DE102021122983B4 - Vorrichtung mit Schutzanordnung - Google Patents

Vorrichtung mit Schutzanordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102021122983B4
DE102021122983B4 DE102021122983.9A DE102021122983A DE102021122983B4 DE 102021122983 B4 DE102021122983 B4 DE 102021122983B4 DE 102021122983 A DE102021122983 A DE 102021122983A DE 102021122983 B4 DE102021122983 B4 DE 102021122983B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
arrangement
fibers
optical
protective
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.)
Active
Application number
DE102021122983.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102021122983A1 (de
Inventor
Philipp Kellner
Teiwen Fehse
Christopher Volkmer
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.)
Dr Ing HCF Porsche AG
Original Assignee
Dr Ing HCF Porsche AG
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 Dr Ing HCF Porsche AG filed Critical Dr Ing HCF Porsche AG
Priority to DE102021122983.9A priority Critical patent/DE102021122983B4/de
Publication of DE102021122983A1 publication Critical patent/DE102021122983A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102021122983B4 publication Critical patent/DE102021122983B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2072Floor protection, e.g. from corrosion or scratching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries
    • B60L58/26Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries for controlling the temperature of batteries by cooling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554Rods or plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574Devices or arrangements for the interruption of current

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Eine Vorrichtung (20) hat eine Batterieanordnung (30) und eine Schutzanordnung (40), welche Schutzanordnung (40) eine erste Schicht (41), eine zweite Schicht (42) und eine zwischen der ersten Schicht (41) und der zweiten Schicht (42) angeordnete dritte Schicht (43) aufweist, welche erste Schicht (41) einen ersten Verbundwerkstoff aufweist, welche zweite Schicht (42) einen zweiten Verbundwerkstoff aufweist, welche dritte Schicht (43) ein Schichtvolumen aufweist, welches unter Druckeinwirkung verringerbar ist, und welche Schutzanordnung (40) optische Messfasern (61, 62, 63) für faseroptische Sensoren (50) aufweist, welche optischen Messfasern (61, 62, 63) dazu vorgesehen sind, eine Detektion einer Beschädigung der Schutzanordnung (40) zu ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer Schutzanordnung und einer Batterieanordnung und ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung.
  • Die EP 3 104 447 A1 zeigt eine Batterie mit einem faseroptischen Sensor.
  • Die US 2012 / 0 105 835 A1 , die CN 111 102 934 A und die DE 10 2011 002 841 A1 zeigen jeweils eine Batterie mit einem Sensor zur Erfassung von Beschädigungen.
  • Die DE 10 2019 207 435 A1 zeigt einen Unterfahrschutz für ein Fahrzeug, welcher Unterfahrschutz mindestens drei Lagen aufweist, wovon die Zwischenlage deformierbar ist.
  • Die DE 20 2020 005 525 U1 zeigt eine Batterieanordnung mit einer Schutzplatte und einer Schadensdetektionsvorrichtung.
  • Die US 2019 / 0 198 946 A1 zeigt ein Energiespeichermodul, bei dem das Gehäuse eine Wand und optische Sensoren mit einer Glasfaser aufweist.
  • Die US 4,936,649 A zeigt ein Schadenerkennungssystem mit optischen Fasern.
  • Die DE 10 2010 024 320 A1 zeigt eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Fahrzeugkarosserie.
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Vorrichtung und ein neues Fahrzeug bereit zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche.
  • Eine Vorrichtung weist eine Batterieanordnung und eine Schutzanordnung auf, welche Schutzanordnung eine erste Schicht, eine zweite Schicht und eine zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordnete dritte Schicht aufweist, welche erste Schicht einen ersten Verbundwerkstoff aufweist, welche zweite Schicht einen zweiten Verbundwerkstoff aufweist, welche dritte Schicht ein Schichtvolumen aufweist, welches unter Druckeinwirkung verringerbar ist, und welche Schutzanordnung optische Messfasern für faseroptische Sensoren aufweist, welche optischen Messfasern dazu vorgesehen sind, eine Detektion einer Beschädigung der Schutzanordnung zu ermöglichen. Die Verwendung eines ersten Verbundwerkstoffs für die erste Schicht und eines zweiten Verbundwerkstoffs für die zweite Schicht hat in Zusammenhang mit den optischen Messfasern eine vorteilhafte Kombination ergeben, die eine vergleichsweise genaue Vorhersage der Deformation oder Zerstörung der Schutzanordnung und damit auch eine gute Vorhersage einer möglichen Zerstörung der Batterieanordnung ermöglicht.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzanordnung plattenförmig ausgebildet. Eine plattenförmige Ausbildung erleichtert den Schutz der Batterieanordnung und ermöglicht eine gute Druckverteilung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen bei der Vorrichtung
    • - in der ersten Schicht,
    • - in der zweiten Schicht, oder
    • - in der ersten Schicht und in der zweiten Schicht
    mindestens zwei optische Messfasern zumindest abschnittsweise parallel in eine erste Richtung und mindestens zwei optische Messfasern zumindest abschnittsweise parallel in eine zweite Richtung, wobei die erste Richtung senkrecht zur zweiten Richtung ist. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine besonders gute örtliche Detektion von Schäden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Messfasern zumindest teilweise in oder an der dritten Schicht angeordnet. Die optischen Messfasern können hierzu als Bestandteil der dritten Schicht vorgesehen sein und im Inneren der dritten Schicht verlaufen, oder sie können an einer Oberfläche der dritten Schicht verlaufen. Das Vorsehen der Messfasern in oder an der dritten Schicht ist messtechnisch vorteilhaft, da sich temporäre Verformungen zumindest teilweise zurückbilden können, und diese Rückbildung kann ggf. mit Hilfe der optischen Fasern erkannt werden, sofern diese durch die Verformung nicht zerstört wurden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Schutzanordnung zumindest abschnittsweise von der Batterieanordnung beabstandet. Durch den Abstand ergibt sich eine besondere Korrelation zwischen einer Einwirkung auf die Schutzanordnung und einer hierdurch entstehenden Einwirkung auf die Batterieanordnung, welche vorteilhaft für die Auswertung ist. Insbesondere kann einfacher entschieden werden, ob bei einer leichten Beschädigung der Schutzanordnung die Gefahr einer Beschädigung der Batterieanordnung besteht oder nicht. Diese Zusammenhänge können in Simulationen oder in tatsächlichen Versuchen untersucht werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der Batterieanordnung und der Schutzanordnung zumindest bereichsweise mindestens eine Kühlanordnung angeordnet. Eine solche Kühlanordnung kann durch das Kühlmittel zu einem zusätzlichen Schutz vor einer mechanischen Verformung der Batterieanordnung dienen.
  • Bevorzugt ist die Kühlanordnung als Kühlplatte ausgebildet. Kühlplatten lassen sich gut an viele unterschiedliche Batterieanordnungen anlegen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Schutzanordnung zumindest bereichsweise direkt selbst oder über ein Distanzelement an der Batterieanordnung an. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Schutzanordnung eine starke Beschleunigung erfährt und mit hoher Relativgeschwindigkeit gegen die Batterieanordnung prallt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Batterieanordnung mindestens zwei Batteriemodulgehäuse. Dies erleichtert die Handhabung bei der Montage.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die dritte Schicht mindestens einen Stoff auf aus der Stoffgruppe bestehend aus:
    • - Schaumstoff,
    • - Gas,
    • - Gas-/Flüssigkeitsgemisch,
    • - thermoplastischer Schaum,
    • - elastomerer Schaum, und
    • - Hartschaum.
  • Alle diese Stoffe bzw. Stoffgruppen enthalten Gas, beispielsweise Luft oder reines Kohlenstoffdioxid, und sie sind damit kompressibel und führen zu einer Teilentkopplung zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht.
  • Die Schutzanordnung weist ein Trennelement auf, welches Trennelement dazu ausgebildet ist, bei einer vorgegebenen Deformation der Schutzanordnung mindestens eine der optischen Messfasern zu durchtrennen. Diese Trennelemente haben bevorzugt eine Spitze bzw. eine Schneide, welche bei einer Verformung zu einer Beschädigung der optischen Fasern führt. Die Beschädigung wird hierdurch eindeutiger, und es ist eine gute Vorhersage der Beschädigung der Schutzanordnung und auch der Batterieanordnung möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind
    • - der erste Verbundwerkstoff,
    • - der zweite Verbundwerkstoff, oder
    • - der erste Verbundwerkstoff und der zweite Verbundwerkstoff als Faserverbundwerkstoffe mit ersten Fasern ausgebildet. Der erste Verbundwerkstoff und der zweite Verbundwerkstoff können gleich sein, sie müssen es aber nicht sein. Die Fasern ermöglichen vorteilhaft eine gute Vorhersage der Beschädigung der Schutzanordnung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verlaufen die optischen Messfasern zumindest teilweise zumindest abschnittsweise parallel zu den ersten Fasern.
  • Dies ergibt eine gute Korrelation zwischen einer Zerstörung der Schutzanordnung und einer Detektion mit Hilfe der optischen Messfasern.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung optische Sensoren auf, welche optischen Sensoren mit den optischen Messfasern zusammenwirken, um eine mechanische Einwirkung auf die optischen Messfasern zu detektieren. Die optischen Sensoren erkennen beispielsweise die Intensität der elektromagnetischen Signale, oder sie werten das Spektrum aus. Das Licht bzw. die elektromagnetischen Wellen können dabei von den optischen Sensoren selbst oder von einer anderen Quelle kommen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Sensoren zumindest teilweise an mindestens einer Sensorposition angeordnet aus der Sensorpositionsgruppe bestehend aus:
    • - Ende einer der optischen Messfasern, und
    • - entlang einer der optischen Messfasern.
    An diesen Stellen sind gute Messungen möglich.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung auf, welche Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, Messsignale der optischen Sensoren zu empfangen und auszuwerten. Eine solche Auswerteeinrichtung ermöglicht eine gute Auswertung mit hoher Trefferwahrscheinlichkeit des Ergebnisses.
  • Ein Fahrzeug weist eine solche Vorrichtung auf. Durch die Vorrichtung wird eine gute Vorhersage ermöglicht, ob eine - ggf. kritische oder unkritische - Beschädigung vorliegt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den Messsignalen der optischen Sensoren eine Kategorisierung durchzuführen, welche Kategorisierung mindestens zwei Kategorien umfasst aus der Kategoriengruppe bestehend aus:
    • - keine Maßnahme erforderlich,
    • - Tausch der Schutzanordnung beim nächsten Service erforderlich,
    • - Aufsuchen einer Werkstatt erforderlich,
    • - Abstellen des Fahrzeugs erforderlich, und
    • - Fahrzeug abstellen und umgehend verlassen erforderlich.
    Diese Kategorien erhöhen stark die Sicherheit des Fahrzeugs und seiner Insassen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Kommunikationseinrichtung auf, und die Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, über die Kommunikationseinrichtung eine Ausgabe zu ermöglichen aus der Ausgabengruppe bestehend aus:
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an eine Ausgabevorrichtung im Fahrzeug,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Werkstatt,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Feuerwehr,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Polizeistelle, und
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an andere Verkehrsteilnehmer.
  • Diese Ausgaben können zu einer starken Erhöhung der Sicherheit für die Insassen und für die nähere Umgebung führen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug elektrische Leitungen zur Batterieanordnung und eine Schaltvorrichtung zur Unterbrechung der elektrischen Leitungen auf, und die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Betätigung der Schaltvorrichtung zu ermöglichen, um bei einer Beschädigung der Schutzanordnung eine Abtrennung der Batterieanordnung zu ermöglichen. Durch diese Maßnahme kann einerseits eine weitere Beschädigung der Batterie verringert oder verhindert werden, und zum anderen werden Verbraucher geschützt.
  • Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen sowie aus den Unteransprüchen. Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigt:
    • 1 in schematischem Querschnitt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit einer Batterieanordnung und einer Schutzanordnung,
    • 2 in schematischer Draufsicht ein Ausführungsbeispiel einer Schicht der Schutzanordnung,
    • 3 in einer raumbildlichen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung von 1,
    • 4 in einem schematischen Querschnitt ein Ausführungsbeispiel der Schutzanordnung von 1, und
    • 5 in schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit der Vorrichtung von 1.
  • Im Folgenden sind gleiche oder gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden üblicherweise nur einmal beschrieben. Die Beschreibung ist figurenübergreifend aufeinander aufbauend, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 20 mit einer Batterieanordnung 30 und einer Schutzanordnung 40.
  • Eine solche Vorrichtung 20 kann bevorzugt in einem Fahrzeug eingesetzt werden, wobei die Schutzanordnung 40 bspw. einen Unterbodenschutz bildet, der bei einem Unfall oder bei einer Beschädigung durch einen Poller die Batterieanordnung 30 schützt.
  • Die Schutzanordnung 40 hat eine erste Schicht 41, eine zweite Schicht 42 und eine zwischen der ersten Schicht 41 und der zweiten Schicht 42 angeordnete dritte Schicht 43. Neben der dritten Schicht 43 können weitere Zwischenschichten zwischen der ersten Schicht 41 und der zweiten Schicht 42 vorgesehen sein.
  • Beispielhaft sind optische Messfasern 61, 62, 63 für faseroptische Sensoren 50 dargestellt. Im Ausführungsbeispiel sind optische Messfasern 61 in der ersten Schicht 41, optische Messfasern 62 in der zweiten Schicht 42 und optische Messfasern 63 in der dritten Schicht 43 vorgesehen. Es können aber bspw. auch nur die optischen Messfasern 61, nur die optischen Messfasern 61 und 62 oder die optischen Messfasern 62 und 63 oder eine andere Kombination der optischen Messfasern 61, 62, 63 vorgesehen sein. Die faseroptischen Sensoren 50 sind beispielhaft über eine Signalleitung 52 mit einer Auswerteeinrichtung 90 verbunden, und die Auswerteeinrichtung 90 ist dazu eingerichtet, Messsignale SIG der optischen Sensoren 50 zu empfangen und auszuwerten.
  • Die Schutzanordnung 40 ist im Ausführungsbeispiel plattenförmig ausgebildet.
  • Die erste Schicht 41 weist einen ersten Verbundwerkstoff auf, und die zweite Schicht 42 weist einen zweiten Verbundwerkstoff auf. Verbundwerkstoffe werden auch als Kompositwerkstoffe bezeichnet, und sie weisen zwei oder mehr verbundene Materialien auf. Durch den Verbund hat der Verbundwerkstoff andere Werkstoffeigenschaften als seine einzelnen Komponenten. Nach der Geometrie des Verbunds unterscheidet man bspw.:
    • - Teilchenverbundwerkstoffe,
    • - Faserverbundwerkstoffe,
    • - Schichtverbundwerkstoffe,
    • - Durchdringungsverbundwerkstoffe, und
    • - Strukturverbundwerkstoffe.
  • Bevorzugt werden für die erste Schicht 41 und für die zweite Schicht 42 Faserverbundwerkstoffe verwendet, da Versuche gezeigt haben, dass bei Faserverbundwerkstoffen eine gute Zuordnung zwischen der Beschädigung der Schutzanordnung 40 zu einer Beschädigung der Batterieanordnung 30 möglich ist.
  • Bei der Verwendung von Faserverbundwerkstoffen für die erste Schicht 41 und/oder die zweite Schicht 42 verlaufen die Messfasern 61, 62 bevorzugt zumindest teilweise zumindest abschnittsweise parallel zu den Fasern des Faserverbundwerkstoffs. Diese Anordnung ergibt eine gute Korrelation zwischen einer Zerstörung des Faserverbundwerkstoffs und einer Beeinflussung bzw. Zerstörung der optischen Messfasern 61, 62.
  • Die Schutzanordnung 40 ist bevorzugt zumindest abschnittsweise von der Batterieanordnung 30 beabstandet, und im Ausführungsbeispiel ist die Schutzanordnung 40 vollständig von der Batterieanordnung 30 beabstandet. Der Abstand ermöglicht eine bessere Unterscheidung, ob eine leichte Beschädigung der Schutzanordnung 40 ohne Beschädigung der Batterieanordnung 30 vorliegt, oder ob eine deutliche Beschädigung der Schutzanordnung 40 und damit mit großer Wahrscheinlichkeit auch eine Beschädigung der Batterieanordnung 30 vorliegt.
  • Die dritte Schicht 43 weist ein Schichtvolumen auf, welches unter Druckeinwirkung verringerbar ist, sie ist also kompressibel. Diese Eigenschaft kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die dritte Schicht ein Gas aufweist. Die dritte Schicht 43 kann bspw. aus einem Schaumstoff ausgebildet werden, sie kann als thermoplastischer Schaum, elastomerer Schaum oder Hartschaum ausgebildet sein.
  • Die erste Schicht 41 und die zweite Schicht 42 sind bevorzugt weitgehend inkompressibel, bei einer Erhöhung des Drucks ändert sich also das Volumen kaum, und es kommt ggf. zu einer Verformung.
  • Indem die Auswerteeinrichtung 90 die Signale in den Messfasern auswertet, kann sie anhand des Messergebnisses charakterisieren, an welcher Stelle und wie stark der Schaden an der Schutzanordnung 40 ist.
  • Die optischen Sensoren 50 können bevorzugt nach mindestens einem Wirkprinzip arbeiten aus der Gruppe bestehend aus:
    • - Analyse der durch die optischen Messfasern 61, 62, 63 geleiteten elektromagnetischen Wellen,
    • - Spektralanalyse der durch die optischen Messfasern 61, 62, 63 geleiteten elektromagnetischen Wellen, bspw. nach der Methode eines Faser-Bragg-Gitters,
    • - Interferenzanalyse der durch die optischen Messfasern 61, 62, 63 geleiteten elektromagnetischen Wellen.
  • Im Betrieb schützt die Schutzanordnung 40 die Batterieanordnung 30.
  • 2 zeigt die zweite Schicht 42 aus der Vorrichtung 20. Ein Teil der optischen Messfasern 62 verläuft zumindest abschnittsweise in eine Richtung 65, und ein Teil der optischen Messfasern 62 verläuft bevorzugt in eine Richtung 66, welche Richtung 66 senkrecht zur Richtung 65 ist. Hierdurch entsteht ein Gitter aus optischen Messfasern 62, und dieses optische Gitter ermöglicht eine gute Lokalisierung von Beschädigungen oder Zerstörungen der Schutzanordnung 40. Es sind mehrere optische Sensoren 50 schematisch dargestellt, wobei sich bevorzugt die optischen Sensoren 50 zumindest teilweise am Ende einer der optischen Messfasern befinden oder aber entlang einer der optischen Messfasern 62 positioniert sind, um elektromagnetische Wellen zu detektieren. Die elektromagnetischen Wellen können auch durch die optischen Sensoren 50 erzeugt werden.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 20, bei der die Batterieanordnung 30 zwei Batteriemodulgehäuse 81, 82 aufweist. Hierbei können die Batteriemodulgehäuse 81, 82 bevorzugt direkt in die Karosserie eines Fahrzeugs verschraubt werden. Die Batteriezellen der Batterieanordnung 30 sowie die Elektronik sind nicht dargestellt.
  • Im Ausführungsbeispiel sind zwischen der Schutzanordnung 40 und der Batterieanordnung 30 zumindest bereichsweise Kühlanordnungen 70 angeordnet. Die Kühlanordnungen 70 sind bevorzugt als Kühlplatten ausgebildet. Die Schutzanordnung 40 ist bevorzugt über Distanzelemente 48 abschnittsweise in Kontakt mit der Batterieanordnung 30. Hierbei sind die im Ausführungsbeispiel durch die Distanzelemente 48 definierten Kontaktstellen bevorzugt an Positionen, an denen eine vertikale Struktur 83 der Batterieanordnung 30 vorgesehen ist. Im Ausführungsbeispiel ist die vertikale Struktur 83 in Form von Seitenwänden der Batterieanordnung 30 ausgebildet. Dies ermöglicht eine gute Krafteinleitung bei einer Verformung der Schutzanordnung 40.
  • Alternativ zu den Distanzelementen 48 kann die Schutzanordnung 40 Vorsprünge aufweisen, welche in direktem Kontakt mit der Batterieanordnung 30 sind bzw. an diese anliegen.
  • Schematisch ist ein Poller 95 eingezeichnet, welcher von unten gegen die Schutzanordnung 40 eine Kraft ausüben kann und ggf. zu einer Zerstörung der Schutzanordnung 40 und/oder der Batterieanordnung 30 führen kann.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch die Schutzanordnung 40. Die Schutzanordnung 40 weist Trennelemente 45 auf, welche dazu ausgebildet sind, bei einer vorgegebenen Deformation der Schutzanordnung 40 mindestens eine der optischen Messfasern 61, 62, 63 zu durchtrennen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die Trennelemente 45 Spitzen oder Schneiden, welche bei einer Verformung der zweiten Schicht 42 nach oben in Kontakt mit den optischen Messfasern 63 gelangen und diese beschädigen oder durchtrennen. Durch die vorgegebene Form der Trennvorrichtungen 45 kann eine bessere Zuordnung der Messsignale SIG zur Größe der Zerstörung bzw. Verformung der Schutzanordnung 40 erfolgen.
  • 5 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 10 mit einer Vorrichtung 20, einer Kommunikationseinrichtung 12, einer Ausgabevorrichtung 14 im Fahrzeug, elektrischen Leitungen 16, welche mit der Batterieanordnung 30 verbunden sind, und im Ausführungsbeispiel einen Elektromotor 19 des Fahrzeugs 10 mit der Batterieanordnung 30 elektrisch verbinden, und eine Schaltvorrichtung 18. Die Schaltvorrichtung 18 ist dazu ausgebildet, eine Unterbrechung der elektrischen Leitungen 16 für einen Hauptstrom der Batterieanordnung 30 zu ermöglichen. Die Auswerteeinrichtung 90 ist dazu ausgebildet, eine Betätigung der Schaltvorrichtung 18 zu ermöglichen, um bei einer Beschädigung der Schutzanordnung 40 eine Abtrennung der Batterieanordnung 30 zu ermöglichen.
  • Die Schaltvorrichtung 18 ist bspw. in Form von Schützen oder von elektronischen Schaltern ausgebildet.
  • Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung 90 dazu eingerichtet, in Abhängigkeit von den Messsignalen SIG der optischen Sensoren 50 eine Kategorisierung durchzuführen, welche Kategorisierung mindestens zwei Kategorien umfasst aus der Kategoriengruppe bestehend aus:
    • - keine Maßnahme erforderlich, insbesondere, wenn alles in Ordnung ist,
    • - Tausch der Schutzanordnung 40 beim nächsten Service erforderlich, z.B. bei einem kleinen Schaden an der Schutzanordnung von 5 % oder 10 %,
    • - Aufsuchen einer Werkstatt erforderlich, z.B. bei einer leichten Beschädigung der Schutzanordnung 40 von 10% oder 15 % und/oder der Vermutung der Beschädigung der Batterieanordnung 30,
    • - Abstellen des Fahrzeugs 10 erforderlich, z.B. bei einer stärkeren Beschädigung der Schutzanordnung 40 von mindestens 20 % oder 30 % und
    • - Fahrzeug 10 abstellen und umgehend verlassen erforderlich, z.B. bei einer starken Beschädigung der Schutzanordnung von mindestens 35 % der Fläche und einer vermuteten kritischen Beschädigung der Batterieanordnung 30. Bevorzugt umfasst die Kategorisierung mindestens drei, vier oder fünf Kategorien aus der Kategoriengruppe.
  • Bevorzugt ist die Auswerteeinrichtung 90 dazu eingerichtet, über die Kommunikationseinrichtung 12 eine Ausgabe zu ermöglichen aus der Ausgabengruppe bestehend aus:
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung 90 an eine Ausgabevorrichtung 14 im Fahrzeug, beispielsweise an ein Display oder eine Spracherzeugungsvorrichtung,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Werkstatt, der beispielsweise vom Fahrzeughersteller oder einem Dienstleister bereitgestellt wird,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Feuerwehr,
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an einen Server einer Polizeistelle, und
    • - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung an andere Verkehrsteilnehmer.
    Die Kommunikationseinrichtung 12 ermöglicht bevorzugt eine drahtlose Datenübertragung. Beispiele für eine drahtlose Datenübertragung sind der Bluetooth-Industriestandard, Mobilfunk, WLAN (Wireless Local Area Network) nach der Wi-Fi-Spezifizierung oder eine andere Funkübertragung in einem hierfür vorgesehenen Frequenzbereich
  • Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims (17)

  1. Vorrichtung (20), welche eine Batterieanordnung (30) und eine Schutzanordnung (40) aufweist, und bei welcher die Schutzanordnung (40) eine erste Schicht (41), eine zweite Schicht (42) und eine zwischen der ersten Schicht (41) und der zweiten Schicht (42) angeordnete dritte Schicht (43) aufweist, die erste Schicht (41) einen ersten Verbundwerkstoff aufweist, die zweite Schicht (42) einen zweiten Verbundwerkstoff aufweist, die dritte Schicht (43) ein Schichtvolumen aufweist, welches unter Druckeinwirkung verringerbar ist, die Schutzanordnung (40) optische Messfasern (61, 62, 63) für faseroptische Sensoren (50) aufweist, die optischen Messfasern (61, 62, 63) dazu vorgesehen sind, eine Detektion einer Beschädigung der Schutzanordnung (40) zu ermöglichen, und die Schutzanordnung (40) ein Trennelement (45) aufweist, wobei das Trennelement (45) dazu ausgebildet ist, bei einer vorgegebenen Deformation der Schutzanordnung (40) mindestens eine der optischen Messfasern (61, 62, 63) zu durchtrennen.
  2. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, bei welcher die Schutzanordnung (40) plattenförmig ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher - in der ersten Schicht (41), - in der zweiten Schicht (42), oder - in der ersten Schicht (41) und in der zweiten Schicht (42) mindestens zwei optische Messfasern (61, 62, 63) zumindest abschnittsweise parallel in eine erste Richtung (65) verlaufen und mindestens zwei optische Messfasern zumindest abschnittsweise parallel in eine zweite Richtung (66) verlaufen, wobei die erste Richtung (65) senkrecht zur zweiten Richtung (66) ist.
  4. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die optischen Messfasern (61, 62, 63) zumindest teilweise in oder an der dritten Schicht (43) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schutzanordnung (40) zumindest abschnittsweise von der Batterieanordnung (30) beabstandet ist, und bei welcher bevorzugt zwischen der Batterieanordnung (30) und der Schutzanordnung (40) zumindest bereichsweise mindestens eine Kühlanordnung (70) angeordnet ist, wobei die Kühlanordnung (70) bevorzugt als Kühlplatte ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schutzanordnung (40) zumindest bereichsweise direkt selbst oder über ein Distanzelement (48) an der Batterieanordnung (30) anliegt.
  7. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Batterieanordnung (30) mindestens zwei Batteriemodulgehäuse (81, 82) umfasst.
  8. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die dritte Schicht (43) mindestens einen Stoff aufweist aus der Stoffgruppe bestehend aus: - Schaumstoff, - Gas, - Gas-/Flüssigkeitsgemisch, - thermoplastischer Schaum, - elastomerer Schaum, und - Hartschaum.
  9. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher - der erste Verbundwerkstoff, - der zweite Verbundwerkstoff, oder - der erste Verbundwerkstoff und der zweite Verbundwerkstoff als Faserverbundwerkstoffe mit ersten Fasern ausgebildet sind.
  10. Vorrichtung (20) nach Anspruch 9, bei welchen die optischen Messfasern (61, 62, 63) zumindest teilweise zumindest abschnittsweise parallel zu den ersten Fasern verlaufen.
  11. Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche optische Sensoren (50) aufweist, und bei welcher die optischen Sensoren (50) mit den optischen Messfasern (61, 62, 63) zusammenwirken, um eine mechanische Einwirkung auf die optischen Messfasern (61, 62, 63) zu detektieren.
  12. Vorrichtung (20) nach Anspruch 11, bei welcher die optischen Sensoren (50) zumindest teilweise an mindestens einer Sensorposition angeordnet sind aus der Sensorpositionsgruppe bestehend aus: - Ende einer der optischen Messfasern (61, 62, 63), und - entlang einer der optischen Messfasern (61, 62, 63).
  13. Vorrichtung (20) nach Anspruch 11 oder 12, welche eine Auswerteeinrichtung (90) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, Messsignale (SIG) der optischen Sensoren (50) zu empfangen und auszuwerten.
  14. Fahrzeug (10), welches eine Vorrichtung (20) nach Anspruch 13 aufweist.
  15. Fahrzeug (10) nach Anspruch 14, bei welchem die Auswerteeinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den Messsignalen (SIG) der optischen Sensoren (50) eine Kategorisierung durchzuführen, wobei die Kategorisierung mindestens zwei Kategorien umfasst aus der Kategoriengruppe bestehend aus: - keine Maßnahme erforderlich, - Tausch der Schutzanordnung (40) beim nächsten Service erforderlich, - Aufsuchen einer Werkstatt erforderlich, - Abstellen des Fahrzeugs (10) erforderlich, und - Fahrzeug (10) abstellen und umgehend verlassen erforderlich.
  16. Fahrzeug (10) nach Anspruch 14 oder 15, welches eine Kommunikationseinrichtung (12) aufweist, und bei welchem die Auswerteeinrichtung (90) dazu eingerichtet ist, über die Kommunikationseinrichtung (12) eine Ausgabe zu ermöglichen aus der Ausgabengruppe bestehend aus: - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung (90) an eine Ausgabevorrichtung (14) im Fahrzeug (10), - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung (90) an einen Server einer Werkstatt, - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung (90) an einen Server einer Feuerwehr, - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung (90) an einen Server einer Polizeistelle, und - Ausgabe einer Information der Auswerteeinrichtung (90) an andere Verkehrsteilnehmer.
  17. Fahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, welches elektrische Leitungen (16) zur Batterieanordnung (30) und eine Schaltvorrichtung (18) zur Unterbrechung der elektrischen Leitungen (16) aufweist, und bei welchem die Auswerteeinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, eine Betätigung der Schaltvorrichtung (18) zu ermöglichen, um bei einer Beschädigung der Schutzanordnung (40) eine Abtrennung der Batterieanordnung (30) zu ermöglichen.
DE102021122983.9A 2021-09-06 2021-09-06 Vorrichtung mit Schutzanordnung Active DE102021122983B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021122983.9A DE102021122983B4 (de) 2021-09-06 2021-09-06 Vorrichtung mit Schutzanordnung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021122983.9A DE102021122983B4 (de) 2021-09-06 2021-09-06 Vorrichtung mit Schutzanordnung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021122983A1 DE102021122983A1 (de) 2023-03-09
DE102021122983B4 true DE102021122983B4 (de) 2023-04-27

Family

ID=85226568

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021122983.9A Active DE102021122983B4 (de) 2021-09-06 2021-09-06 Vorrichtung mit Schutzanordnung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102021122983B4 (de)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936649A (en) 1989-01-25 1990-06-26 Lymer John D Damage evaluation system and method using optical fibers
DE102010024320A1 (de) 2010-06-18 2011-12-22 Audi Ag Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Fahrzeugkarosserie
US20120105835A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Empire Technology Development Llc Energy storage apparatus
DE102011002841A1 (de) 2011-01-18 2012-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zur Bestimmung dessen Temperatur
EP3104447A1 (de) 2015-06-09 2016-12-14 Volvo Car Corporation Schadenserkennung und warnsystem eines batteriepacks
CN111102934A (zh) 2019-12-25 2020-05-05 上海豫源电力科技有限公司 一种监测电芯膨胀及形变的方法
DE102019207435A1 (de) 2019-05-21 2020-11-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Unterfahrschutz
DE202020005525U1 (de) 2020-07-22 2021-07-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Anordnung einer Batterie und Elektrofahrzeug

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4936649A (en) 1989-01-25 1990-06-26 Lymer John D Damage evaluation system and method using optical fibers
DE102010024320A1 (de) 2010-06-18 2011-12-22 Audi Ag Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Fahrzeugkarosserie
US20120105835A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Empire Technology Development Llc Energy storage apparatus
DE102011002841A1 (de) 2011-01-18 2012-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektrochemischer Energiespeicher und Verfahren zur Bestimmung dessen Temperatur
EP3104447A1 (de) 2015-06-09 2016-12-14 Volvo Car Corporation Schadenserkennung und warnsystem eines batteriepacks
US20190198946A1 (en) 2015-06-09 2019-06-27 Volvo Car Corporation Damage detection and warning system of a battery pack
DE102019207435A1 (de) 2019-05-21 2020-11-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Unterfahrschutz
CN111102934A (zh) 2019-12-25 2020-05-05 上海豫源电力科技有限公司 一种监测电芯膨胀及形变的方法
DE202020005525U1 (de) 2020-07-22 2021-07-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Anordnung einer Batterie und Elektrofahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Wikipedia: Verbundwerkstoff. 05.09.2021, https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundwerkstoff [online].

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021122983A1 (de) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018129158B4 (de) Sicherheitsvorrichtung für eine Batterie
EP3392070A1 (de) Batteriepack und elektrofahrzeug
DE102016117441A1 (de) Traktionsbatterie und Fahrzeug mit einer solchen
DE10350974A1 (de) Vorrichtung zur Feststellung von Belastungen an Faserverbund-Bauteilen
DE102008043909A1 (de) Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einer elektrischen Einrichtung
DE102006040630A1 (de) Abdeckvorrichtung und -verfahren für einen elektrischen Steckverbinder
DE102014017990A1 (de) Hochvoltkomponente für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug
DE102021122983B4 (de) Vorrichtung mit Schutzanordnung
DE102018200541A1 (de) Überwachung eines elektrischen Energiespeichers
DE102021122956B4 (de) Vorrichtung mit Schutzanordnung
DE102017218751B4 (de) Verfahren und Bewertungssystem zum Bewerten einer weiteren Nutzbarkeit eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs nach einem kritischen Ereignis
DE102018221331A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren einer potentiellen mechanischen Beschädigung eines Fahrzeugbauteils eines Kraftfahrzeugs
EP4168776A1 (de) Verfahren zur zerstörungsfreien prüfung einer ständerwicklungsisolierung
DE102005012689B3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bandes
DE69923807T2 (de) Vorrichtung zur Messung einer mit der Rotation eines Organs zusammenhängenden physikalischen Grösse
DE102012112080B3 (de) Solargenerator
DE102012221629B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Aufprallgröße für ein Fahrzeug
DE102007003503A1 (de) Sicherungseinrichtung für Brennstoffzellen
DE102022131910A1 (de) Energiespeichergehäuse für einen elektrischen Energiespeicher sowie Verfahren
DE102022133635A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von mechanischen Einwirkungen auf mindestens eine Batterie eines Fahrzeuges
EP2863172B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Messung der Schichtdicke eines Kunststoffschaums
DE102021003965A1 (de) Detektionseinrichtung zum Detektieren einer mechanischen Belastung eines Gehäuses eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
DE102020133935A1 (de) Batteriegehäuse zum Aufnehmen einer Hochvoltbatterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, Kraftfahrzeug, Verfahren zum Überprüfen einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Hochvoltbatterie
DE102022205862A1 (de) Verfahren zum Bestimmen eines Wackelkontaktes zwischen einer Sensoreinrichtung und einer elektronischen Recheneinrichtung sowie elektronische Recheneinrichtung
DE102019131458A1 (de) System zum Erkennen einer Näherung eines Objekts

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final