识别机动车动力电池的电池单体热扩散的方法和电池报警系统及具有电池报警系统的机动车与流程

1.本发明涉及一种用于识别机动车的动力电池的至少一个电池单体的热扩散的方法和电池报警系统，以及一种具有电池报警系统的机动车。


背景技术：

2.在极少情况下，在动力电池的电池单体中可能出现热失控/热击穿(thermal runaway)。在这种热失控的情况下，能够由于放热化学反应剧烈地加热一个或多个电池单体，这可能导致火灾以及由于燃烧气体而导致压力大幅增加。结果尤其会导致一个或多个另外的电池单体受波及并发生热失控，这被称为热扩散。为了在出现这种热扩散时警告驾驶员和/或制造商，当前试图在电池管理控制器(bmc)中借助温度阈值和温度梯度来识别热扩散。为此将温度值通过单体监控电子装置、尤其是单体管理控制器(cmc)经由总线发送给bmc，该bmc分析温度值，在此通常以一秒时间间隔(ein-sekunden-takt)经由车辆总线向bmc发送温度值。
3.由于所使用的总线系统的有限的带宽和预先给定的传输时间间隔，所以测量的温度值既不能实时地、又不能以技术上可行的数值范围在cmc和bmc之间进行传输。
4.由此可能发生，温度传感器本身在温度值的两次传输之间由于一个或多个电池单体的热失控——所述热失控可能在100ms至500ms内进行——而损坏，因此由bmc既不能确定温度梯度也不能确定过高的单体温度，这是因为cmc仅还能发送错误值。此外，bmc不能确定是传感器故障还是热失控或热扩散导致了传感器信号的错误值。
5.由文献de 10 2013 013 170 a1已知一种具有调温装置的电池和一种用于对电池调温的方法。该电池包括电池单个单体、用于电池和/或电池单个单体的温度监控装置和电池管理系统。
6.由文献de 2018 214 749 a1已知了一种电池系统，其具有电池壳体、电池单体保持件和电池管理系统，所述电池单体保持件布置在电池壳体之内并且具有多个电池单体。电池管理系统被设置用于监控多个电池单体并且检测各个电池单体的温度。
7.文献us 2019/0296407 a1公开了一种具有多重区域热电偶(mehrfachzonenthermoelement)的、电池模块的温度监控系统，该温度监控系统构造用于确定沿着电池模块的深度在不同位置上的多个温度。


技术实现要素：

8.本发明的目的是，更好地识别电池单体的热扩散的发生。
9.该目的通过独立权利要求实现。本发明的有利的改进方案通过从属权利要求、以下描述以及附图公开。
10.本发明基于这种认识，即，如果测量数据已经能够在单体管理控制器中、也就是说在监控电子装置自身中被处理并且仅结果被发送给电池管理控制器，则可以绕过在测量数
据经由总线向电池管理控制器传送时的“瓶颈”。
11.通过本发明提供一种用于识别机动车的动力电池的至少一个电池单体的电池单体热失控和/或热扩散的方法。该方法包括步骤a)：通过单体管理控制器(“cell management controller”、cmc)的温度传感器来确定电池单体的温度值，其中，以预先规定的读取时间间隔来确定温度值。步骤b)：通过cmc的分析单元来确定所确定的温度值中的至少一个温度值是否满足预先给定的热扩散条件；步骤c)：如果不满足预先给定的热扩散条件，则以预先给定的传输时间间隔将所确定的温度值传输给电池管理控制器(bmc)，该电池管理控制器也可以被称为电池管理系统(“battery management system”)，其中，读取时间间隔小于传输时间间隔；以及步骤d)：如果满足预先给定的热扩散条件，则通过cmc将扩散报警信号传输给bmc。
12.换句话说，由单体管理控制器的温度传感器以预先给定的读取时间间隔确定温度值，并且由分析单元分析温度值。分析单元检查所测量的温度值是否符合预先给定的热扩散条件，其中热扩散条件可以具有所确定的温度值的对于热扩散典型的模式。例如，高温度值或陡的温度梯度可以指示热扩散。尤其是，用于确定温度值的预先给定的读取时间间隔可以是短暂的，优选地小于传输时间间隔。读取时间间隔尤其可以小于一秒，例如小于100ms或小于10ms。优选地，温度传感器可以构造用于测量高于100℃的温度。单体管理控制器可以具有例如微控制器或专用集成电路(asic)作为分析单元，该微控制器或专用集成电路可以接收和评估测量数据。
13.根据分析单元的分析，如果不满足预先给定的热扩散条件，则可以以车辆总线的预先给定的传输时钟/传输节拍、也就是以预先给定的传输时间间隔将所确定的温度值传输给电池管理控制器，以用于进一步处理。预先给定的传输时间间隔可以通过车辆总线来预先给定并且在同步的数据传输的范围内执行。通常传输时间间隔可以具有一秒的时间。
14.如果满足预先给定的热扩散条件，则单体管理控制器可以向电池管理控制器发送扩散报警信号。扩散报警信号例如可以具有分析单元的分析结果。附加地，例如可以将一个或多个最后测量的温度值与扩散报警信号一起传输给电池管理控制器。
15.通过本发明得到如下优点，即能够以小得多的读取时间间隔记录和处理电池单体的温度值。由此能够在温度传感器本身被热扩散破坏之前识别到热扩散，特别是温度值的快速升高。此外，扩散报警信号的传输需要更少的带宽来传输到电池管理控制器，由此可以继续向电池管理控制器提供电池单体的整个状态的全貌。尤其是通过根据本发明的方法可以更可靠地识别热扩散的发生。
16.本发明还包括产生其他优点的实施方式。
17.一个实施方式规定，如果温度值中的至少一个温度值高于预先给定的阈值，则在步骤b)中满足热扩散条件。也就是说，如果所测得的温度值高于预先给定的阈值，则通过cmc向bmc传输扩散报警信号。优选地，阈值可以被预先给定为85℃。通过该实施方式得到如下优点，即可以提早识别电池单体的有危险的温度。
18.在另一实施方式中提出，通过分析单元确定所确定的温度值的温度斜率(temperatursteigung)，如果温度斜率高于预先给定的斜率阈值，则在步骤b)中满足热扩散条件。换言之，可以由温度值确定温度的斜率或梯度。然后，借助温度斜率可以检查，温度斜率是否高于预先给定的斜率阈值。如果是高于斜率阈值的情况，则可以满足热扩散条件，
并且可以将扩散报警信号传输到bmc。温度斜率或温度梯度指的单位时间的温度变化，即例如℃每秒或开尔文每秒。为了确定温度斜率，温度值可以例如以已知的读取时间间隔被暂存在cmc的循环缓冲器中，其中斜率可以由两个温度值之间的温度差与两个温度值之间的读取时间间隔的商来确定。另选或附加地，也可以使用多个温度值来确定温度斜率。优选规定，斜率阈值被预先给定为30开尔文每秒。通过该实施方式得到的优点是，借助于剧烈的温度升高、即高的温度上升梯度已经能够在例如cmc的温度传感器被热扩散破坏之前提前识别热扩散。
19.另一实施方式提出，还通过cmc确定电池单体的电压值，其中,通过分析单元确定电池单体的电压值是否下降了预先给定的电压降值，其中，如果电压值下降了预先给定的电压值，则作为扩散报警信号的补充或替代，向bmc发送电压降信号。换言之，除了温度值之外，还可以确定电压值并且由分析单元进行检查。电压值例如可以由电池单体的电压传感器确定，例如以低于10ms的采样速率。如果分析单元确定电压值下降了预先给定的电压降值，即电压值的斜率高于预期值，则作为扩散报警信号的替代或补充，可以向bmc发送电压降信号。尤其是可以检查，与通过同一个cmc监控的其他电池单体相比，电压值是否下降了预先给定的电压降值，其中，如果是肯定的，则发送电压降信号。通过该实施方式得到的优点是，bmc获得电池单体的电压值的附加信息，由此可以更好地确定扩散报警信号是温度传感器的故障还是热扩散。尤其是在同时满足热扩散条件和电压降的情况下，就可以认定热扩散。通过该实施方式得到的优点是，电压值可以用于优化方法并且因此可以提供对热扩散的更好识别。
20.在另一实施方式中提出，在步骤d)中，与传输时间间隔无关地将扩散报警信号传输给bmc。同样，可以与传输时间间隔无关地将电压降信号传输给bmc。对于从cmc向bmc传输扩散报警信号，可以使用异步数据传输技术。尤其是在识别到预先给定的热扩散条件时可以触发扩散报警信号的传输，由此能够在由车辆总线预先给定的传输时间之外发送该扩散报警信号。这种实施方案的优点是，当发生热扩散时，可以立即通知bmc。尤其是由此可以在最不利的情况下在传输时间间隔之前发送扩散报警信号。因此，总体上可以提供更快的警报和对热扩散的更好的识别。
21.另一种实施方式提出，通过bmc接收扩散报警信号和/或所确定的温度值，其中，bmc根据接收到的扩散报警信号和/或接收到的温度值来向机动车驾驶员和/或机动车制造商和/或第三方发出警报。换言之，bmc可以在接收到扩散报警信号和/或所确定的温度值之后决定：是否向机动车驾驶员和/或机动车制造商发送热扩散警告。另选或附加地，可以向第三方、尤其是向救援人员或主管部门发送警告。例如可以在识别到热扩散时向消防队发出警告，其中，该警告可以包括机动车的位置。优选地，bmc例如可以操控机动车的通信装置，该通信装置向机动车的制造商和/或第三方发出警告。例如可以通过机动车的显示设备和/或机动车的音频设备、例如扬声器来警告机动车的驾驶员。通过该实施方式得到的优点是，在识别到热扩散时可以快速采取预防措施，这提高了安全性。
22.本发明的另一方面涉及一种用于识别机动车的动力电池的电池单体的热扩散的电池报警系统，其中，所述电池报警系统包括单体管理控制器(cmc)，其中，该cmc被构造用于通过温度传感器以预先给定的读取时间间隔确定电池单体的温度值，其中，cmc的分析单元构造用于确定所确定的温度值中的至少一个温度值是否满足预先给定的热扩散条件，其
中，cmc还构造用于，如果不满足所述预先给定的热扩散条件，则以预先给定的传输时间间隔将所确定的温度值传输给电池管理控制器(bmc)，其中，所述读取时间间隔小于所述传输时间间隔，其中，cmc被构造用于，如果满足预先给定的热扩散条件，则向bmc传输扩散报警信号。换句话说，提供一种具有单体管理控制器的电池报警系统，其中，该单体管理控制器被设计成，执行根据前述实施例之一的方法。在此得到与在该方法中得到的相同的优点和变型可能性。
23.根据本发明，还提供一种具有这种电池报警系统的机动车。根据本发明的机动车优选设计为汽车，尤其是轿车或载重汽车，或设计为乘用巴士或摩托车。
24.本发明还包括一种用于机动车的控制设备。控制设备可以具有数据处理设备或处理器装置，该数据处理设备或处理器装置被设置用于执行根据本发明的方法的实施方式。为此，处理器装置可以具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器和/或至少一个fpga(field programmable gate array、现场可编程门阵列)和/或至少一个dsp(digital signal processor、数字信号处理器)。此外，处理器装置可以具有程序代码，该程序代码被设置用于，在通过处理器装置执行时执行根据本发明的方法的实施方式。程序代码可以存储在处理器装置的数据存储器中。
25.本发明还包括根据本发明的电池报警系统的改进方案，所述改进方案具有如已经结合根据本发明的方法的改进方案所描述的特征。出于这个原因，在此不再描述根据本发明的电池报警系统的相应的改进方案。
26.本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。因此，本发明还包括如下实现方式，这些实现方式分别具有并未被相互排斥描述的实施方式中的多个实施方式的特征的组合。
附图说明
27.下面描述本发明的实施例。为此示出：
28.图1示出了具有根据一种示例性的实施方式的电池报警系统的示意性示出的机动车；
29.图2示出了根据一个示例性实施方式的方法示意图。
具体实施方式
30.下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式所描述的各部分分别是本发明的各个可彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开旨在包括实施例的特征的除了所示组合之外的组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其他特征来补充。
31.在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
32.在图1中示出了具有根据示例性的实施方式的电池报警系统12的机动车10。机动车10可以是具有动力单池14的电驱动的机动车10。动力电池14可以包括电池模块，其中电池模块具有至少一个电池单体16。
33.为了识别热扩散，也就是说，电池单体16和/或其他电池单体的热失控，电池报警系统12可以包括单体管理控制器(cmc)18，其中单体管理控制器18可以被构造用于，操控电
18中以高得多的采样速率记录和处理温度值。因此还可以在温度传感器20本身被热扩散破坏之前识别陡的梯度(温度斜率)。通过cmc 18的扩散报警信号传输，还为bmc 24提供了整个情况的全貌以供最终决定是否发送警告。
39.在图2中根据示意性实施方式示出用于识别机动车10的动力电池14的电池单体16的热扩散的示意性方法流程图。在步骤s10中，通过单体管理控制器18的温度传感器20确定电池单体16的温度值，其中以预先给定的读取时间间隔测量温度值。在步骤s12中，由单体管理控制器18的分析单元22确定：所确定的温度值中的至少一个温度值是否满足预先给定的热扩散条件。如果不满足预先给定的热扩散条件，则在步骤s14中将所确定的温度值以预先给定的传输时间间隔传输给电池管理控制器24。在此优选地，用于确定温度值的温度传感器20的读取时间间隔小于向电池管理控制器24的传输时间间隔。如果在步骤s12中确定：满足预先给定的热扩散条件，则可以在步骤s16中将扩散报警信号从单体管理控制器18传输给电池管理控制器24。
40.总体上，这些示例示出了，如何能够通过本发明提供一种用于在单体管理控制器18中进行热扩散识别的方法，以满足电动车辆的动力电池的安全规定。