DE102012205253A1 - Device for signaling and localization of an atypical operating state on galvanic elements and a battery cell with this device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an galvanischen Elementen beschrieben, wobei eine aus dem Innern einer bevorzugten Lithium-Ionen-Batteriezelle nach außen führende Leitung (10) ein Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln (16) und/oder ein Mittel zur Aussendung von akustischen oder optischen Signalen (20) umfasst. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll mindestens in einer zu einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges gehörenden Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers integriert sein.The invention relates to a device for signaling and locating an atypical operating state on galvanic elements, wherein a line (10) leading out of the interior of a preferred lithium-ion battery cell has a means for releasing colorants (16) and / or a means for Transmission of acoustic or optical signals (20). The device according to the invention should be integrated at least in one belonging to a drive system of a motor vehicle battery cell of an electrical energy storage.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an galvanischen Elementen, insbesondere an Lithium-Ionen-Batteriezellen, eine Batteriezelle mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes sowie ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.The present invention relates to a device for signaling and localization of an atypical operating state of galvanic elements, in particular of lithium-ion battery cells, a battery cell with a device according to the invention for signaling and localization of an atypical operating state and a motor vehicle with a battery cell according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Bei automotiven Anwendungen der Lithium-Ionen-Speichertechnologie kommen verschiedenartige Sicherheitssysteme auf unterschiedlichen Systemebenen zum Einsatz. Unter anderem verfügen moderne Lithium-Ionen-Zellen, die bei dieser Speichertechnologie verwendet werden, über Berstventile, die im Störfall aufplatzen und so den Druck definiert in der Lithium-Ionen-Zelle abbauen. Die dabei freiwerdenden Aerosole, Gase und Rauch können mit speziellen Vorrichtungen aufgefangen und über ein Leitungssystem aus dem Gehäuse der Lithium-Ionen-Zelle abgeleitet werden. Bestandteile der Lithium-Ionen-Zelle, die für die Funktion der galvanischen Zelle essentiell notwendig sind, wie z. B. Leitsalz, Elektrolyt, Kathodenmaterial etc. können im Störfall gefährliche und gesundheitsschädliche Reaktionsprodukte bilden, die Bereiche in der Umgebung um den Lithium-Ionenspeicher im Störfall kontaminieren. Personen wie z. B. Benutzer der Lithium-Ionen-Zelle, Rettungs- und Einsatzkräfte, die sich in der Umgebung befinden, erhalten nach dem Störfall keine Information über Ausmaß und Lokalisation kontaminierter Bereiche.In automotive applications of lithium-ion storage technology, various security systems are used on different system levels. Among other things, modern lithium-ion cells used in this storage technology have burst valves that burst open in the event of a fault and thus reduce the pressure defined in the lithium-ion cell. The released aerosols, gases and smoke can be collected with special devices and derived via a line system from the housing of the lithium-ion cell. Components of the lithium-ion cell, which are essential for the function of the galvanic cell are essential, such. As conductive salt, electrolyte, cathode material, etc. may form dangerous and harmful reaction products in the event of failure, contaminate the areas around the lithium ion storage in case of failure. Persons such as B. users of the lithium-ion cell, rescue and emergency services, which are located in the environment, receive after the incident, no information about the extent and location of contaminated areas.
So sind aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an galvanischen Elementen zur Verfügung gestellt, umfassend eine aus dem Innern des galvanischen Elements nach außen führende Leitung zur Ableitung eines aus dem galvanischen Element austretenden Fluids, wobei die Leitung ein Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln und/oder ein Mittel zur Aussendung von akustischen und/oder optischen Signalen umfasst.According to the invention, a device is provided for signaling and locating an atypical operating state on galvanic elements, comprising a line leading out from the interior of the galvanic element for discharging a fluid emerging from the galvanic element, the line comprising a means for releasing colorants and / or means for emitting acoustic and / or optical signals.
Die Erfindung dient der selbsttätigen akustischen und/oder visuellen Anzeige von kontaminierten Bereichen und kritischen Betriebszuständen bzw. warnt vor diesen. Unter anderem werden durch die Erfindung kontaminierte Bereiche selbstständig visuell gekennzeichnet. Gegenüber dem Stand der Technik ist es durch die Erfindung möglich, Gefahrenquellen und -bereiche zu kennzeichnen und dadurch Personen zu warnen und vom Gefahrenbereich fernzuhalten. The invention serves the automatic acoustic and / or visual display of contaminated areas and critical operating conditions or warns against them. Among other things, areas contaminated by the invention are independently visually marked. Compared to the prior art, it is possible by the invention to identify hazards and areas and thereby warn people and keep away from the danger area.
Auch gelingt es vorteilhafterweise, die Fehlersuche an einem elektrischen Energiespeicher, der aus einem oder aus einer Vielzahl von galvanischen Elementen, insbesondere aus Lithium-Ionen-Batteriezellen besteht, in kurzer Zeit abzuschließen und es werden unverhofft auftretende Gefahrenmomente für das Servicepersonal vermieden. Eine defekte Batteriezelle kann somit ohne den Einsatz aufwendiger elektronischer Messtechnik festgestellt, demontiert und ersetzt werden, so dass der elektrische Energiespeicher kurzfristig wieder in Betrieb genommen werden kann.Also, it is advantageously possible to complete the troubleshooting of an electrical energy storage, which consists of one or a plurality of galvanic elements, in particular of lithium-ion battery cells, in a short time and there are unexpected hazards incurred for the service staff. A defective battery cell can thus be determined, dismantled and replaced without the use of expensive electronic measurement technology, so that the electrical energy storage can be put back into operation at short notice.
Bei einer Fehlfunktion der Elektronik bzw. wenn das Batteriemanagementsystem im Standby ist, kann im Stand der Technik auf eine Entgasung keine Warnreaktion erfolgen, so dass die Gesundheitsgefahr für Personen nicht unmittelbar erkennbar ist. Durch die Erfindung werden Personen, die sich in der Nähe einer entgasenden Zelle bzw. Batterie befinden, akustisch auf die Entgasung aufmerksam gemacht, so dass sie den gefährlichen Bereich verlassen können.In the event of a malfunction of the electronics or if the battery management system is in standby, a warning reaction can not occur in the prior art on degassing, so that the health risk for persons is not immediately recognizable. By the invention, persons who are in the vicinity of a degassing cell or battery, acoustically made aware of the degassing, so that they can leave the dangerous area.
In einer Ausbildung der Erfindung ist das Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln derart beschaffen, dass es farbliche pigmentierte und/oder fluoreszierende Partikel umfasst.In one embodiment of the invention, the colorant release agent is such that it comprises colored pigmented and / or fluorescent particles.
Dadurch ist eine optische Einschätzung zum Auffinden eines defekten galvanischen Elementes, bevorzugt einer Lithium-Ionen-Batteriezelle in einem elektrischen Energiespeicher effizient gegeben, da der aus der nach außen führenden Leitung austretende Fluidstrom mit auffälligen Partikeln beladen ist und nicht übersehen werden kann. Unter Fluiden werden in der vorliegenden Erfindung Flüssigkeiten, Gase oder feste Partikel oder Gemische aus Flüssigkeiten, Gasen und/oder festen Partikeln verstanden.As a result, an optical assessment for finding a defective galvanic element, preferably a lithium-ion battery cell in an electrical energy storage is given efficiently, since the outgoing from the leading line fluid stream is loaded with eye-catching particles and can not be overlooked. Fluids in the present invention are liquids, gases or solid particles or mixtures of liquids, gases and / or solid particles.
Ferner ist die erfindungsgemäße Einrichtung in einer solchen Weise ausgeführt, dass das Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln als Beschichtung an oder als Depot in der Innenwandung der nach außen führenden Leitung ausgebildet ist, und die Partikel bei der durch den Austritt eines Fluids bedingten Austrittsgeschwindigkeit oder infolge des dadurch bedingten Drucks von der Innenwandung der Leitung lösbar und dem Fluid beimischbar ausgebildet sind. Furthermore, the device according to the invention is designed in such a way that the means for releasing colorants as a coating on or as a depot in the inner wall of outside leading line is formed, and the particles are formed at the outlet due to the emergence of a fluid outlet velocity or as a result of the consequent pressure from the inner wall of the line detachable and the fluid admixable.
Damit ist eine optische Lokalisation eines defekten galvanischen Elementes, bevorzugt einer Lithium-Ionen-Batteriezelle, sehr schnell gegeben, da der aus der nach außen führenden Leitung austretende Fluidstrom mit auffälligen Farbpartikeln beladen ist, die nicht übersehen werden können.In order for an optical localization of a defective galvanic element, preferably a lithium-ion battery cell, given very quickly, since the emerging from the leading outward line fluid stream is loaded with eye-catching color particles that can not be overlooked.
Die Einbindung von Farbmitteln als Beschichtung in der nach außen führenden Leitung eines galvanischen Elementes kann in einer Form vorgesehen werden, bei der die Leitung komplett oder nur teilweise an ihrer Innenwandung beschichtet ist.The incorporation of colorants as a coating in the lead-out line of a galvanic element can be provided in a form in which the line is completely or only partially coated on its inner wall.
Gleichermaßen ist es möglich, dass das Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln über die gesamte Länge der Leitung oder nur in einem Teilbereich der Leitung angeordnet ist.Similarly, it is possible that the means for releasing colorants over the entire length of the conduit or only in a partial region of the conduit is arranged.
Das hat den Vorteil, dass die farblich pigmentierten und/oder fluoreszierenden Partikel in einem vorbestimmten Bereich in der nach außen führenden Leitung eines galvanischen Elementes konzentriert werden und von dort aus ihre kennzeichnende Wirkung eines Defekts an der Austrittsöffnung der Leitung eines nicht funktionsgerecht arbeitenden galvanischen Elementes entfalten können.This has the advantage that the color-pigmented and / or fluorescent particles are concentrated in a predetermined range in the outwardly leading line of a galvanic element and unfold from there their characteristic effect of a defect at the outlet opening of the line of a non-functionally working galvanic element can.
Als eine alternative Ausbildung zur Freisetzung von Farbmitteln kann vorgesehen werden, dass eine Kartusche am Austritt der Leitung angeordnet ist.As an alternative formation for the release of colorants can be provided that a cartridge is arranged at the outlet of the line.
Sie enthält das Farbmittel und gibt dieses frei, wenn ein aus dem Batteriezelleninnern austretendes Fluid unter definierter Austrittsgeschwindigkeit und entsprechendem Druck durch sie hindurchströmt.It contains the colorant and releases it when a fluid emerging from the battery cell interior flows through it at a defined outlet velocity and pressure.
Zur Verstärkung des Eindrucks eines Defektes an einem galvanischen Element eines elektrischen Energiespeichers, wenn z. B. der Sichtkontakt zu diesem noch fehlt und zur anschließenden schnellen Ortung der tatsächlichen Ursache sind dem Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln Zusätze beigemischt, die bei Durchströmung der Einrichtung mit einem Fluid einen neben der Farbe des Farbmittels zusätzlich wahrnehmbaren Sinneseindruck bewirken, bevorzugt mittels einer Entwicklung von Rauch, Geruch, eines aufschäumenden oder eines intensiv aufleuchtenden Mittels.To reinforce the impression of a defect in a galvanic element of an electrical energy storage, if z. B. the visual contact to this is still missing and subsequent rapid location of the actual cause the agent for release of colorants admixtures are admixed, which cause when flowing through the device with a fluid in addition to the color of the colorant additionally perceivable sensory impression, preferably by means of a development of Smoke, smell, an effervescent or an intensely illuminating agent.
Dieses stellt eine günstige und zusätzliche Sicherung zum Auffinden eines defekten galvanischen Elementes dar.This represents a cheap and additional safeguard for finding a defective galvanic element.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an einem galvanischen Element kann eine Kombination optischer und akustischer Anzeigen vorgesehen werden, wobei das Mittel zur Aussendung von akustischen oder optischen Signalen in der nach außen führenden Leitung angeordnet ist und Schalt-, Signal- oder Registriermittel umfasst, die dafür ausgebildet sind, eine akustische Warnmeldung für ein mit ihr verbundenes galvanisches Element und/oder als Kontrollanzeige an einem Bediendisplay eines Elektrokraftfahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges auszulösen.In an advantageous development of the device for signaling and localization of an atypical operating state on a galvanic element, a combination of optical and acoustic displays can be provided, wherein the means for emitting acoustic or optical signals is arranged in the line leading to the outside and switching, signal - or registration means, which are adapted to trigger an audible warning message for a galvanic element connected to it and / or as a control indicator on an operating display of an electric motor vehicle or a hybrid vehicle.
Dadurch kann ein durch die aus dem Innern eines defekten galvanischen Elementes nach außen führende Leitung strömendes Fluid auch akustisch schnell geortet werden, wenn strömungsmechanisch beaufschlagbare und gleichzeitig ein Geräusch erzeugende Mittel, Druck und/oder erhöhte Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids registrierende Sensoren oder Schaltmittel, die Kontakte zur Auslösung eines akustischen Alarms schließen, eingesetzt werden.As a result, a fluid flowing through the conduit leading outwards from the inside of a defective galvanic element can also be located acoustically quickly, if sensors, or switching means, which can be fluidly actuated and at the same time generate noise, pressure and / or increased flow velocity of a fluid register the contacts Close triggering an audible alarm, are used.
Die zusätzliche Anzeige eines Defektes eines galvanischen Elementes an einem Bediendisplay eines Elektrokraftfahrzeuges oder eines Hybridfahrzeuges bietet sich außerdem an, wenn beispielsweise Fahrgeräusche die Bewertung einer optischen und/oder akustischen Warnmeldung nicht eindeutig zulassen.The additional display of a defect of a galvanic element on an operating display of an electric motor vehicle or a hybrid vehicle is also useful if, for example, driving noise does not clearly permit the evaluation of an optical and / or acoustic warning message.
Ein Mittel zur Aussendung von akustischen und/oder optischen Signalen kann so ausgebildet sein, dass
- – es eine Membran und einen Stift umfasst, der Stift und die Membran dazu eingerichtet sind, sich infolge des Durchströmens der Einrichtung mit einem Fluid derart zu bewegen, dass der Stift von außen sichtbar wird, oder
- – es einen Kolben umfasst, der dazu eingerichtet ist, sich infolge des Durchströmens der Einrichtung mit einem Fluid derart zu bewegen, dass eine an dem Kolben befestigte Kolbenstange von außen sichtbar wird,
- – es einen Propeller umfasst, der dazu geeignet ist, sich bei Durchströmen der Einrichtung mit einem Fluid zu drehen, oder
- – es eine Pfeife, ein Horn, eine Hupe oder eine Fanfare umfasst, die dazu eingerichtet sind, bei Durchströmen mit einem Fluid ein akustisches Signal zu erzeugen.
- It comprises a diaphragm and a pin, the pin and the diaphragm being adapted to move with a fluid as a result of the fluid flowing through the device in such a way that the pin becomes visible from the outside, or
- It comprises a piston adapted to move with a fluid as a result of flowing through the device such that a piston rod fixed to the piston becomes visible from outside,
- It comprises a propeller capable of rotating with a fluid as it flows through the device, or
- - It includes a whistle, a horn, a horn or a fanfare, which are adapted to generate an acoustic signal when flowing through a fluid.
Bevorzugt ist das galvanische Element eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. The galvanic element is preferably a lithium-ion battery cell.
Die Erfindung ist geeignet für eine Batteriezelle, umfassend eine Einrichtung zur Signalisierung und Lokalisierung eines atypischen Betriebszustandes an galvanischen Elementen.The invention is suitable for a battery cell, comprising a device for signaling and localization of an atypical operating state on galvanic elements.
Dabei ist die Batteriezelle derart ausgelegt, dass das Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln und/oder das Mittel zur Aussendung von akustischen oder optischen Signalen mit einem Batteriesteuergerät verbunden ist, welches dazu ausgebildet ist, eine Warnmeldung in Folge der Aktivierung des Mittels zur Freisetzung von Farbmitteln und/oder des Mittels zur Aussendung von akustischen und/oder optischen Signalen zu generieren.In this case, the battery cell is designed such that the means for releasing colorants and / or the means for emitting acoustic or optical signals is connected to a battery control unit, which is adapted to a warning message as a result of activating the means for releasing colorants and / or the means for emitting acoustic and / or optical signals to generate.
Eine wie zuvor beschriebene mindestens eine Batteriezelle befindet sich bevorzugt in einer Batterie eines Kraftfahrzeuges, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.An at least one battery cell as described above is preferably located in a battery of a motor vehicle, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
Zeichnungendrawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen eine Leitung
Eine Leitung
In der
In ähnlicher Weise enthält
Ein Depot
Zur Vermeidung eines Staudrucks in einer nach außen führenden Leitung
Auch kann das Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln
Auch ein Mittel zur Signalisierung
Nach
In
Mit
Eine optische Sichtung an einem elektrischen Energiespeicher, bestehend aus mindestens einer oder aus einer Vielzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen, kann zur Fehlersuche auch dergestalt vorgenommen werden, indem in einer Rohrerweiterung
Die
Dadurch, dass die Pfeife durch die Strömung des Fluids angeregt wird, ist keine separate Energieversorgung notwendig. Die Funktion wird somit sowohl bei einer Fehlfunktion der Elektronik als auch bei parkenden Fahrzeugen und auch ausgebauten Batterien sichergestellt. Die Pfeife als akustische Warnung kann ohne großen Aufwand auch in bestehende Batterien integriert werden. Dabei ist diese Lösung sehr kostengünstig, bauraumneutral und ausfallsicher.The fact that the whistle is excited by the flow of fluid, no separate power supply is necessary. The function is thus ensured in the event of a malfunction of the electronics as well as parked vehicles and even dismantled batteries. The whistle as an acoustic warning can be easily integrated into existing batteries. This solution is very cost-effective, space-neutral and fail-safe.
In den Entgasungsstrom z. B. an der Entgasungsöffnung der Batterie, wird eine Pfeife
Ebenfalls denkbar ist die Ausbildung eine "Zunge"
Diese Pfeifen können sowohl zellnah, z. B. an jeder Zelle, oder in die Entgasungsöffnung der Batterie integriert werden.These pipes can be close to the cell, z. B. at each cell, or be integrated into the vent of the battery.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen Mittel zur Freisetzung von Farbmitteln
Die Signale des Mittels zur Signalisierung
Die Verteilung des kennzeichnenden Farbmittels
Insbesondere durch Einsatz von Farbpigmenten wird die Tagsichtbarkeit sichergestellt. Durch fluoreszierende Partikel wird sichergestellt, dass bei schlechten Sichtverhältnissen wie z. B. Dämmerung, eine ausreichende Kontrastwirkung erzielt wird.In particular, the use of color pigments ensures daytime visibility. Fluorescent particles ensure that in poor visibility conditions such. B. twilight, a sufficient contrast effect is achieved.
Alternativ können dem Farbmittel
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- 2013-02-08 WO PCT/EP2013/052513 patent/WO2013143736A1/en active Application Filing
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