DE202017103777U1 - Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle - Google Patents

Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle Download PDF

Info

Publication number
DE202017103777U1
DE202017103777U1 DE202017103777.0U DE202017103777U DE202017103777U1 DE 202017103777 U1 DE202017103777 U1 DE 202017103777U1 DE 202017103777 U DE202017103777 U DE 202017103777U DE 202017103777 U1 DE202017103777 U1 DE 202017103777U1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
thermistor
battery
warning device
voltage
battery cells
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.)
Expired - Lifetime
Application number
DE202017103777.0U
Other languages
English (en)
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.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
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 Beihang University filed Critical Beihang University
Publication of DE202017103777U1 publication Critical patent/DE202017103777U1/de
Expired - Lifetime legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/24—Methods 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/54—Drive Train control parameters related to batteries
    • B60L2240/545—Temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, die zur Überwachung der einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfalle dient und ggf. eine Warnung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Thermistoren, zwei Thermistor-Probenahmeleitungen, eine Gleichspannungsquelle und eine Datenerfassungskarte umfasst, wobei die Thermistoren direkt oder indirekt an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen angeordnet und hintereinander in Reihe geschaltet sind, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an der Gleichspannungsquelle angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über die erste Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden ist, wobei die Datenerfassungskarte nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke ein über die erste Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes erstes Spannungssignal und ein über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes zweites Spannungssignal erfasst, eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal ermittelt, die Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert vergleicht und bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz ein Warnsignal ausgibt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere auf eine schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle.
  • Technischer Hintergrund
  • Die Lithium-Ionen-Batterien finden dank ihrer hohen spezifischen Energie und ihres langen Lebenszyklus weit verbreitete Anwendung bei tragbaren Verbraucherelektronikprodukten. In den letzten Jahren werden Lithium-Ionen-Batterien zunehmend im Bereich der Elektrokraftfahrzeuge eingesetzt, um die erhöhten Anforderungen an Energieeinsparung und Emissionsminderung zu erfüllen. Im Stand der Technik liegt zwar eine erhebliche Erhöhung der Zuverlässigkeit von einzelnen Lithium-Ionen-Batterien vor, deren. Ausfallwahrscheinlichkeit in der Größenordnung von 1 × 10–6 liegt. Für den Einsatz in einem Elektrokraftfahrzeug müssen die Lithium-Ionen-Batterien jedoch oft in Reihe und parallel zueinander geschaltet werden, um eine großzügige Modularisierung zu ermöglichen, d. h. um Batteriemodule zu erzeugen, wobei die so entstandenen Batteriemodule einander beeinflussen, was leicht zu Batterieausfällen und somit zu batteriebezogenen Unfällen führt. Hinzu kommen die in der Regel komplizierten Betriebsbedingungen eines Elektrokraftfahrzeuges und die niedrige Zuverlässigkeit des jetzigen Batteriemanagements im Bereich der Elektrokraftfahrzeuge, was insgesamt einen umfassenden Schutz vor verschiedenen Batterieausfällen ausschließt. Der Ausfall einer Lithium-Ionen-Batterie kann zu verheerenden Unfällen führen und stellt bisher eine Ursache für das häufige Unfallgeschehen bei Elektrokraftfahrzeugen dar, wodurch die Verwendung und Verbreitung – von Elektrokraftfahrzeugen stark verhindert werden.
  • Der Ausfall einer Lithium-Ionen-Batterie ist im Wesentlichen auf die Alterung oder auf das thermische Durchgehen der Batterie zurückzuführen. Unter einem alterungsbedingten Ausfall versteht man, dass die Batteriekapazität einer Batterie nach deren Inbetriebnahme kontinuierlich abnimmt und der Innenwiderstand zunimmt, was zur Reduzierung der Batterieleistung und damit zum Ausfall der Batterie führt. Ein alterungsbedingter Ausfall ist in der Regel voraussehbar, d. h. er lässt sich unter anderem durch die Ladung und Entladung der jeweiligen Batterie und die zurückgelegte Kilometerzahl des jeweiligen Fahrzeuges charakterisieren. Das thermische Durchgehen einer Batterie bezeichnet eine durch Verschmelzen des Separators beim Überschreiten eines kritischen Temperaturwerts hervorgerufene starke chemische Reaktion innerhalb der Batterie, die zur schnellen Wärmefreisetzung oder sogar zu Explosionen führen kann. Ein durch thermisches Durchgehen bedingter Ausfall kann schwere Unfälle verursachen und soll daher zur Prognose und Vorbeugung von Batterieausfällen besonders beachtet werden. Mit dem gegenwärtigen Stand der Technik lässt sich das thermische Durchgehen noch nicht völlig vermeiden, so dass entsprechende Schutzmaßnahmen gegen thermisches Durchgehen vor allem auf die Erhöhung der thermischen Stabilität einer Batteriezelle abzielen. Dazu ist zwischen den Batteriezellen ein flammhemmender und wärmeisolierender Werkstoff oder zwischen den Batteriemodulen ein Flammenhemmstoff angeordnet, um das thermische Durchgehen einer Batteriezelle oder ein thermisches Durchgehen des ganzen Antriebsbatteriepacks, hervorgerufen durch das thermische Durchgehen einiger Batteriezellen, zu verhindern. Neben diesem unentbehrlichen passiven Schutz ist allerdings für das Batteriemanagement üblicherweise zusätzlich eine rechtzeitige Prognose über das thermische Durchgehen von Batterien notwendig. In den bestehenden Batteriemanagement-Systemen ist meistens eine temperaturabhängige Prognose über das thermische Durchgehen von Batterien vorgesehen. In einem Antriebsbatteriepack-System sind normalerweise Tausende von Batteriezellen enthalten, für deren separate Temperaturüberwachung Tausende von Temperatursensoren nötig sind, was zu hohem Montageaufwand und hohen Kosten führen würde. Mit anderen Worten ist es mit dem bisherigen Stand der Technik kaum möglich, die Temperatur jeder Antriebsbatteriezelle zu überwachen. Das heißt, eine Überwachung aller Batteriezellen auf thermisches Durchgehen ist bisher unmöglich. Darüber hinaus kann kurz vor dem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle zwischen der Oberflächentemperatur und der Innentemperatur der Batteriezelle ein relativ großer Unterschied bestehen, was bei dem bekannten Messverfahren mittels Temperatursensoren mit einer geringen Empfindlichkeit zu einer stark verzögerten Ermittlung und Prognose und somit sehr leicht zu großen Sach- und Personenschäden führen kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von dem bekannten Thermomanagement für Antriebsbatteriepack-Systeme gemäß dem Stand der Technik, bei dem eine Überwachung aller Batteriezellen auf thermisches Durchgehen unmöglich ist und die Vermessung mittels Temperatursensoren eine geringe Empfindlichkeit zeigt, was zu einer stark verzögerten Ermittlung und Prognose führt, ist es Aufgabe der Erfindung, eine schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle anzubieten, bei der an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen jeweils ein Thermistor angeordnet ist, welche Thermistoren hintereinander in Reihe geschaltet sind, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, deren Messstellen-Potentialdifferenz unter Verwendung einer Datenerfassungskarte mit einem Spannungsschwellenwert verglichen und anhand des Vergleichsergebnisses entschieden wird, ob ein Warnsignal ausgegeben werden soll. Eine derartige Überwachungs- und Warnvorrichtung zeichnet sich durch einfachen Aufbau, geringe Kosten, hohe Empfindlichkeit und gute Anwendbarkeit aus und ermöglicht eine Echtzeit-Überwachung der Oberflächentemperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack, womit eine Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gelöst, die zur Überwachung der einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle dient und ggf. eine Warnung abgibt. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Thermistoren, zwei Thermistor-Probenahmeleitungen, eine Gleichspannungsquelle und eine Datenerfassungskarte umfasst. Hierbei sind die Thermistoren direkt oder indirekt an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten` Batteriezellen angeordnet und hintereinander in Reihe geschaltet, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an der Gleichspannungsquelle angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über die erste Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden ist. Dabei erfasst die Datenerfassungskarte nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke ein über die erste Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes erstes Spannungssignal und ein über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes zweites Spannungssignal, ermittelt eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal, vergleicht die Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert und gibt bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz ein Warnsignal aus.
  • In den vier Brückenzweigen der Wheatstone-Brücke ist jeweils eine gleiche Anzahl von hintereinander in Reihe geschalteten Thermistoren angeordnet.
  • Bei einer indirekten Anordnung der Thermistoren an den Batteriezellen umfasst die Überwachungs- und Warnvorrichtung ferner einen Wärmeleitstreifen, der an einem aus mehr als zwei Batteriezellen bestehenden Batteriemodul angeordnet ist und dafür sorgt, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich der Thermistor an dem Wärmeleitstreifen befindet.
  • Bei dem Wärmeleitstreifen handelt es sich um einen Kupferstreifen, in dessen Mitte der Thermistor angeordnet ist.
  • Der Spannungsschwellenwert beträgt –0,5 V bis +0,5 V.
  • Der Thermistor ist als Kaltleiter ausgebildet.
  • Es ist vorgesehen, dass die Gleichspannungsquelle einen Spannungswert von 5 V hat, und/oder dass die Überwachungs- und Warnvorrichtung zusätzlich einen Temperatursensor und eine Temperatur-Probenahmeleitung umfasst, wobei der Temperatursensor an einer der Batteriezellen angeordnet und über die Temperatur-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden ist, und/oder dass die Überwachungs- und Warnvorrichtung weiterhin eine Spannungs-Probenahmeleitung umfasst, die sich zwischen zwei benachbarten Batteriezellen befindet und mit der Datenerfassungskarte verbunden ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch ein schnelles Überwachungs- und Warnverfahren für Antriebsbatterieausfälle gelöst, mit dem die einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle überwacht werden und ggf. eine Warnung abgegeben wird. Dieses Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: direktes oder indirektes Anordnen von Thermistoren an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen und Herstellen einer Reihenschaltung der Thermistoren, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über eine erste Thermistor-Probenabmeleitung mit einer Datenerfassungskarte verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über eine zweite Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden wird; anschließendes Erfassen eines über die erste Thermistor-Probenahmeleitung übertragenen ersten Spannungssignals und eines über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung übertragenen zweiten Spannungssignals mittels der Datenerfassungskarte nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke, Ermitteln einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal, Vergleichen der Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert und Ausgeben eines Warnsignals bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz.
  • Es ist vorgesehen, dass in den vier Brückenzweigen der so entstandenen Wheatstone-Brücke jeweils eine gleiche Anzahl von hintereinander in Reihe geschalteten Thermistoren angeordnet wird, und/oder dass das indirekte Anordnen von Thermistoren an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen dadurch erfolgt, dass an einem aus mehr als zwei Batteriezellen bestehenden Batteriemodul ein Wärmeleitstreifen angeordnet wird, der dafür sorgt, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei der Thermistor an dem Wärmeleitstreifen angeordnet wird.
  • Es ist vorgesehen, dass an einer der Batteriezellen ein Temperatursensor angeordnet wird, der über eine Temperatur-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden wird, und/oder dass zwischen zwei benachbarten Batteriezellen eine Spannungs-Probenahmeleitung angeordnet wird, die mit der Datenerfassungskarte verbunden wird.
  • Die Erfindung bietet folgende Vorteile:
    Bei der erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, die zur Überwachung der einzelnen Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle dient und ggf. eine Warnung abgibt, ist an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen jeweils ein Thermistor angeordnet, welche Thermistoren hintereinander in Reihe geschaltet sind, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, deren Messstellen-Potentialdifferenz, und zwar die Potentialdifferenz zwischen dem zweiten Eckpunkt und dem vierten Eckpunkt der Wheatstone-Brücke, unter Verwendung einer Datenerfassungskarte mit einem Spannungsschwellenwert verglichen und anhand des Vergleichsergebnisses entschieden wird, ob ein Warnsignal ausgegeben werden soll. Eine derartige Überwachungs- und Warnvorrichtung zeichnet sich durch einfachen und raffinierten Aufbau, einfache Verdrahtung, geringe Kosten, hohe Empfindlichkeit aufgrund der Verwendung von Thermistoren und gute Anwendbarkeit aus, erlaubt die Erkennung einer Änderung der Oberflächentemperatur einer Batteriezelle an der Messstellen-Potentialdifferenz einer Wheatstone-Brücke und ermöglicht eine Vorwarnung vor thermischem Durchgehen, die alle Batteriezellen in dem Antriebsbatteriepack betrifft. Auf diese Weise wird das Problem des Stands der Technik, dass bei dem derzeit bekannten Thermomanagement nicht alle Batteriezellen in Bezug auf Temperatur überwacht werden können und daher eine rechtzeitige Vorwarnung vor thermischem Durchgehen unmöglich ist, behoben, und eine Echtzeit-Überwachung der Oberflächentemperatur der in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack mit entsprechender Ausfallprognose realisiert, wodurch die Erfassungsgenauigkeit und Vorwarngeschwindigkeit verbessert und somit die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks erhöht werden.
  • Die Thermistoren können unmittelbar an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen angeordnet sein, d. h. an der Oberfläche einer jeden Batteriezelle befindet sich ein Thermistor. Alternativ ist auch eine mittelbare Anordnung der Thermistoren an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen denkbar. Dazu wird auf einen Wärmeleitstreifen zurückgegriffen, der an einem aus mehr als zwei Batteriezellen bestehenden Batteriemodul angeordnet ist und dafür sorgt, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich der Thermistor an dem Wärmeleitstreifen befindet, um eine mittelbare Verbindung mit dem Batteriemodul bzw. den Batteriezellen im Batteriemodul herzustellen. Mit dem Wärmeleitstreifen lässt sich eine gute Wärmeübertragung erreichen, was nicht nur die Gleichheit der Batteriezellen des Batteriemoduls in ihrer Temperatur sicherstellt, sondern auch eine Vermessung der Temperatur mehrerer Batteriezellen eines Batteriemoduls mittels eines einzigen Thermistors ermöglicht. Damit ist eine weitere Reduzierung der Kosten und des Platzbedarfs verbunden. Wenn dann eine Batteriezelle des Batteriemoduls eine höhere Temperatur hat, lässt dies sich schnell an dem Thermistor erkennen, so dass eine Überwachung der Temperatur aller Batteriezellen des Batteriemoduls zustande kommt.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein schnelles Überwachungs- und Warnverfahren für Antriebsbatterieausfälle, das der oben beschriebenen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle entspricht und so angesehen werden kann, dass es auf Basis der erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle realisiert wird. Dieses Überwachungs- und Warnverfahren zeichnet sich durch gute Verwendbarkeit und hohe Praxistauglichkeit aus und ermöglicht eine hocheffektive, schnelle und genaue Überwachung und Warnung im Hinblick auf Antriebsbatterieausfälle, wodurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Thermomanagements für Antriebsbatteriepacks erhöht und eine Echtzeit-Überwachung von Batteriezellen auf Ausfälle mit entsprechender Vorwarnung erreicht wird. Insgesamt eignet es sich für das Thermomanagement von Antriebsbatteriepacks bei umweltschonenden Elektrokraftfahrzeugen und kann zur Förderung der Anwendung solcher neuartiger Fahrzeuge beitragen.
  • Darstellung der Abbildungen
  • Es zeigen
  • 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle,
  • 2 in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle,
  • 3 den schematischen Aufbau der miteinander zu einer Wheatstone-Brücke verbundenen Thermistoren in 2 und
  • 4 in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung von Thermistoren.
  • Konkrete Ausführungsformen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand beigefügter Zeichnungen beschrieben.
  • Die Erfindung offenbart eine schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, die zur Überwachung der einzelnen Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle dient und ggf. eine Warnung abgibt. Sie umfasst, wie in 1 dargestellt, mehrere Thermistoren 3, zwei Thermistor-Probenahmeleitungen 701 und 702, eine Gleichspannungsquelle und eine Datenerfassungskarte 1. Hierbei sind die Thermistoren 3 direkt oder indirekt an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 angeordnet und hintereinander in Reihe geschaltet, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an der Gleichspannungsquelle angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über die erste Thermistor-Probenahmeleitung 701 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung 702 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden ist. Dabei erfasst die Datenerfassungskarte 1 nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke ein über die erste Thermistor-Probenahmeleitung 701 übertragenes erstes Spannungssignal und ein über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung 702 übertragenes zweites Spannungssignal, ermittelt eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal, vergleicht die Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert und gibt bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz ein Warnsignal aus. Das heißt, erfindungsgemäß wird an der Potentialdifferenz zwischen Messstellen der Wheatstone-Brücke, und zwar zwischen dem zweiten Eckpunkt und dem vierten Eckpunkt der Wheatstone-Brücke, eine mögliche Änderung der Oberflächentemperatur einer Batteriezelle 2 erkannt und ggf. eine Vorwarninformation ausgegeben wird.
  • In den vier Brückenzweigen der oben beschriebenen Wheatstone-Brücke kann jeweils eine gleiche oder ungleiche Anzahl von Thermistoren 3 angeordnet sein, unter der Voraussetzung, dass ein an die praktische Anwendung angepasster Spannungsschwellenwert vorgesehen ist, damit ein Vergleich möglich ist, eine sachgemäße Entscheidung getroffen und ggf. ein Warnsignal ausgegeben werden kann. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass bei praktischer Anwendung eines Antriebsbatteriepacks, das in der Regel aus mehreren Batteriemodulen besteht, die in einem Batteriemodul in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen im Allgemeinen in einer geraden Anzahl vorhanden und meistens in vier Gruppen aufteilbar sind, um die vier Brückenzweige einer Wheatstone-Brücke jeweils mit der gleichen Anzahl an Thermistoren zu bilden. Insofern kann ein entsprechender Spannungsschwellenwert von –0,5 V bis +0,5 V vorgesehen sein.
  • 2 und 3 zeigen in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau einer erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, wobei 3 den schematischen Aufbau der miteinander zu einer Wheatstone-Brücke verbundenen Thermistoren 3 in 2 zeigt. Aus 2 und 3 geht hervor, dass 12 Batteriezellen 2 in Reihe geschaltet sind und so ein Batteriemodul eines Antriebsbatteriepacks bilden. An den 12 in Reihe geschalteten Batteriezellen 2, und zwar an der Oberfläche der Batteriezellen 2, ist jeweils unmittelbar ein Thermistor 3, nämlich R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 bzw. R12, angeordnet, der als Kaltleiter, vorzugsweise PT100, ausgebildet sein kann, welcher bei 0°C einen Widerstandswert von 100 Ω und bei 100°C einen Widerstandswert von 138,5 Ω hat. Wie in 3 erkennbar ist, sind die Thermistoren 3 über eine Thermistor-Verbindungsleitung 8 hintereinander in Reihe geschaltet, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an einer Gleichspannungsquelle Vcc, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über eine erste Thermistor-Probenahmeleitung 701 mit einer Datenerfassungskarte 1 verbunden (in 2 und 3 nicht dargestellt), ein dritter Eckpunkt an Masse GND angeschlossen und ein vierter Eckpunkt über eine zweite Thermistor-Probenahmeleitung 702 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden ist (in 2 und 3 nicht dargestellt). Dabei erfasst die Datenerfassungskarte 1 nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke ein über die erste Thermistor-Probenahmeleitung 701 übertragenes erstes Spannungssignal und ein über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung 702 übertragenes zweites Spannungssignal, ermittelt eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal, vergleicht die Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert und gibt bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz ein Warnsignal aus. In 3 ist in den vier Brückenzweigen dieser Wheatstone-Brücke jeweils die gleiche Anzahl (d. h. drei) an hintereinander in Reihe geschalteten Thermistoren angeordnet, so dass ein entsprechender Spannungsschwellenwert von –0,5 V bis +0,5 V vorgesehen sein kann.
  • Die Thermistoren 3 können unmittelbar an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 angeordnet sein, d. h. an der Oberfläche einer jeden Batteriezelle 2 befindet sich ein Thermistor 3. Alternativ dazu ist auch eine mittelbare Anordnung der Thermistoren 3 an den Batteriezellen denkbar, wie sie in 4 gezeigt ist. Hierfür umfasst die Überwachungs- und Warnvorrichtung ferner einen Wärmeleitstreifen 9, der an einem aus mehr als zwei Batteriezellen 2 bestehenden Batteriemodul angeordnet ist und dafür sorgt, dass die Batteriezellen 2 des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich der Thermistor 3 an dem Wärmeleitstreifen 9 befindet. Bei dem Wärmeleitstreifen 9 handelt es sich bevorzugterweise um einen Kupferstreifen, in dessen Mitte der Thermistor 3 angeordnet ist, um eine gute Wärmeübertragung zu erreichen. Auf diese Weise kann einerseits mit einem einzigen Thermistor 3 die Temperatur mehrerer parallel zueinander geschalteter Batteriezellen 2 gemessen werden. Andererseits lasst sich dadurch die Gleichheit mehrerer Batteriezellen 2 in ihrer Temperatur sicherstellen. Bei praktischer Anwendung kann beispielsweise ein Batteriemodul erwünscht sein, bei dem Batteriezellen geringer Kapazität, wie etwa Typ 18650, eingesetzt werden. Um ein derartiges Batteriemodul zu erzeugen, müssen mehrere Batteriezellen 2 zunächst parallel und dann in Reihe geschaltet werden, wobei an diesen mehreren parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 ein einziger Thermistor 3 auf die oben beschriebene Weise angeordnet sein kann, was zur weiteren Reduzierung der Kosten und des Platzbedarfs beiträgt. Wenn dann eine der mehreren parallel zueinander geschalteten Batteriezellen 2 eine höhere Temperatur hat, lässt dies sich schnell an dem am Wärmeleitstreifen 9 befindlichen Thermistor 3 erkennen, so dass eine Überwachung der Temperatur aller Batteriezellen 2 des Batteriemoduls zustande kommt.
  • Weiter bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, wie aus 2 ersichtlich, zusätzlich einen Temperatursensor 5 und eine Temperatur-Probenahmeleitung 6, wobei der Temperatursensor 5 an einer beliebigen Batteriezelle 2 angeordnet und über die Temperatur-Probenahmeleitung 6 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden ist. Je nach Bedarf können mehrere Temperatursensoren 5 vorgesehen sein. So kann z. B. an der Oberfläche jeder Batteriezelle 2 ein Temperatursensor 5 angeordnet sein. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein einziger Temperatursensor vorhanden. Mit dem Temperatursensor lässt sich die Oberflächentemperatur der einzelnen Batteriezellen 2 im Batteriemodul unmittelbar überwachen, um die erfindungsgemäße Überwachungs- und Warnvorrichtung zu unterstützen. Des Weiteren umfasst die Überwachungs- und Warnvorrichtung eine Spannungs-Probenahmeleitung 4, die sich zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 2 befindet und mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden ist. Je nach Bedarf können mehrere Spannungs-Probenahmeleitungen 4 vorgesehen sein. So kann beispielsweise zwischen je zwei Batteriezellen 2 eine Spannungs-Probenahmeleitung herausgeführt sein. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Spannungs-Probenahmeleitungen vorhanden, wobei das Batteriemodul gemäß 2 insgesamt 12 in Reihe geschaltete Batteriezellen 2 umfasst, so dass insgesamt 13 Spannungs-Probenahmeleitungen 4 herausgeführt sein können. Mit Hilfe der Spannungs-Probenahmeleitung lässt sich der Spannungswert zwischen je zwei Batteriezellen 2 des Batteriemoduls unmittelbar erfassen, um die erfindungsgemäße Überwachungs- und Warnvorrichtung zu unterstützen.
  • Nachstehend wird auf die Funktionsweise der erfindungsgemäßen schnellen Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle näher eingegangen.
  • Wie 3 zu entnehmen ist, sind 12 Thermistoren 3, nämlich R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11 und R12, über die Thermistor-Verbindungsleitung 8 hintereinander in Reihe geschaltet, um eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an der Gleichspannungsquelle Vcc angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über die erste Thermistor-Probenahmeleitung 701 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden, ein dritter Eckpunkt an Masse GND angeschlossen und ein vierter Eckpunkt über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung 702 mit der Datenerfassungskarte 1 verbunden ist. Die Verbindung nach Art einer Wheatstone-Brücke zeigt bei Vermessen von elektrischen Widerständen eine hohe Empfindlichkeit. Nach dem Prinzip des Schaltungsgleichgewichts erhält man (R1 + R2 + R3)/(R4 + R5 + R6) = (R10 + R11 + R12)/(R7 + R8 + R9) (1) mit R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R7 = R8 = R9 = R10 = R11 = R12, wobei der Thermistor bei 0°C einen Widerstandswert von 100 Ω und bei 100°C einen Widerstandswert von 138,5 Ω hat, so dass ein entsprechender Spannungsschwellenwert von –0,5 V bis +0,5 V vorgesehen sein kann.
  • Aus der Formel (1) ergibt sich, dass im Normalbetrieb der einzelnen Batteriezellen 2 des Batteriemoduls die Batteriezellen 2 in ihrer Oberflächentemperatur wenig voneinander abweichen, was einem Gleichgewichtszustand der Schaltung entspricht, so dass zwischen Messstellen der Wheatstone-Brücke, und zwar zwischen dem zweiten Eckpunkt und dem vierten Eckpunkt der Wheatstone-Brücke, keine Potentialdifferenz besteht. Das heißt, die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal beträgt Null und liegt also im Bereich des Spannungsschwellenwerts, was als „in Ordnung” erkannt wird, so dass kein Warnsignal ausgegeben wird. Wird hingegen eine Batteriezelle 2 des Batteriemoduls im Betrieb gestört, so zeigt sich eine Änderung der Oberflächentemperatur dieser Batteriezelle 2 und damit auch des Widerstands, normalerweise ein rascher und starker Anstieg sowohl der Temperatur als auch des Widerstands, was zu einem großen Temperaturunterschied zwischen den Batteriezellen 2 und einem Ungleichgewicht der Schaltung führt, so dass zwischen Messstellen der Wheatstone-Brücke, und zwar zwischen dem zweiten Eckpunkt und dem vierten Eckpunkt der Wheatstone-Brücke, eine Potentialdifferenz vorliegt. Das heißt, die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal weist einen Wert ungleich Null auf, wobei, wenn dieser Wert außerhalb des Bereiches des Spannungsschwellenwerts liegt, dies als „nicht in Ordnung” erkannt wird, so dass ein Warnsignal ausgegeben wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass für den Fall, dass der Wert der Potentialdifferenz über den Bereich des Spannungsschwellenwerts hinausgeht, die Batteriezellen als „nicht in Ordnung” bzw. gefahrbringend erkannt werden und ein erststufiges Warnsignal an ein übergeordnetes Batteriemanagement-System ausgegeben wird, um den Lade- und Entladestrom für die Batteriezellen zu verringern, damit die Oberflächentemperatur der Batteriezellen 2 sinkt und die Messstellen-Potentialdifferenz der Wheatstone-Brücke in den Bereich des Spannungsschwellenwerts zurückkehrt, bis die Warnung verschwindet. Wenn der Wert der Potentialdifferenz für eine bestimmte Zeit außerhalb des Bereiches des Spannungsschwellenwerts liegt, wird ein zweitstufiges Warnsignal an das übergeordnete Batteriemanagement-System ausgegeben, um unter anderem eine einer zweitstufigen Warnung zugeordnete Störungssuche einzuleiten. Auf diese Weise werden eine schnelle und effektive Feststellung des anomalen Betriebs der Batteriezellen und dadurch eine Überwachung der Batteriezellen auf Ausfälle und somit eine Prognose über das thermische Durchgehen von Batterien realisiert.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein schnelles Überwachungs- und Warnverfahren für Antriebsbatterieausfälle, mit dem die einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfälle überwacht werden und ggf. eine Warnung abgegeben wird und das folgende Schritte umfasst: direktes oder indirektes Anordnen von Thermistoren an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen und Herstellen einer Reihenschaltung der Thermistoren, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an eine Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert bei Niederspannungssteuerung auf 5 V eingestellt werden kann, angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über eine erste Thermistor-Probenahmeleitung mit einer Datenerfassungskarte verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über eine zweite Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden wird; anschließendes Erfassen eines über die erste Thermistor-Probenahmeleitung übertragenen ersten Spannungssignals und eines über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung übertragenen zweiten Spannungssignals mittels der Datenerfassungskarte nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke, Ermitteln einer Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal, Vergleichen der Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert und Ausgeben eines Warnsignals bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz.
  • Bevorzugterweise erfolgt das indirekte Anordnen von Thermistoren an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen dadurch, dass an einem aus mehr als zwei Batteriezellen bestehenden Batteriemodul ein Wärmeleitstreifen angeordnet wird, der dafür sorgt, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei der Thermistor an dem Wärmeleitstreifen angeordnet wird. Bei diesem Wärmeleitstreifen handelt es sich vorzugsweise um einen Kupferstreifen, in dessen Mitte der Thermistor angeordnet wird. Als Thermistor kann ein Kaltleiter, vorzugsweise PT100, verwendet werden.
  • Weiterhin wird in den vier Brückenzweigen der so entstandenen Wheatstone-Brücke jeweils eine gleiche Anzahl von hintereinander in Reihe geschalteten Thermistoren angeordnet, wobei dann ein entsprechender Spannungsschwellenwert von –0,5 V bis +0,5 V vorgesehen wird.
  • Besonders bevorzugt kann an einer beliebigen Batteriezelle ein Temperatursensor angeordnet werden, der über eine Temperatur-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden wird, um die Oberflächentemperatur einer beliebigen Batteriezelle in Echtzeit zu erfassen und zu überwachen.
  • Überdies kann zwischen zwei benachbarten Batteriezellen eine Spannungs-Probenahmeleitung angeordnet werden, die mit der Datenerfassungskarte verbunden wird, um den Spannungswert zwischen zwei benachbarten Batteriezellen, d. h. den Spannungswert eines Knotens in dem Batteriemodul, in Echtzeit zu erfassen und zu überwachen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die vorangehend beschriebenen konkreten Ausführungsformen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung dienen und die Erfindung keineswegs einschränken. Den Fachleuten auf diesem Gebiet wird daher klar sein, dass trotz der obenstehenden näheren Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen und Ausführungsbeispiele weitere Abänderungen oder gleichwertige Substitutionen möglich sind. Insgesamt sind alle Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die nicht von den Grundideen der Erfindung abweichen, vom Schutzumfang der Erfindung umfasst.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Datenerfassungskarte
    2
    Batteriezelle
    3
    Thermistor
    4
    Spannungs-Probenahmeleitung
    5
    Temperatursensor
    6
    Temperatur-Probenahmeleitung
    701
    Erste Thermistor-Probenahmeleitung
    702
    Zweite Thermistor-Probenahmeleitung
    8
    Thermistor-Verbindungsleitung
    9
    Wärmeleitstreifen

Claims (7)

  1. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle, die zur Überwachung der einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen in einem Antriebsbatteriepack auf thermische Ausfalle dient und ggf. eine Warnung abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Thermistoren, zwei Thermistor-Probenahmeleitungen, eine Gleichspannungsquelle und eine Datenerfassungskarte umfasst, wobei die Thermistoren direkt oder indirekt an den einzelnen, in Reihe und parallel zueinander geschalteten Batteriezellen angeordnet und hintereinander in Reihe geschaltet sind, um insgesamt eine Wheatstone-Brücke zu bilden, wobei ein erster Eckpunkt der Wheatstone-Brücke an der Gleichspannungsquelle angeschlossen, ein zweiter Eckpunkt über die erste Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden, ein dritter Eckpunkt geerdet und ein vierter Eckpunkt über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden ist, wobei die Datenerfassungskarte nach dem Prinzip der Wheatstone-Brücke ein über die erste Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes erstes Spannungssignal und ein über die zweite Thermistor-Probenahmeleitung übertragenes zweites Spannungssignal erfasst, eine Potentialdifferenz zwischen dem ersten Spannungssignal und dem zweiten Spannungssignal ermittelt, die Potentialdifferenz mit einem Spannungsschwellenwert vergleicht und bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts durch die Potentialdifferenz ein Warnsignal ausgibt.
  2. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den vier Brückenzweigen der Wheatstone-Brücke jeweils eine gleiche Anzahl von hintereinander in Reihe geschalteten Thermistoren angeordnet ist.
  3. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer indirekten Anordnung der Thermistoren an den Batteriezellen die Überwachungs- und Warnvorrichtung ferner einen Wärmeleitstreifen umfasst, der an einem aus mehr als zwei Batteriezellen bestehenden Batteriemodul angeordnet ist und dafür sorgt, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls die gleiche Betriebstemperatur haben, wobei sich der Thermistor an dem Wärmeleitstreifen befindet.
  4. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wärmeleitstreifen um einen Kupferstreifen handelt, in dessen Mitte der Thermistor angeordnet ist.
  5. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellenwert –0,5 V bis +0,5 V beträgt.
  6. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistor als Kaltleiter ausgebildet ist.
  7. Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungsquelle einen Spannungswert von 5 V hat, und/oder dass die Überwachungs- und Warnvorrichtung zusätzlich einen Temperatursensor und eine Temperatur-Probenahmeleitung umfasst, wobei der Temperatursensor an einer der Batteriezellen angeordnet und über die Temperatur-Probenahmeleitung mit der Datenerfassungskarte verbunden ist, und/oder dass die Überwachungs- und Warnvorrichtung weiterhin eine Spannungs-Probenahmeleitung umfasst, die sich zwischen zwei benachbarten Batteriezellen befindet und mit der Datenerfassungskarte verbunden ist.
DE202017103777.0U 2016-07-22 2017-06-26 Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle Expired - Lifetime DE202017103777U1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610585189.4 2016-07-22
CN201610585189.4A CN106025405B (zh) 2016-07-22 2016-07-22 一种动力电池失效快速监测报警装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE202017103777U1 true DE202017103777U1 (de) 2017-07-20

Family

ID=57116383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE202017103777.0U Expired - Lifetime DE202017103777U1 (de) 2016-07-22 2017-06-26 Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN106025405B (de)
DE (1) DE202017103777U1 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107234981A (zh) * 2017-07-26 2017-10-10 洛阳理工学院 带二级故障诊断和处理机制的锂电池模组采集***及方法
CN108016316A (zh) * 2017-12-11 2018-05-11 中国汽车技术研究中心 一种基于功能安全的电池管理***温度监控处理方法
DE102017218578A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
CN111186338A (zh) * 2018-11-13 2020-05-22 周锡卫 一种快速响应的储能蓄电池bms***
DE102019208571B3 (de) * 2019-06-13 2020-10-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
US10960246B2 (en) 2018-09-14 2021-03-30 Audi Ag Method for responding to a fire-critical battery state in a vehicle, and a vehicle designed to carry out such a method
CN113295296A (zh) * 2020-02-19 2021-08-24 广州汽车集团股份有限公司 一种电池热失控的检测方法及电池管理***
CN113904008A (zh) * 2021-09-27 2022-01-07 江西昌河汽车有限责任公司 一种汽车动力电池热失控预警***
EP4056402A1 (de) * 2021-03-10 2022-09-14 Volvo Truck Corporation Sicherheitssystem zur erkennung eines kritischen zustandes in einem batteriepack

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108469594B (zh) * 2018-03-13 2023-07-07 武汉嘉晨电子技术有限公司 一种高精度、闭环式梯度磁阻传感器
CN109080468B (zh) * 2018-06-27 2021-06-01 中航锂电（洛阳）有限公司 一种带过充保护装置的电池模组的预警方法及***
CN111262285B (zh) * 2018-12-03 2022-02-18 丰能科技股份有限公司 电池管理***及其方法
CN109921150B (zh) * 2019-05-14 2019-08-02 常州市伟宏动力技术有限公司 电池管理装置、电池模组、电动车及电池管理方法
CN110534822B (zh) * 2019-07-19 2023-06-02 贵州热缆技术有限责任公司 一种动力电池故障预警***
CN111900499B (zh) * 2020-07-10 2021-10-12 广州小鹏汽车制造有限公司 一种动力电池保护方法及装置、车辆、存储介质
CN114094217A (zh) * 2021-10-28 2022-02-25 重庆金康动力新能源有限公司 供电模块和热失控报警***
CN114734873B (zh) * 2022-04-18 2024-05-28 北京航空航天大学 一种基于云端在线数据的动力电池单体热失控预警方法
CN117594895B (zh) * 2024-01-18 2024-03-29 深圳市特普生科技有限公司 电池温度监测组件、电池***及电池温度监测方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100971343B1 (ko) * 2007-09-28 2010-07-20 삼성에스디아이 주식회사 온도보상 전류측정 장치를 이용한 배터리팩
US8427171B2 (en) * 2010-06-07 2013-04-23 Steve Carkner Battery connection failure detection system
CN101950995A (zh) * 2010-08-27 2011-01-19 华南师范大学 一种锂离子动力电池组均衡放电管理***
CN102393489B (zh) * 2011-09-30 2013-10-16 北京汽车新能源汽车有限公司 电车动力电池高压回路电阻的在线监测控制方法及装置
US8618775B2 (en) * 2012-01-05 2013-12-31 Tesla Motors, Inc. Detection of over-current shorts in a battery pack using pattern recognition
CN103234655B (zh) * 2013-04-08 2015-12-09 惠州市亿能电子有限公司 一种采用热敏电阻的bms温度检测电路

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107234981A (zh) * 2017-07-26 2017-10-10 洛阳理工学院 带二级故障诊断和处理机制的锂电池模组采集***及方法
CN107234981B (zh) * 2017-07-26 2023-04-07 洛阳理工学院 带二级故障诊断和处理机制的锂电池模组采集***及方法
DE102017218578A1 (de) * 2017-10-18 2019-04-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
CN108016316A (zh) * 2017-12-11 2018-05-11 中国汽车技术研究中心 一种基于功能安全的电池管理***温度监控处理方法
CN108016316B (zh) * 2017-12-11 2020-04-21 中国汽车技术研究中心 一种基于功能安全的电池管理***温度监控处理方法
US10960246B2 (en) 2018-09-14 2021-03-30 Audi Ag Method for responding to a fire-critical battery state in a vehicle, and a vehicle designed to carry out such a method
CN111186338A (zh) * 2018-11-13 2020-05-22 周锡卫 一种快速响应的储能蓄电池bms***
DE102019208571B3 (de) * 2019-06-13 2020-10-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
CN113295296A (zh) * 2020-02-19 2021-08-24 广州汽车集团股份有限公司 一种电池热失控的检测方法及电池管理***
EP4056402A1 (de) * 2021-03-10 2022-09-14 Volvo Truck Corporation Sicherheitssystem zur erkennung eines kritischen zustandes in einem batteriepack
CN113904008A (zh) * 2021-09-27 2022-01-07 江西昌河汽车有限责任公司 一种汽车动力电池热失控预警***

Also Published As

Publication number Publication date
CN106025405A (zh) 2016-10-12
CN106025405B (zh) 2019-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE202017103777U1 (de) Schnelle Überwachungs- und Warnvorrichtung für Antriebsbatterieausfälle
DE112014002853B4 (de) Isolationsdetektor und elektrische Vorrichtung
DE102004006022B4 (de) Vorrichtungen zum Entladen eines Batterieverbunds, der aus einer Vielzahl von Sekundärbatterien besteht
DE202017103776U1 (de) Vorrichtung zur automatischen Warnung vor thermischem Durchgehen von Antriebsbatterien
DE102014222676B4 (de) Überwachen der spannung eines batteriesatzes in einem elektrofahrzeug
DE102014221272A1 (de) Überwachungseinrichtung für eine Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie
DE102011082937A1 (de) Batteriemanagementsystem, Batterie, Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie
DE102013218077A1 (de) Batteriezelleinrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz einer in einer Batteriezelleinrichtung angeordneten Batteriezelle
DE3146141A1 (de) Ueberwachungseinrichtung fuer eine batterie
EP2865068B1 (de) Batteriemanagementsystem mit erhöhter robustheit gegenüber negativen spannungen
DE102013218081A1 (de) Batteriemoduleinrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz eines in einer Batteriemoduleinrichtung angeordneten Batteriemoduls
DE102016212986A1 (de) Flüssigkeitsmessvorrichtung und Messkopfvorrichtung zur Feuchtigkeitsdetektion, insbesondere in Behältnissen für flüssigkeitssensitive Elektrik- und/oder Elektronikkomponenten in Straßenfahrzeugen
EP2858849B1 (de) Verfahren zur bestimmung eines ohmschen innenwiderstandes eines batteriemoduls, batteriemanagementsystem und kraftfahrzeug
EP2859368B1 (de) Verfahren zur bestimmung eines ohmschen innenwiderstandes eines batteriemoduls, batteriemanagementsystem und kraftfahrzeug
DE102011075361A1 (de) Verfahren zur Überwachung der Temperatur einer Batteriezelle
DE102016207571A1 (de) Diagnoseverfahren, Betriebsverfahren für eine Batterieanordnung, Betriebsverfahren für eine Vorrichtung, Steuereinheit und Vorrichtung
DE102014100008A1 (de) Auslenkungssensitives, kühlmittelaktiviertes System zur Detektion eines Ablassstopfens für Hochspannungsbatteriepackungen
DE102013013471A1 (de) Verfahren zur Bestimmung der Zuleitungsimpedanz in mehrzelligen Batteriepacks zur Leitungsfehlererkennung
DE102020202857A1 (de) Vorrichtung sowie Verfahren zur thermischen Überwachung einer Batterie
DE102014204953A1 (de) Verfahren zum Betreiben von eigensicheren Batteriezellen
DE112020001524T5 (de) Batterieverwaltungsvorrichtung, Energiespeichereinrichtung, Batterieverwaltungsverfahren und Computerprogramm
DE102014003325A1 (de) Messverfahren und Montageinrichtung zur Isolationsprüfung
DE102009054547B4 (de) Ermittlung des Innenwiderstands einer Batteriezelle einer Traktionsbatterie
DE102012211092A1 (de) Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit Batteriesystem
DE102011006304A1 (de) Batterie mit sicherem Stromsensor

Legal Events

Date Code Title Description
R207 Utility model specification
R156 Lapse of ip right after 3 years