用于检测机动车高压储能器壳体的变形的检测装置的制作方法

本发明涉及一种用于检测机动车高压储能器壳体的变形的检测装置、一种具有这种检测装置的高压储能器以及一种具有相应高压储能器的机动车。

背景技术：

目前的电动车辆或混合动力车辆无法检测高压储能器或其壳体这样的损伤或变形，所述损伤或变形不导致直接的安全关键状态或甚至包括高压储能器的系统的失效。这种变形的一个可能原因例如是异物在机动车高压储能器安装于底板中的情况下的干扰。

根据现有技术这样考虑高压储能器的安全关键性损伤的风险，即，将高压储能器连同其壳体机械设计设计得十分稳健并将高压储能器安装在适宜的位置处，即安装时具有足够的底部间隙。高压储能器或其外壳的轻微损伤(其可能在以后的某个时间点造成损坏)只能通过视觉检查来检测。而不进行系统方面的检测，甚至没有视觉检查的要求。

当前在损坏情况下控制风险所需的机械设计方面的稳健性使得用于正常行驶运行的机械尺寸过大。通过具体实施的设计及其检查——例如通过有意与硬物进行碰撞测试——不能确保在“正常”行驶运行中不会发生安全关键组成部件的损伤。这意味着高昂的开发成本并且由于尺寸过大而无法充分利用降低车辆重量和制造成本的潜力。另外，将高压储能器安装在不易受损的机动车区域中会导致对车辆造型、功能——尤其是续航里程——以及车辆设计的过多限制。此外，无法检测高压储能器可能的变形对于机动车安全的关键程度。

技术实现要素：

本发明所基于的任务是提供一种低成本的、用于检测机动车高压储能器壳体的变形的检测装置，该检测装置能够尽可能区分地检测高压储能器壳体的变形，从而能在高压储能器的设计和布置中尽可能好地利用可用空间。用于识别接触的结构不应增加或至少不明显增加高压储能器的安装空间和重量。

所述任务通过一种根据权利要求1的用于检测机动车储能器壳体的变形的检测装置、根据权利要求14的高压储能器以及根据权利要求15的电动车辆或混合动力车辆来解决。

本发明的有利扩展方案是从属权利要求的技术方案，各个权利要求的特征也可彼此组合。

根据本发明，用于检测机动车高压储能器的机械变形的检测装置包括检测电测量值的传感器元件，该传感器元件构造成大致扁平状的并且至少局部地施加到高压储能器的第一构件上；和评估装置，用于分析在传感器元件与高压储能器的第二构件之间的电测量值并且用于输出相应的、基于该电测量值的警告消息，第二构件表面的至少一个区域是导电的。

为此这样设计评估装置，使得如果所测量的电阻从相应于壳体未变形状态的初始值升高到某个值，则评估装置发出警告消息。

警告消息是一种警告，该警告对应于随着传感器元件与待检查高压储能器组成部件发生机械接触而引起的壳体变形。

警告消息例如可以是通过扬声器的声音形式和/或监视器上的视觉形式和/或作为高压储能器或机动车的诊断装置或控制器中的相应数据记录。介电弹性体传感器可设置在电绝缘层中或形成这种层。

本发明因此具有下述优点：在机动车高压储能器壳体变形时也可检测到组成部件可能的损伤。基于该识别可导入用于警告机动车用户的相应措施或功能并且由此提高机动车的安全水平。为实现根据本发明的传感器元件和评估装置产生的制造成本和通过增加的重量引起的额外花费可通过高压储能器及其壳体的机械设计根据本发明的可能的降低来过补偿。此外，通过提高诊断的可靠性可利用车辆中的其它安装空间来在那里安装高压储能器的至少一部分。这给车辆设计带来优势并且还可用于增加机动车的续航里程。由于传感器元件具有导电层并且施加在高压储能器的构件上，因此检测装置的实现成本非常低并且检测装置的结构或传感器元件的施加非常简单。因而也可降低制造成本。

根据本发明的一种有利扩展方案，传感器元件具有金属箔或导电涂层。金属箔和导电涂层都是用于实现检测装置的低成本选择。另外，金属箔可非常简单地施加到高压储能器的构件上并且导电涂层也具有优点、如稳定且易于制造。

根据本发明的一种有利扩展方案，第一构件和/或第二构件构造为高压储能器的壳体或高压储能器的电池模块或高压储能器的冷却器或电子部件或高压储能器的接触保护装置或高压储能器的振动保护装置。

由此可有针对性地监视例如安全关键的组成部件、如电池模块、壳体或为此设置的电气或电子构件是否受到损坏。这样做的优点是：在有物体撞上时可有针对性地检测高压储能器不同部件的变形。

根据本发明的一种有利扩展方案，传感器元件可安装在壳体的内侧上、如壳体底部上。这样做的优点是：当物体从下方撞上时，壳体的任何变形都通过壳体与高压储能器内部构件的机械接触来检测。

根据本发明的一种有利扩展方案，第二构件具有至少一个导电传感器表面。

根据本发明的一种有利扩展方案，高压储能器的触摸保护装置和/或高压储能器的振动保护装置具有至少一个腔室，该腔室用作导电传感器表面的保持装置。

根据本发明的一种有利扩展方案，检测装置包括电绝缘层，该电绝缘层设置在高压储能器的构件与传感器元件之间。

根据本发明的一种有利扩展方案，传感器元件设有至少一个测量触点，用于获得和输出由传感器元件检测的电测量值。

根据本发明的一种有利扩展方案，评估装置包括电压测量装置、电阻测量装置或电容测量装置，用于测量存在于传感器元件与第二构件上的第二测量触点之间的电测量值。

根据本发明的一种有利扩展方案，评估装置检测电测量值的时间曲线。

根据本发明的一种有利扩展方案，评估装置可通过电测量值及其时间曲线来区分机械接触和高压储能器中的导电液体积聚。

根据本发明的一种有利扩展方案，如果超过或低于预先定义的阈值的持续时间低于500ms、尤其是低于100ms，则评估装置判定发生了机械接触。

根据本发明的一种有利扩展方案，如果超过或低于预先定义的阈值的持续时间超过500ms、尤其是超过1000ms，则评估装置判定在高压储能器中发生了导电液体积聚。

除了评估上述测量值之外，也可考虑例如在高压储能器的壳体与组成部件之间接触的持续时间。例如10ms到50ms之间的接触时间可被认为是中等变形并且因此被认为是中等损伤，而在更长的接触时间(50ms至100ms)下则可认为是严重的损坏。

应这样设计传感器元件的评估装置，使得可检测电测量值超过阈值的持续时间。由此可在“机械变形”和“识别导电液体积聚”这两种损伤模式之间进行区分。基于机械变形时的弹性变形分量，电测量值在轻微或中等程度的事件中仅在短的持续时间内超过阈值。该持续时间在小于500ms的范围内、通常小于100ms。因此，可将具有中等紧急程度的第一警告消息发送给驾驶员，以便例如建议立即前往车间。

在导电液体大量积聚的情况下，该持续时间在大于500ms的范围内、通常大于1秒。基于严重变形而引起的电池内部短路的风险或基于导电液体积聚而引起的氢形成以及可能随之而来的氢氧爆鸣气点燃或爆炸的危险产生很高的安全关键性。通过时间上的区别可向驾驶员发出具有高度紧急性的第二警告消息、如要求立即停车并离开车辆。

根据本发明，绝缘层突出于导电传感器表面并且因此确保保持距安装有传感器的基本构件的空气和爬电距离。可通过延长或缩短该突出量这样调节传感器表面与基本构件之间的电阻，从而在干燥状态中不会出现错误，而在湿润状态中有可测量的电流流过。因此，也可检测高压储能器中的水积聚。

此外，在一定时间段内电测量值超过阈值的频率可用作区分机械变形和导电液体积聚的标准(在液体晃动时多次触发)。在使用多个传感器元件的情况下，则可定位超过阈值的位置。当在不同传感器元件处接连不断地超过阈值的情况下，则也可推断导电液体晃动。

如果该评估装置包括用于测量存在于第一测量触点和第二测量触点之间的电阻的电阻测量装置，则为根据本发明使用的评估装置提供了一种特别简单且可靠的实现可能性。

此外，上述任务通过一种用于机动车的高压储能器来解决，该高压储能器包括按照上述说明的检测装置。此外，上述任务通过一种配备有这种高压储能器的机动车来解决。相应地，产生与上述说明中的相同或相似的优点，为避免重复参考与根据本发明的检测装置有关的上述说明。

附图说明

下面参考附图示例性说明本发明的一些有利实施方式。附图如下：

图1示出示例性设置在安装于机动车中的高压储能器上的根据本发明的检测装置的示意图；

图2示出其中安装有传感器元件的根据本发明的高压储能器的第一种实施方式的示意图；

图3示出具有电池模块和传感器元件的根据本发明的高压储能器的第二种实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的机动车10，在所述机动车中安装有高压储能器20，该高压储能器设有根据本发明的检测装置24。高压储能器20位于具有电池模块23的壳体22内。在壳体22内除了检测装置24之外还设有带有测量触点31的传感器元件30和评估装置40。在该示例中，构造为由介电弹性体传感器制成的膜的传感器元件30设置在壳体22的底部上，但也可设置在电池模块23上。第二测量触点32可设置在高压储能器20的导电部件上、如电池模块23或壳体22的内壁。通过第一测量触点31和第二测量触点32可量取电信号作为传感器元件30的电测量值(电压或电阻)并输送到评估装置40。评估装置40的电压测量装置测量两个测量触点31和32之间的电压。在此这样设计评估装置40，使得其可分析相应输出的测量值并由此识别在壳体与另一高压储能器构件之间的机械接触。评估装置40和传感器元件30的具体实施方式的示例将在后面进行描述。此外，这样设计评估装置40，使得如果其已经确定相应的机械接触，则其可输出警告信号或警告消息。该警告消息例如可光学地通过相应显示器54和/或声学地通过适合的扬声器56传达给机动车10的驾驶员。此外，警告消息可被馈送到用于高压储能器20或整个机动车10的控制器58中，在那里可存储警告消息并将其用于进一步的分析或例如车间或服务中心处的维修指示。

图2示出高压储能器20的第一种实施方式这样的情形，在所述情形中，异物9将壳体22底部向上压，直至壳体22压到位于其上方的电池模块23上或甚至使电池模块变形。在该第二种实施方式中，传感器元件30仅设置在壳体22底部上。电池模块的壳体可由金属制成。在这种情况下，电池模块23的表面是导电的。因此，在图2所示情形下，传感器元件30和因此由其发出的电信号更强地受到机械接触的影响。

如果高压储能器构件的材料本身不导电，则可在构件表面的至少一个区域上施加导电层并且第二测量触点32必须设置在该区域上，使得当传感器元件30接触该导电区域时第一测量触点31和第二测量触点32可彼此电连接。

当发生图2所示的变形时，两个测量触点31和32电连接并且测量电流在所述两个测量触点31和32之间流动。因此，由电压测量装置测量的、两个测量触点31和32之间的电压改变。基于该事实评估装置40推断发生了机械变形并向机动车10驾驶员发出相应的警告消息。这种警告消息例如可包括立即前往车间或甚至立即关闭发动机的请求，因为可能已经发生影响高压储能器功能的损伤。

连续检测所述两个测量触点31和32之间的电压和/或电阻值。不言而喻，相应测量也可例如周期地、即不连续地进行。

如上所述，评估装置40作为检测装置24的一部分也安装在高压储能器20的壳体22内。不言而喻，评估装置40也可设置在壳体22外。还可想到，传感器元件30也可固定在壳体22的外侧上。

除了评估上述测量值外，也可考虑例如在高压储能器壳体与组成部件之间接触的持续时间。例如在10ms至50ms之间的接触时间可被认为是中等变形并且因此被视为中等损伤，而更长的接触时间(50ms至100ms)则可被认为是严重的损坏。

应这样设计传感器元件的评估装置，使得可检测电测量值超过阈值的持续时间。由此可在“识别机械变形”和“识别导电液体积聚”这两种损伤模式之间进行区分。基于机械变形时的弹性变形比重，电测量值在轻微或中等程度的事件中仅在短的持续时间内超过阈值。该持续时间在小于500ms的范围内、通常小于100ms。因此，可将具有中等紧急程度的第一警告消息发送给驾驶员，以便例如建议立即前往车间。

在导电液体大量积聚的情况下，该持续时间处在大于500ms的范围内、通常大于1秒。基于严重变形而引起的电池内部短路的风险或基于导电液体积聚而引起氢形成以及可能随之而来的氢氧爆鸣气点燃或爆炸的危险产生很高的安全关键性。通过时间上的区别可向驾驶员发出具有高度紧急性的第二警告消息、如要求立即停车并离开车辆。

图3示出高压储能器20的第二种实施方式，在所述高压储能器中设置有一个评估装置40和多个电池模块36。具有金属箔或导电涂层的传感器元件30是施加到电池模块上的传感器表面。传感器元件30也可施加到另一高压储能器20构件上、如壳体22的内侧上。

传感器元件30可包裹电池模块和/或扁平地覆盖在高压储能器20的整个壳体底部上。作为替代方案，传感器元件30或相应的传感器元件30可局部设置在例如关键的构件区域上、如壳体22的内侧，或取决于关键的撞击区域地设置。如果仅在高压储能器20内的关键子部件(如电池模块)上施加传感器元件(并且因此不施加到壳体22的底部上)，则只能通过相应接触检测严重变形。

如果构件表面、如电池模块的表面本身是导电的并且电气接地，则在此之前必须将电绝缘层(如非导电膜或涂层)施加到电池模块上，以使导电层与接地分离。

低成本的施加方式例如可以是具有绝缘粘合剂层的预制铝箔。如果粘合剂层的绝缘效果不足，则可首先施加自粘膜、如kapton、pet等，然后施加铝胶带。另一种替代方案是具有电绝缘层、如ktl的涂层，然后再施加导电漆。

为了实现电流隔离的测量电路，可能需要将多个处于不同电位的传感器元件或传感器表面组合在一起。传感器膜(传感器元件30)也可施加到电池模块上。作为替代方案，传感器膜30也可施加到高压储能器20中的其它表面、如壳体底部表面的内侧和/或待保护子部件、如冷却器上。

作为替代方案，第一构件和/或第二构件可包括高压储能器的电池模块或电子部件或高压储能器的触摸保护装置或高压储能器的振动保护装置，在此高压储能器的触摸保护装置和/或高压储能器的振动保护装置具有至少一个腔室，该腔室用作导电传感器表面的保持装置。

第二构件具有导电表面、其表面的至少一部分或具有导电传感器表面。

借助上述传感器表面及其安装可节约制造成本并减少高压储能器20的重量或安装空间。同时可提高检测装置24相对于高于设计极限的负荷情况的稳健性。

在一个传感器表面或多个传感器表面用于覆盖多个关键区域的情况下，有利的是，使测量信号按顺序通过所有传感器传导并在与输入端分开的输出端处量取，以便能够控制传感器的电气连接(联锁原理)。例如传感器表面可彼此串联连接，在输入端处设有通往电压源的电阻并且在输出端处设有用于测量电压的传感器导线。以此方式可确保所有传感器表面都被连接并且评估一根传感器导线即可识别所有传感器表面。

此外，可通过检测装置24识别高压储能器20中的水积聚(由于壳体损坏或冷却器断裂)。

根据本发明，绝缘层34突出于导电传感器表面30(图3)并且因此确保保持距安装有传感器的基本构件(如电池模块36)的空气和爬电距离。可通过延长或缩短该突出量这样调节传感器表面30与基本构件之间的电阻，使得在干燥状态中没有电流流过，而在湿润状态中有可测量到的电流流过。在此利用了冷却液的导电性能(500μs-4000μs)。为了保证相对于环境湿度的稳健性，这样调节测量距离，使得可识别例如冷却液泄漏>100ml的情况。

类似机构可通过将膜表面微结构化实现。这允许在更大的表面上并且因此更早或更可靠地识别水。

此外，传感器系统也可设计为高压储能器相应部件内的独立子系统、如可设计为多层壳体底部。

应指出，除非另外说明或出于技术原因本身禁止，参照各个实施方式或变型所描述的本发明的特征、如各个传感器元件或评估装置的类型和设计及其空间布置也可存在于其它实施方式中。此外，各种实施方式的在组合中描述的特征中的所有特征不一定总是实现在一种相关实施方式中。