung nur als Deformation zu klassifizieren, wenn sie erfasst, dass eine anhand des Drucksignals erfasste Druckänderung einen vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet und eine Geschwindigkeit der Druckänderung einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert überschreitet. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Innendruck im Innenraum des Batteriegehäuses auch bei einer Temperaturänderung im Innenraum ändert. Um nun zu verhindern, dass die Auswerteeinrichtung fälschlicherweise eine aus der Temperaturänderung resultierende Druckänderung als Deformation des gasdichten oder nicht gasdichten Speichergehäuses klassifiziert, wird die Deformation nur erkannt, wenn die Änderungsgeschwindigkeit den vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert überschreitet. Temperaturänderungen verursachen im Vergleich zu einem Deformationsereignis langsamere Druckänderungen in dem Innenraum, welche von der Auswerteeinrichtung ignoriert werden. Die Erfassung der Beschädigung kann somit besonders zuverlässig durchgeführt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, eine Temperatur in dem Innenraum zu überwachen, einen Änderungs-Schwellwert in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen und die Beschädigung als Deformation zu klassifizieren, wenn sie erfasst, dass eine anhand des Drucksignals erfasste Druckänderung den vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet. Es kann also auf eine zusätzliche Auswertung der Änderungsgeschwindigkeit verzichtet werden, wenn die Temperatur des Innenraums mit überwacht wird. Durch die Näherung über die allgemeine Gasgleichung pV=nRT kann die durch Temperaturänderung verursachte Druckdifferenz bestimmt werden und der Änderungs-Schwellwert bzw. die Detektionsschwelle angepasst werden. Da gängige MEMS-Drucksensoren bereits über eine integrierte Temperaturmessung verfügen, ist diese Ausprägung besonders vorteilhaft.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, anhand der Druckänderung zusätzlich eine Schwere der Deformation zu erkennen und ein Abschaltsignal für die Hochvoltbatterie zu generieren, falls die Schwere einen vorbestimmten Schwere-Schwellwert überschreitet. Bei einer nur leichten Deformation, deren Schwere den Schwere-Schwellwert unterschreitet, kann es vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung lediglich ein Warnsignal für den Fahrer generiert. Der Fahrer wird also beispielsweise lediglich darauf hingewiesen, zeitnah eine Werkstatt zum Überprüfen des Hochvoltspeichers aufzusuchen. Bei einer schweren Deformation, deren Schwere den Schwere-Schwellwert überschreitet und welche eine Gefahr für Fahrzeuginsassen des Kraftfahrzeugs darstellen kann, wird die Hochvoltbatterie durch das Abschaltsignal abgeschaltet und das Kraftfahrzeug durch Stilllegen in einen unkritischen Zustand überführt. Dabei wird insbesondere vor der Stilllegung ein Warnsignal ausgegeben, durch welches der Fahrer auf die bevorstehende Überführung in den sicheren Zustand hingewiesen wird.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung ein gasdichtes Gehäuse aufweist, in welchem der zumindest eine Drucksensor angeordnet ist und welches in dem Innenraum des Batteriegehäuses derart angeordnet ist, dass eine Beschädigung des Batteriegehäuses in Form von einer Deformation auf das gasdichte Gehäuse übertragbar ist. In diesem Fall ist das Batteriegehäuse selbst insbesondere nicht gasdicht ausgebildet und weist beispielsweise das Druckausgleichselement auf. Zwar kann in diesem Fall auch eine Deformation durch einen nicht gasdicht verpackten Drucksensor erkannt werden, da sich der Druck durch das Belüftungselement im Vergleich zu einer Deformation nur langsam ändert. Jedoch kann eine Deformation zuverlässiger erkannt werden, wenn der Drucksensor gasdicht verpackt ist. Der von dem gasdichten Gehäuse umgebene Drucksensor wird dabei derart angeordnet, dass bei einer Deformation des Batteriegehäuses auch das Gehäuse des Drucksensors deformiert und plastisch verformt wird. Beispielsweise kann das Gehäuse an einem Boden im Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet werden. Das gasdichte Gehäuse kann beispielsweise durch den Boden des Speichergehäuse, dem Boden zugewandte Bereiche der Seitenwände des Speichergehäuses sowie einen zu dem Boden des Speichergehäuses beabstandeten Gehäusedeckel gebildet sein. Durch das gasdichte Gehäuse misst der Drucksensor ohne Vorliegen eines Deformationsereignisses einen konstanten, definierten Druck. Bei plastischer Verformung dieses Gehäuses verändert sich der Druck in dem Gehäuse, was durch den Drucksensor erfasst wird. Durch Vorsehen des gasdichten Gehäuses kann besonders zuverlässig die Deformation des nicht gasdichten Batteriegehäuses von einem Druckausgleichsprozess über das Belüftungselement unterschieden werden.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie;
2 eine schematische Darstellung eines von einem Drucksensor erfassten ersten Drucksignals;
3 eine schematische Darstellung eines von einem Drucksensor erfassten zweiten Drucksignals; und
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen
1 zeigt eine Hochvoltbatterie 1 für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. Die Hochvoltbatterie 1 kann beispielsweise eine Traktionsbatterie des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sein. Die Hochvoltbatterie 1 weist ein Batteriegehäuse 2 auf, in dessen Innenraum 3 eine Vielzahl von Batteriemodulen 4 angeordnet sind. Die Hochvoltbatterie 1 kann beispielsweise im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs oder bei einer Überfahrt des Kraftfahrzeugs über ein Hindernis kann das Batteriegehäuse 2, beispielsweis ein Boden 5 oder eine Seitenwand 6 des Batteriegehäuses 2 beschädigt werden. Eine solche Beschädigung des Batteriegehäuses 2 kann eine Deformation und/oder eine Undichtigkeit sein.
Um eine solche Beschädigung zu erfassen, weist die Hochvoltbatterie 1 eine Erfassungsvorrichtung 7 auf. Die Erfassungsvorrichtung 7 ist hier im Bereich eines Deckels 8 des Batteriegehäuses 2 in dem Innenraum 3 angeordnet. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Erfassungsvorrichtung 7 an einem anderen Ort in dem Innenraum 3, beispielsweise im Bereich des Bodens 5, angeordnet ist. Die Erfassungsvorrichtung 7 weist zumindest einen Drucksensor 9, beispielsweise einen mikroelektromechanischen Drucksensor, auf, welcher dazu ausgelegt ist, ein Drucksignal in dem Innenraum 3 des Batteriegehäuses 2 zu erfassen. Das Drucksignal wird einer Auswerteeinrichtung 10 der Erfassungsvorrichtung 7 übermittelt, welche das Drucksignal analysiert und anhand des Drucksignals eine Beschädigung des Batteriegehäuses 2 erkennen kann. Bei Erkennung der Beschädigung kann die Auswerteeinrichtung 10 beispielsweise ein Warnsignal zur Ausgabe an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs generieren und/oder ein Abschaltsignal für die Hochvoltbatterie 1 generieren.
In 2 ist ein erstes Drucksignal 11 gezeigt, welches von dem Drucksensor 9 erfasst wurde. Dabei ist der Druck P im Innenraum 3 des Speichergehäuses 2 über die Zeit t aufgetragen. Bis zu einem Zeitpunkt t1 weist das Drucksignal 11 nur konstante Druckwerte P0 auf. Zum Zeitpunkt t1 tritt ein Deformationsereignis 12 auf, bei welchem sich das Batteriegehäuse 2 plastisch verformt, und bei welchem sich der Druck P von dem Wert P0 bis zum Zeitpunkt t2 auf einen Wert P1 verändert und schließlich auf einen Wert P2>P0 abfällt. Diese Druckänderung P1-P0 oder P2-P0 kann von der Auswerteeinrichtung 10 in dem Drucksignal 11 erkannt werden. Die Auswerteeinrichtung 10 vergleicht die Druckänderung P1-P0 oder P2-P0 mit einem vorbestimmten Änderungs-Schwellwert. Zusätzlich kann die Auswerteeinrichtung 10 die Geschwindigkeit der Druckänderung erfassen und überprüfen, ob die Geschwindigkeit größer als ein vorbestimmter Geschwindigkeits-Schwellwert ist. Dazu kann die Auswerteeinrichtung 10 auch die Zeitdauer t2-t1 der Druckänderung erfassen und diese mit einem vorbestimmten Zeitspannen-Schwellwert vergleichen. Wenn die Druckänderung größer als der vorbestimmte Änderungs-Schwellwert ist und die Geschwindigkeit bzw. die Zeitspanne größer als der jeweilige Schwellwert ist, so wird die Druckänderung als Deformationsereignis 14 erkannt. Eine Druckänderung, deren Geschwindigkeit den Geschwindigkeits-Schwellwert nicht überschreitet, wird nicht als Deformationsereignis erkannt. Diese Druckänderung kann nämlich durch eine Temperaturänderung in dem Innenraum 3 und/oder eine Undichtigkeit in dem Batteriegehäuse 2 hervorgerufen werden.
In 3 ist ein weiteres Drucksignal 13 gezeigt, welches von dem Drucksensor 9 in dem Innenraum 3 des gasdicht verschlossenen Batteriegehäuses 2 erfasst wurde. Bei dem Drucksignal 13 wird bis zum Zeitpunkt t3 der Druckwert P0 gemessen und ab einem Zeitpunkt t3 ein Druckwert P3 gemessen. Beim Zeitpunkt t3 tritt ein Undichtigkeitsereignis 14 des Batteriegehäuses 2 ein, welches einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum 3 und einem Außenraum 15 (siehe 1) hervorruft. Wenn der Druck P0 im gasdichten Speichergehäuse 2 größer als ein Außendruck in dem Außenraum 15 ist, so sinkt der Druck in dem Speichergehäuse 2 nach dem Undichtigkeitsereignis. Wenn der Druck P0 im gasdichten Speichergehäuse 2 keiner als der Außendruck in dem Außenraum 15 ist, so steigt der Druck in dem Speichergehäuse 2 nach dem Undichtigkeitsereignis. Diese Druckänderung kann wiederrum erkannt werden. Um nun die Druckänderung nicht fälschlicherweise als Deformationsereignis zu klassifizieren, wird der Druck P3 nach der Druckänderung mit dem Außendruck verglichen. Der Außendruck kann beispielsweise von einem weiteren fahrzeugseitigen Drucksensor erfasst und der Auswerteeinrichtung 10 übermittelt werden. Auch kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 10 fahrzeugextern bereitgestellte Daten, beispielsweise Wetterdaten am Ort des Kraftfahrzeugs, empfängt und anhand der Daten den Außendruck bestimmt. Wenn der Differenzdruck zwischen dem Druck im Innenraum 3 und dem Außenraumen 15 einen vorbestimmten Differenzdruck-Schwellwert unterschreitet, beispielsweise wenn der Differenzdruck in etwa Null ist, wird eine Beschädigung in Form von einer Undichtigkeit des Batteriegehäuses 2 erkannt.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Hochvoltbatterie 1 mit einem Speichergehäuse 2, in dessen Innenraum 3 eine Vielzahl von Batteriemodulen 4 angeordnet sind. Das Speichergehäuse 2 ist hier nicht gasdicht verschlossen und weist ein Druckausgleichselement 16 auf, welcher hier in der Seitenwand 16 angeordnet sein kann. Das Druckausgleichselement 16 kann beispielsweise eine atmungsaktive Membran sein, welche einen Gasaustausch zwischen dem Innenraum 3 und dem Außenraum 15 zum Druckausgleich zulässt. Der Druck in dem Innenraum 3 verändert sich also aufgrund des Druckausgleichselementes 16. In diesem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn die Erfassungsvorrichtung 7 ein gasdichtes Gehäuse 17 aufweist, in welchem zumindest der Drucksensor 9 angeordnet ist. Das gasdichte Gehäuse 17 ist dabei derart in dem Innenraum angeordnet, dass ein Deformationsereignis des Speichergehäuses 2 auf das gasdichte Gehäuse 17 des Drucksensors 9 übertragen wird. Hier ist das Gehäuse 17 im Bereich des einer Fahrbahn für das Kraftfahrzeug zugewandten Bodens 5 im Innenraum des Speichergehäuses 2 angeordnet. Beispielsweise kann sich das gasdichte Gehäuse 17 über eine gesamte Fläche des Bodens 5 erstrecken. Das gasdichte Gehäuse 17 kann beispielsweise durch den Boden 5 des Speichergehäuses 2 selbst, einen Bereich der Seitenwände 6 des Speichergehäuses 2 sowie einen zu dem Boden 5 beabstandeten Gehäusedeckel 18 ausgebildet sein. Bei einer Deformation des Speichergehäuses 2, beispielsweise bei einer Überfahrt über ein Hindernis, wird dieses gasdichte Gehäuse 17 mitverformt, wobei der Drucksensor 9 diese Verformung anhand des Drucksignals in dem gasdichten Gehäuse 17 erfassen kann.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltbatterie
2: Batteriegehäuse
3: Innenraum
4: Batteriemodul
5: Boden
6: Seitenwand
7: Erfassungsvorrichtung
8: Deckel
9: Drucksensor
10: Auswerteeinrichtung
11: Erstes Drucksignal
12: Deformationsereignis
13: Zweites Drucksignal
14: Undichtigkeitsereignis
15: Außenraum
16: Druckausgleichselement
17: gasdichtes Gehäuse
18: Gehäusedeckel
P: Druck
t: Zeit
P0, P1, P2, P3: Druckwerte
t1, t2, t3: Zeitpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013013754 A1 [0003]

Claims

Hochvoltbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse (2) zum Aufnehmen einer Vielzahl von Batteriemodulen (4) in einem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) und mit einer Erfassungsvorrichtung (7) zum Erfassen einer Beschädigung des Batteriegehäuses (2), wobei die Erfassungsvorrichtung (7) zumindest einen in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) angeordneten Drucksensor (9), welcher dazu ausgelegt ist, ein Drucksignal (11, 13) in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) zu erfassen, und eine Auswerteeinrichtung (10) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, anhand des von dem Drucksensor (9) erfassten Drucksignals (11, 13) die Beschädigung des Batteriegehäuses (2) zu erkennen.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Drucksensor in dem Innenraum (3) des gasdicht abgeschlossenen Batteriegehäuses (2) angeordnet ist und die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, anhand des Drucksignals (11, 13) die Beschädigung des Batteriegehäuses (2) als eine Deformation des Batteriegehäuses (2) und/oder eine Undichtigkeit des Batteriegehäuses (2) zu klassifizieren.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die Beschädigung als Deformation zu klassifizieren, wenn sie anhand des Drucksignals (11, 13) eine einen vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitende Druckänderung in dem Innenraum des Batteriegehäuses (2) erkennt, und die Beschädigung als Undichtigkeit zu klassifizieren, wenn sie erkennt, dass eine Abweichung zwischen einem anhand des Drucksignals (11, 13) erfassten Druckwertes und einem Außendruck außerhalb des Batteriegehäuses (2) einen vorbestimmten Abweichungs-Schwellwert unterschreitet.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, den von einem weiteren fahrzeugseitigen Drucksensor erfassten Außendruck zu empfangen und/oder die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, Daten eines fahrzeugexternen Anbieters zu empfangen und den Außendruck anhand der Daten zu bestimmen.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, die Beschädigung nur als Deformation zu klassifizieren, wenn sie erfasst, dass eine anhand des Drucksignals (11, 13) erfasste Druckänderung einen vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet und eine Geschwindigkeit der Druckänderung einen vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellwert überschreitet.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, eine Temperatur in dem Innenraum (3) zu überwachen, einen Änderungs-Schwellwert in Abhängigkeit von der Temperatur zu bestimmen und die Beschädigung als Deformation zu klassifizieren, wenn sie erfasst, dass eine anhand des Drucksignals (11, 13) erfasste Druckänderung den vorbestimmten Änderungs-Schwellwert überschreitet.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (10) dazu ausgelegt ist, anhand der Druckänderung zusätzlich eine Schwere der Deformation zu erkennen und ein Abschaltsignal für die Hochvoltbatterie (1) zu generieren, falls die Schwere einen vorbestimmten Schwere-Schwellwert überschreitet.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (7) ein gasdichtes Gehäuse (17) aufweist, in welchem der zumindest eine Drucksensor (9) angeordnet ist und welches in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) derart angeordnet ist, dass eine Beschädigung des Batteriegehäuses (2) in Form von einer Deformation auf das gasdichte Gehäuse (17) übertragbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Erfassen einer Beschädigung eines Batteriegehäuses (2) einer Hochvoltbatterie (1) eines Kraftfahrzeugs, wobei durch zumindest einen in einem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) angeordneten Drucksensor (9) ein Drucksignal (11, 13) in dem Innenraum (3) des Batteriegehäuses (2) erfasst wird und durch eine Auswerteeinrichtung (10) anhand des von dem zumindest eine Drucksensor (9) erfassten Drucksignals (11, 13) die Beschädigung des Batteriegehäuses (2) erkannt wird.