电池模块、蓄能器装置以及用于探测液体的方法与流程

本发明涉及一种用于蓄能器装置的电池模块，其中，电池模块具有用于布置在电池壳体的壳体底部上的下侧、基于第一方向与下侧相对置的上侧、至少一个与下侧和上侧不同的外侧、以及至少一个液体传感器，借助于液体传感器可探测液体。此外，本发明也涉及一种具有这种电池模块的蓄能器装置以及一种用于探测在电池模块区域中的液体的方法。

背景技术：

1、在此，本发明优选地涉及用于车辆、尤其是电动车的高压蓄能器系统的领域。在目前的高压蓄能器系统、例如锂离子蓄电池中使用冷却系统，冷却系统可以包含位于电池的内部中，也就是说位于电池壳体之内的元件。在可能的故障情况中，冷却介质可以从冷却系统中离开并且到达蓄能器系统的内部中。此外，在故障情况中，水可能从外部到达电池中。通常，如果液态的介质未被吸水的材料吸收，该液态的介质以未被吸收的方式留在该处并且可以自由扩散或运动。在量足够或者在情况不适宜时，这种液态介质可能直接导致后果严重的电池故障或失效。所述介质也可能间接地导致其它电池故障。

2、就此而言，de 10 2013 212 859 a1阐述了一种用于减弱在车辆中的电池损坏的系统，车辆包含液体冷却的电池系统，其中，该系统包含一个或多个冷却介质泄漏传感器。与冷却介质泄漏传感器在通讯技术上相联接的冷却介质泄漏探测系统可以设计成，根据由冷却介质泄漏传感器提供的信息探测在电池系统中出现的液态的冷却介质的泄漏。当探测到液态的冷却介质泄漏时，可以通过冷却介质泄漏探测系统操纵与冷却介质泄漏探测系统在通讯技术上相联接的一个或多个阀，由此实现从电池系统中排出漏出的液态的冷却介质。在此，冷却介质泄漏传感器可以定位在策略性的部位处，例如电池系统中或液体冷却系统中，在热交换器附近，在管路连接部附近，或者在电池垛或电池模块的电池系统附近处或中的一个或多个策略性的部位处。

3、如此使用多个液体探测传感器非常消耗结构空间。这主要是因为，这种传感器必须连在测量单元或控制器处，并且因此布线复杂度也非常高。然而，刚好在电池系统中结构空间非常有限。此外另一问题在于，对于不能可靠地通过探测系统探测到液体的情况，也不能激活液体从电池系统中的排出。

4、此外，de 10 2015 108 546 a1阐述了一种用于排出渗入电装置中的液体的设备，其中，该设备具有打开装置，以打开在电装置中的出口，其中，打开装置在液体渗入电装置中时可与液体相互作用，通过该相互作用可激活通过打开装置打开出口。打开装置可以具有缸体，缸体至少部分地被吸收液体的材料填充。此外，打开装置也可以具有用于探测出口的打开的传感器装置。

5、但如果出于一些原因出口未打开，则因此也不可能探测到液体。

6、此外，de 10 2014 203 919 a1阐述了一种具有接头元件和两个触点的电池系统，电池系统构造成可联接在电芯或部件处并且具有处理装置，处理装置构造成用于获取在触点之间的电阻测量值，以据此探测液体。在此，触点布置在电芯的上侧处。但由于重力，液体通常聚集在壳体的底部处，该液体不能通过这种类型的传感器探测到。

7、此外，de 10 2018 200 922 a1阐述了一种用于识别对于高压蓄能器危险的状态的传感器装置，其具有用于布置在高压蓄能器的蓄能器壳体中并且用于获取测量信号的传感器单元，以及用于评估测量信号的评估单元。在此，传感器装置设计成，将在蓄能器壳体中存在液体识别成危险的状态。在此，传感器单元在冷却结构中的集成或在冷却器和壳体底部之间的布置非常复杂。

技术实现思路

1、因此本发明的目的是，提供一种电池模块、一种蓄能器装置以及一种方法，其以尽可能简单且节省结构空间的方式实现尽可能可靠地探测在电池模块的区域中的液体。

2、该目的通过具有根据相应的独立权利要求所述的特征的电池模块、蓄能器装置以及方法实现。从属权利要求、说明书以及附图的主题是本发明的有利的设计方案。

3、用于蓄能器装置的根据本发明的电池模块具有用于布置在电池壳体的壳体底部上的下侧、基于第一方向与下侧相对置的上侧、至少一个与下侧和上侧不同的外侧、以及至少一个液体传感器，借助于液体传感器可探测液体。在此，传感器具有探测器，探测器布置在电池模块的外侧处并且朝着电池模块的下侧的方向向下延伸。

4、在此，本发明基于的认识是，这种液体传感器、尤其是探测器可以尤其简单且节省结构空间的方式集成在电池模块的外侧处，因为在该区域中，也就是说在这种外侧处，通常总归已经布置了电池模块的其它电的和/或电子的部件，例如cell module controller(电芯模块控制器，缩写cmc)，其以下也称为电芯模块控制器或模块控制单元。由此，液体传感器可以以尤其简单的方式集成在已经现有的电的或电子的部件中，或实施成这种部件的一部分，由此，仅仅需要很少地改变这种部件。此外，探测器可以以简单的方式与这种部件，例如电芯模块控制器电连接，从而也可以整体地将布线复杂度降到最低。例如，传感器可以布置在包括在电芯模块控制器之内的电路板上。同时，通过探测器实施成向下延长还实现，可靠地探测在电池模块的区域中、尤其是在其下侧的区域中的液体。由于重力，液体恰好首先聚集在此处。在此在与电池模块的上侧和下侧不同的外侧处提供液体传感器或其探测器附加地具有的优点是，电池模块的上侧和/或下侧可以以简单的方式连在冷却体或冷却装置上。尽管如此，在电池模块的下侧的区域中附加地可以可靠地探测到液体，这通过以下方式实现，即，探测器构造成向下延伸。同时，不需要复杂地将探测器集成到冷却结构等中。通过附加地设置这种液体传感器，目前为止的具有这种电池模块的蓄能器的设计方案和构想保持完全保持不变。由此，为了可靠地探测在电池模块的下侧的区域中的液体并且由此例如通过输出警报、切断电池系统、排出液体和/或采取其它措施及时地保护电池模块不受液体引起的损坏，通过本发明提供了尤其简单的、有效的且尤其节省结构空间的方案。

5、例如，优选地为电池模块设置的蓄能器装置可以是机动车的高压蓄能器，高压蓄能器以下也简单地称为高压电池。在此，这种高压电池也可以具有多个这种电池模块。此外，如果高压电池具有多个这种电池模块，可以为每个电池模块提供至少一个自己的相关联的液体传感器。自动地从中得到液体传感器分布的布置方案，这实现，在电池系统中的不同位置上彼此无关地探测液体。这提高了可靠性和安全性。此外也可行的是，电池模块不是具有仅仅一个这种传感器，而且例如也具有两个或多个传感器。例如，另一液体传感器可以布置在电池模块的相对的外侧处。由此，可以进一步提高可靠性和安全性。在此，术语，上侧和下侧可以基于电池模块在机动车中优选的或正确的安装位置。在这种情况中，以上所述的第一方向平行于车辆竖轴定向。如稍后还将详细解释的那样，电池模块可以具有一个或多个电芯。这种电芯例如可以构造成锂离子电芯。原则上，电芯此外可以构造成棱柱形电芯、软包电芯或圆形电芯，其中，刚好与以下还将详细阐述的液体传感器的布置形状相结合，构造成棱柱形电芯或软包电芯的电芯是尤其有利的。即，电芯可以结合成电芯组或电芯组，并且被框架夹紧，于是，框架也可以同时用作用于液体传感器或其探测器的载体。

6、探测器尤其是理解成液体传感器的一部分，为了探测液体，探测器必须直接与液体物理接触。通过液体与探测器的接触，可以通过液体传感器探测液体的存在。在最简单的情况中，液体传感器可以基于电阻测量。作为探测器，例如可以设置两个电导体，电导体彼此具有距离并且通过该距离彼此电绝缘，从而在这两个导体的第一导体端部之间施加电压时，没有电流流过导体，至少不是在正常状态中流过导体。但如果相对的导体端部浸入液体中，则通过该液体在两个导体件之间建立导电连接并且减小在两个导体之间的电阻。这也可以根据目前存在的电流量测定。也可设想感应式地测定或者这种液体传感器的其它形式的构造方案。在基于电阻的液体传感器的情况中，所阐述的金属线例如可以理解成探测器。此外也可设想，液体传感器实施成具有作为探测器的芯部，该芯部可以有目的地容纳液态的介质并且随后将其引导到液体传感器的探测单元处。可以通过液体传感器的评估装置进行信号评估，但评估装置空间上不一定必须位于探测器附近。例如，可以通过电芯模块控制器或者通过上级的电池控制器进行信号评估。相应地，液体传感器的评估装置可以是这种模块控制单元或电池控制器的一部分。相应地，探测器可以联接在这种模块控制单元上或电池控制器上，尤其是又间接地通过模块控制单元联接。

7、因此，本发明的另一非常有利的设计方案是，电池模块具有模块控制单元，其中，探测器与模块控制单元电连接，并且其中，模块控制单元设计成，评估由探测器提供的测量信号和/或将其传输给电池控制器。这种模块控制单元在此刚好与电池模块相关联。因此，如果高压电池具有多个电池模块，则可以为每个电池模块分配一个这种自己的模块控制单元。模块控制单元又可以电地和/或通讯地与上级的电池控制器相连接。在此，模块控制单元是电池模块的一部分。优选地，如稍后详细阐述的那样，模块控制单元同样布置在电池模块的外侧上。因此，通过空间上在模块控制单元附近，探测器可以以尤其简单的方式在没有非常复杂地布线的情况下电联接在该模块控制单元上。同时，模块控制单元可以以简单的方式进行由探测器提供的测量信号的评估。备选地，模块控制单元也可以将该测量信号传输给已经所述的上级的电池控制器，随后，电池控制器相应地可以进行该测量信号的评估。如果根据对该测量信号的评估探测到存在液体，则又可以据此采取另一安全措施。这种安全措施例如可以包括，向机动车的驾驶员输出警报和/或切断包括电池模块的电池系统。也可行的是，因此采取将液体从容纳电池模块的电池壳体中排出的措施。但优选地，这种液体排出由独立的排水阀实现，稍后还将对其详细阐述。

8、在本发明的另一非常有利的设计方案中，电池模块具有带有至少一个电芯的电芯组和带有模块框架的模块壳体，模块框架布置成环绕电芯组并且提供所述至少一个外侧，其中，在外侧处布置至少一个电的和/或电子的部件，并且其中，探测器构造成该部件的一部分。这实现了尤其有效且节省结构空间地提供探测器。为了实现提供这种探测器的目的，这种电的和/或电子的部件可以简单地具有向下的，也就是说朝着电池模块的下侧方向的结构上的延长部。为了信号评估和/或传输的目的，通过提供探测器作为这种电的和/或电子的部件的一部分，也尤其简单地且节省结构空间地将探测器电连在这种部件上。

9、优选地，在此电芯组不是具有仅仅一个唯一的电芯，而是具有多个在堆垛方向上并排布置的电芯，其中，堆垛方向相应地垂直于以上定义的第一方向。这种电芯组例如可以在堆垛方向上在两侧被所谓的端板限制。端板可以是以上所述的框架的一部分。两个端板可以在堆垛方向上通过两个侧板相互连接，侧板基于垂直于第一方向并且垂直于堆垛方向的第三方向彼此相对。侧板也可以是模块框架的一部分。因此，通过这两个侧板和端板，提供模块框架，模块框架包围方形的容纳区域，具有至少一个电芯的电芯组相应地布置在该容纳区域中。于是，端板以及侧板例如可以相应地提供电池模块的四个外侧，其中，探测器可以布置在这四个外侧中的至少一个上，尤其是作为所阐述的电的和/或电子的部件的一部分。

10、在本发明的一种非常有利的设计方案中，模块控制单元是部件/形成所述部件，尤其是其中，模块控制单元布置在电池模块的一端侧上，该端侧通过框架的端板提供，端板基于与第一方向垂直的堆垛方向限制电芯组。通过将探测器仅构造成模块控制单元的一部分，探测器也可以以尤其简单的方式电连在模块控制单元上。尤其是，例如探测器或至少其大部分可以容纳在模块控制单元的相同的壳体中，在该壳体中也容纳模块控制单元的剩余部件。为了该目的，模块控制单元的壳体同样可以构造在向着电池模块的下侧的方向延长。同时可以尤其受保护的方式将探测器安装在此处。此外，由此可以在通常不被利用的结构空间中提供探测器。于是，由此不必为这种液体传感器的集成设置附加的结构空间。

11、根据本发明的另一非常有利的设计方案，电池模块具有柔性的电路板，借助于该柔性的电路板可提供在电池模块的模块控制单元上的至少一个与电芯相关的电芯测量参数，其中，柔性的电路板是部件/形成所述部件。换句话说，探测器也可以构造成该柔性的电路板的一部分或者联接在柔性的电路板上。因此，柔性的电路板同样可以构造成具有向着电池模块的下侧的方向的局部的延长部，液体传感器的探测器可以布置在该延长部上。柔性的电路板通常载有导体电路，导体电路将电池模块的电芯的不同测量参数提供给模块控制单元。这种测量参数例如是测定的电芯电压、测定的模块电压、电芯电流或模块电流、电芯温度或模块温度，等。因此，这些参数相应于电参数通过柔性的电路板提供给模块控制单元。因此，柔性的电路板包括在电芯或电芯组处相应的测量截取部和模块控制单元之间的导电连接。例如，柔性的电路板可以沿着以上阐述的侧板引导，直至模块控制单元。例如，模块控制单元可以具有联接装置，柔性的电路板的对应的联接装置可以插入该联接装置中。这种联接装置又可以具有多个单个接头，这些单个接头与相应的端口或输入信号对应。于是，液体传感器的探测器有利地可以占用一个另外的这种端口，或者通过柔性的电路板引导到模块控制单元的这种端口处。由此，液体传感器或探测器可以尤其简单且有效的方式集成在现有部件中。

12、如已经所述的那样，电池模块也可以具有多个液体传感器。相应地也可设想，例如这种传感器中的一个实施成模块控制单元自身的一部分并且另一传感器例如实施成柔性的电路板的一部分。例如尤其有利的是，这种液体传感器或探测器分别设置在电池模块的相应的端板处或相应的端侧处。由此，可以在电池模块的两个端部处提供可靠的液体探测。因此，当电池模块在空间中的定向不同时，也可以至少通过传感器中的一个探测到存在的液体。这是非常有利的，因为可以包括这种电池模块的机动车通常不是持续保持水平。

13、为了进一步提高在探测液体时的可靠性，还存在多种其它措施，下面尤其是结合根据本发明的蓄能器装置或其设计方案详细解释这些措施。

14、因此，本发明也涉及一种具有根据本发明的电池模块或其设计方案之一的蓄能器装置。由此，对于根据本发明的电池模块及其设计方案阐述的优点以相同的方式适用于根据本发明的蓄能器装置。

15、此外优选的是，蓄能器装置具有电池壳体，电池壳体具有壳体底部，电池模块以下侧面对壳体底部的方式布置在壳体底部上。如以上已经所述的那样，蓄能器装置例如可以构造成高压电池。在电池壳体中，除了所述电池模块之外还可以容纳其它电池模块，这些电池模块尤其是可以全都构造成相同形式。换句话说，所述其它电池模块可以如对根据本发明的电池模块或其设计方案所阐述的那样构造。

16、因此，电池模块现在以其下侧面对壳体底部的方式布置在电池壳体中。由此，液体传感器可以以尤其简单且可靠的方式探测在壳体底部的区域中的液体。

17、在此，根据本发明的另一有利的设计方案规定，探测器相对于壳体底部的基于第一方向直接布置在探测器下方的底部区域具有预确定的距离，尤其是其中，壳体底部基于第一方向具有至少一个布置在底部区域处的凹入部。

18、因此，探测器相对于底部区域具有确定的距离具有的优点是，仅少量的液体不会立刻导致液体传感器的激活。与所出现的冷凝水相关，这种少量的液体在电池壳体中的存在相对频繁。但这种少量的液体不妨碍高压电池的运行。即，在这种情况中不期望激活液体传感器。基于液体传感器来打开排水阀等会导致，电池壳体的内部由于通向外部的流体连接而可能被污染。此外，多种出口设计成不再能逆向关闭。在这种情况中，不可避免地需要返厂。通过探测器相对于壳体底部、尤其是相对于底部区域(探测器布置在该底部区域之上)具有确定的距离，可以有效地避免过度频繁的误激活。因此，在以预测的方式使用时，在高压蓄能器系统中出现的冷凝水不影响系统。

19、与此无关地也可以规定，壳体底部直接在探测器下方的所描述的底部区域中具有凹入部。例如，探测器也可以部分地伸入该凹入部中。这具有的优点是，甚至在机动车稍微倾斜时，液体也聚集在该凹入部中，从而在这种情况中也实现可靠地探测液体。因此，通过设置这种凹入部可以进一步提高探测可靠性。但在这种情况中也可以规定，尽管与周围更高的壳体底部的区域相比该探测器的最低点也更向下方凸伸，探测器还是相对于凹下的端部区域具有确定的距离。换句话说，虽然与壳体底部其它几个例如包围凹入部的区域相比，尤其是基于以上定义的第一方向，探测器的最低点布置在更低处，但最低点还是不能与在该凹入部中的底部区域直接接触，而是同样相对该底部区域具有确定的距离。冷凝液也可以相应地聚集在凹入部中，但是不会立刻导致液体传感器激活。

20、根据本发明的另一非常有利的设计方案，壳体底部具有用于收集冷凝液体的至少一个凹槽或也具有凹槽结构，当处于该至少一个凹槽中的状态时，该冷凝液体不可被至少一个液体传感器探测。有利地，这种在壳体底部中的凹槽也实现了，少量的液体、如以上阐述的冷凝水聚集在该凹槽中。于是，该液体不会到达液体传感器下方的底部区域中并且由此也不能被探测器探测到。由此，通过这种凹槽也可有利地避免，在壳体中有少量的无害的液体时激活液体传感器。此外，凹槽结构可以理解成布置了多个凹槽。优选地，这些凹槽布置在壳体底部的未布置电池模块的区域中。

21、此外也可设想，如已经所述的那样，液体传感器实施成具有作为探测器的芯部，该芯部有目的地容纳液态的介质并且随后可以将其引导到探测单元处。探测单元也可以集成在cmc中，或者位于柔性的电路板处。因此，通过这种芯部，所存在的液体由于毛细管效应而向上爬升，其中，爬升高度又与液体量相关。由此，可以可靠地探测更大量的液体。这种芯部也可以设计成，少量的液体不导致激活。备选地或附加地，也可以再次规定，这种芯部相对于底部区域具有一定的最小距离。

22、在本发明的另一非常有利的设计方案中，壳体底部具有至少一个排水阀，排水阀设定成，根据在排水阀的区域中是否存在液体，排水阀打开以用于从电池壳体中导出液体，其中，至少一个排水阀设计成，与通过至少一个液体传感器对液体的探测无关地，排水阀在至少一个排水阀的区域中存在液体时打开。换句话说，这种排水阀实施成不可操控的阀，而是一旦在排水阀的区域中出现液体或确定的最少量的液体，排水阀可以自动打开。在此，排水阀也可以实施成单纯机械式的，或者也可以基于化学反应。例如，这种排水阀可以实施成具有封闭部，封闭部在与液体接触时溶解或者在与确定的液体接触时溶解并且由此释放从壳体中的开口。这种阀也可以设计成，在作用到阀上的压力足够高时打开，该压力可以由作用到阀上的重力相关，该重力又由于液体聚集引起。阀也可以构造成具有在潮湿时或在与液体接触时收缩或进行类似动作并且由此释放开口的材料。也可设想以这种方式被动地打开排水阀的多种其它构造方案。由此有利地，这种排水阀的打开与借助于液体传感器对液体的探测无关。由此，给出了附加的、冗余的保护机制，但该保护机制基于另一测量原理并且附加地布置在另一部位处。有利地，这种被动的排水阀不需要操控机构。这再次简化了布线复杂度，尤其是也可以完全省去布线。即使例如虽然在电池壳体中存在液体但液体传感器自身未激活，在这种情况中该被动的排水阀还是可以确保可靠的液体排出。在相反的情况中，当排水阀由于任何原因不能打开时，也还是可以借助于液体传感器探测液体，并且例如输出相应的警报信息，或者采取另一安全措施。在这两种情况中，至少不是完全注意不到所存在的液体。

23、在本发明的另一非常有利的设计方案中，至少一个排水阀具有打开传感器，打开传感器设计成，探测至少一个排水阀的打开并且将其报告给蓄能器装置的控制装置，尤其是再次报告给模块控制单元或电池控制器。由此，有利地也可以探测该排水阀的打开。例如，如果液体传感器未探测到存在液体，但排水阀由于存在液体而打开，则这有利地可以通过打开传感器探测并且报告给控制装置。这降低了忽视在壳体中存在的液体的风险。因此，在故障情况中通过所阐述的排水阀可立即并自动地从电池中排出水。该可选的排水阀此外优选地配备有合适的感测装置，该感测装置在此称为打开传感器。这种传感器，也就是说打开传感器可以通过例如缆线或者通过合适的无线的传输路径电地传输到cmc或其它传感器处。

24、在此，此外尤其有利的是，电池壳体具有多个这种排水阀。在此证实为尤其有利的是，分别在电池壳体底部的角部中设置一个这种排水阀。优选地，排水阀如此定位在系统中，使得保证在任意车辆姿态中都排出水，也就是说，同样在上坡或下坡的情况中，等。有利地，在高压蓄能器的每个角部中安装这种阀。电池壳体底部优选地实施成矩形的，从而优选地总共设置四个这种排水阀。由此，与蓄能器装置当前的倾斜无关地，始终可以保证可靠地探测在壳体中的液体。

25、此外，具有根据本发明的电池模块或其设计方案之一、或者具有根据本发明的蓄能器装置或其设计方案之一的机动车也被视为属于本发明。

26、根据本发明的机动车优选地设计成汽车，尤其是乘用车或载重货车，或者公共汽车或摩托车。

27、此外，本发明也涉及一种用于探测在用于蓄能器装置的电池模块的区域中的液体的方法，其中，电池模块具有用于布置在电池壳体的壳体底部上的下侧、以及基于第一方向与下侧相对置的上侧、以及至少一个与下侧和上侧不同的外侧。此外，电池模块包括至少一个液体传感器，借助于液体传感器可探测液体。在此，借助于布置在电池模块的外侧处并且向下朝着电池模块的下侧的方向延伸的液体传感器的探测器探测液体。

28、在此，对于根据本发明的电池模块及其设计方案以及对于根据本发明的蓄能器装置及其设计方案所述的优点也以相同的方式适用于根据本发明的方法。

29、本发明也包括根据本发明的方法的改进方案，这些改进方案具有已经结合根据本发明的电池模块和根据本发明的蓄能器装置的改进方案阐述的特征。出于这一原因，在此不再次阐述根据本发明的方法的相应的改进方案。

30、本发明也包括所阐述的实施方式的特征的组合。即，本发明也包括分别具有所阐述的实施方式中的多个的特征的组合的实现方案，只要没有以彼此排除的方式阐述这些实施方式。