用于探测电池组壳体中的湿度的方法以及电池组系统与流程

1.本发明涉及一种用于探测电池组壳体中的湿度（feuchtigkeit）的方法。此外，本发明还涉及一种具有用于探测湿度的装置（anordnung）的电池组系统。在本发明的意义上的电池组系统尤其是意味着机动车辆的高压电池组系统、优选用作驱动蓄能器的高压电池组系统，这些高压电池组系统也称为驱动电池组。高压电池组系统通常布置在灰尘和/或液体密封的电池组壳体中。由高压电池组系统提供的电压通常为大于30v、优选至少有40v、进一步优选地至少为100v并且特别是优选地在100v和400v之间。更高电压也是可能的，例如400v至800v或者也超过1000v。


背景技术：

2.为了避免在压力波动情况下的变形，这样的电池组壳体通常具有一个或多个压力补偿元件。这些压力补偿元件在大多情况下也包括以针对水蒸气分子的薄膜的形式的均衡元件，以便避免通过水蒸气而有湿气侵入（eindringen）。然而这些薄膜随着使用寿命增长而越来越丧失其功能，这导致随着使用寿命增长也可能使越来越多的湿气通过压力补偿元件而渗入（dringen）到电池组壳体中。
3.从de102013212593a1中已知一种用于监控电气系统中、在电池组壳体中以及在电池组系统中的湿度（feuchte）的方法和设备（vorrichtung）。该设备包括用于检测电池组壳体的内部空间中的测量值的传感器装置以及处理装置，该处理装置被构造用于，评估所检测的测量值、根据所评估的测量值确定在电池组壳体的内部空间中的相对湿度（relativefeuchte）并且在所确定的相对湿度达到预先确定的临界值或值范围时或者脱离预先确定的安全的或容许的值或值范围的情况下采取措施。该方法同样基本上基于相对湿度和温度的测量值。


技术实现要素：

4.本发明所基于的任务在于：提供一种用于探测电池组系统中的湿度的方法以及具有用于探测湿度的装置的电池组系统，借助于所述方法以及电池组系统能够可靠地探测在电池组系统中的湿度，以便根据需要来促使执行（veranlassen）用于消除湿度的措施。
5.该任务的解决方案根据本发明而进行。本发明的其他实际的实施方式和优点结合下文来予以描述。
6.根据本发明的用于探测电池组壳体中的湿度的方法测量、存储和处理如下值：a）在电池组壳体中的相对湿度；b）在电池组壳体中的温度；和c）在电池组壳体之内和/或之外的空气压力，其中根据上面提及的、所测量的值而确定露点（taupunkt），并且其中根据相对湿度、根据在电池组壳体中的温度和根据空气压力而设定至少一个极限值，以便在超出所述极限值的情况下输出提示和/或促使执行技术措施。换言之，该方法基于如下原理：在考虑
电池组壳体中的温度以及考虑或者在电池组壳体之内和/或电池组壳体之外的空气压力的情况下连续地或准连续地（quasi-kontinuierlich）检测在电池组壳体中的相对湿度，以便根据这些参量来确定在电池组壳体中所包含的以计算得出的湿气量（feuchtigkeitsmenge）。因为在电池组壳体中的温度尤其是在所述电池组壳体是机动车的部分的情况下不仅由于电池组状态而且也由于变化的周围环境条件和行驶状态而通常经更大的温度范围来变化并且在保持不变的体积中的水蒸气的量众所周知地随着温度升高而增大，所以可以借助于前述的、所测量的值以计算的方式确定至少在该电池组壳体中所包含的湿气量。从实际中已知：在使用期限（nutzungsdauer）过程中的机动车的电池组壳体中的湿气量尤其是由于开头所描述的问题而可能增加，这是因为湿气膜（feuchtigkeitsmembranen）随着使用寿命增加而不再履行或者仅还部分地履行自身的功能。针对电池组壳体中的湿气可用的体积、也即电池组壳体的没有以电池组电池或其他元件来填充的体积可以针对每个车辆来计算或者以适合的方式和方法而被确定。在考虑该体积和上述所测量的值的情况下，可以连续地或者准连续地确定：在电池组壳体中至少包含有多少湿气量（气态或液态）并且在相应更小的温度情况下于是在电池组壳体中包含有以液态形式的多少湿气量。本发明基于另外的考虑：根据电池组壳体中的温度和电池组壳体之内和/或之外的空气压力能够例如针对相对湿度而预给定极限值，其中在低于所述极限值的情况下确保了：基于于是在电池组壳体中最多存在的液体而保证车辆的安全运行。所述液体量必须如此小，使得即便是在假定（annahme）液体转换成可导电的电解质和污染的情况下也不存在由于侵蚀或短接而造成的运行风险。利用根据本发明的方法可以以相对小的成本利用相对应的传感器而可靠确定出是否需要采取用于消除湿气的措施，以便保证机动车的安全运行。
7.如上文已经表明的，在根据本发明的方法的实际实施方式中可以作为电池组壳体中的相对湿度的极限值而定义至少一个湿度极限值，其中根据所测量的温度和所测量的空气压力而将所述至少一个湿度极限值与所测量的在电池组壳体中的相对湿度进行比较。在此，所测量的湿度极限值代表如下液体量，其中能够根据其他参量而以计算的方式从相对湿度的值确定所述液体量。就此而论，代替相对湿度而替代性地或补充地也可以将以计算方式确定的电池组壳体中的湿气量用作极限值。为了确定在电池组壳体中存在的以计算的方式得出的湿气量优选地采用从文献中已知的表格、图表和公式。与此相关地，尤其是参考t-s图表、h-s图表以及马格努斯（magnus）公式。在考虑电池组壳体的并不被构件所填充的、空闲的体积的情况下，于是可以确定至少在电池组壳体中所包含的湿气量。如果例如已知：对于空气可用的电池组壳体中的体积为1m3并且在30℃的温度情况下和1巴的压力情况下确定百分之百的相对湿度（完全饱和），则由此得出：单单在电池组壳体中的空气中就含有以水蒸气形式的30g的水。当温度进一步升高并且使得相对湿度于是在更高温度情况下从100%下降到更低的值时，可以利用根据本发明的方法而确定在电池组壳体中的以液态形式存在的可能的额外水量有多大。于是，可以根据在相对湿度就要从100%下降到更低值之前所测量的压力和最高温度值而假定：在电池组壳体中以液态形式所包含的总体的水是被蒸发的并且计算出相对应的量有多大。
8.然而，反之，从在30℃和1巴的压力的情况下的相对空气湿度已达到了100%的值这一认识而得出：在温度下降到20℃的情况下（附注：在该温度情况下1立方米的空气仅最大
能够容纳以水蒸气形式的17g的水），如果在此期间（zwischenzeitlich）没有湿气从电池组壳体中泄漏出，则在电池组壳体中包含有以液态形式的至少13g的水（30g-17g）。
9.优选地，针对每个壳体类型设定在预给定压力和预给定温度的情况下针对相对湿度的至少一个极限值，于是能够针对其他周围环境条件（温度、压力）以计算的方式确定所述极限值。替代地，也可以预给定多个极限值，并且以计算的方式通过如下方式来确定中间值：由预给定的值（例如由这两个下个出现（n
ä
chstkommend）的预给定的值）以计算的方式确定针对如下周围环境条件的其他极限值，其中对于所述周围环境条件不存在预给定的极限值。对此可以使用简单的或复杂的数学模型。在此，该电池组系统的运行安全性或者具有相对应的电池组系统的车辆的运行安全性应该是很重要的。
10.替代地或者补充性地，可以针对在电池组系统中最大可容忍的湿气量（例如以g为单位的湿气量，所述湿气量在考虑电池组壳体中针对空气可用的自由体积的情况下根据相对湿度、压力和温度的测量而得出）设定极限值。在此情况下，连续地或准连续地由所测量的值以计算的方式确定相对应的湿度量值并且将其与极限值比较。如果达到或超出所述极限值，则输出提示和/或促使执行技术措施。
11.在根据本发明的方法的另一实际实施方式中，设置第一极限值，在超出所述第一极限值的情况下输出提示和/或促使执行技术措施，并且设置第二极限值，所述第二极限值高于第一极限值并且超出第二极限值则触发：输出其他提示和/或促使执行其他技术措施。输出提示尤其是理解为：针对车辆驾驶员而确定的提示，该提示能够在机动车的显示器中被显示出来。这种提示可以例如在于：要求车辆驾驶员操纵电池组壳体的底部处所布置的开口，以便使水从电池组壳体流出。技术措施尤其是理解为：激活车辆侧存在的系统、例如具有泵或其他用于液体的输送设备的系统，其中所述输送设备使得在电池组壳体中已积聚的液体能主动（aktiv）从电池组壳体中输送出来。
12.作为针对与第二极限值相关联的提示的示例尤其是参考对车辆驾驶员的提示，所述提示要求所述车辆驾驶员使车辆不再进一步主动移动并且促使通过经授权的专业经销商来进行维护。替代性地或补充性地，提示或技术措施可以在于：限制或完全停止（abstellen）车辆的一个或多个功能，以便通过所述措施来以信号通知车辆驾驶员：（迫切地）需要在车间中或者通过被授权的专业经销商来执行所确定的技术措施，以便能够再次以全部功能利用该车辆。
13.因此，本发明可以借助于一种交通灯系统而得以实现，其中在该交通灯系统情况下第一极限值相应于“黄色警告级别”，并且第二极限值相应于“红色警告级别”，其中该系统的目标是：在识别中采取“黄色警告级别”措施，其中所述措施使该系统尽可能再次重置为无故障的（einwandfrei）“绿色状态”。应该尽可能避免达到可能会导致临时受限的有效性（nutzbarkeit）或者甚至导致车辆停歇（stilllegung）的“红色警告级别”。
14.补充性地提示：根据本发明的方法也适合用于识别出车辆的突然出现的状态，例如由于车辆“浸入（eintauchen）”到水域（gew
ä
sser）中或者在车行道上由于强降雨而已积聚的较大水量中而使得较大液体量侵入到电池组系统中，和/或由于在电池组壳体处的密封件的老化引起的或者技术上引起的失效而使得较大液体量侵入。
15.在根据本发明的方法的另一种实际的实施方式中，作为技术措施而激活能够由车辆系统和/或车辆驾驶员操纵的设备，以便将液体从电池组系统中输送出来。就此而论尤其
是参考如下变型。
16.在第一变型中，可以给电池组壳体配备针对负压泵（unterdruckpumpe）的连接端，以便根据需要而使用这样的负压泵以使得液体从电池组系统中输送出来。在此，可以在车辆侧设置相对应的负压泵或者根据需要而将其作为外部设备连接到电池组壳体上。
17.在另一种变型方案中，可以将舱底泵（lenzpumpe）设置在电池组壳体中或电池组壳体上，所述舱底泵使得液体能够主动地从电池组系统中泵出。
18.在另一种变型方案中，可以在电池组底部的区域内设置排泄口螺塞（ablassschraube），该排泄口螺塞根据需要而被移除，以便使得液体能够由于重力引起地从电池组壳体中流出。
19.在另一种变型方案中，替代于排泄口螺塞或相对于所述排泄口螺塞而言附加地在电池组壳体的下方区域内设置步进式电机，尤其是具有涡轮传动装置的步进式电机，以便使液体能够主动地从电池组系统中输送出来。
20.上述变型方案也可以彼此结合或者与其他类似的技术措施相结合。
21.如已经提及的那样，在根据本发明的方法的另一种实际实施方式中作为技术措施也可以抵制（entgegenwirken）车辆的继续行驶。对此再次参照上文已经提及的那些可能性。
22.在另一种实际的实施方式中，在车辆应该被移动或者被移动的情况下和/或在超出露点的情况下，至少总是执行该方法，或者只有在车辆应该被移动或者被移动的情况下和/或在超出露点的情况下才执行该方法。由此，可以减小监控耗费并且减小与之相关联的能量消耗以及车辆的系统资源的负荷（beanspruchung），尤其是在方法的执行耦合到露点的超出并且耦合到使车辆移动的意图的情况下（例如接通点火装置和/或识别出在车辆中的钥匙和/或置入（einlegen）行驶速度级（fahrstufe））。
23.最后，还参考如下可能性：在根据本发明的方法中也使用压差计（differenzdruckmesser），以便根据电池组壳体之内的空气压力和/或电池组壳体之外的空气压力而确定压差并且根据所确定的压差而控制方法的执行。这使得尤其是在由于与电池组壳体之内的空气压力相比而言在电池组壳体之外压力更高而使得周围环境条件有助于湿气侵入到电池组壳体中的情况下能够以另外的方式执行该方法。在这种状态下，密切（engmaschig）监控开头提及的这些值是特别重要的且有利的，因为在这种状态下特别可能达到或超出极限值并且因此可能需要通过输出提示和/或促使执行技术措施而快速（kurzfristig）进行响应。反之，在其他框架条件的情况下、例如在电池组壳体内的空气压力大于电池组壳体外的空气压力的情况下，可以中断（aussetzen）执行根据本发明的方法或者将其减小为小规模（ma
ß
），因为至少通过开头提及的薄膜而并不允许发生湿气在这种状态下的侵入。
24.本发明还涉及一种具有电池组壳体的电池组系统，在该电池组壳体中（除了通常安装在电池组壳体中的电池组电池和其他元件之外）还设置有用于探测湿度的装置，其中该装置包括用于确定在电池组壳体中的相对湿度、在电池组壳体中的温度和电池组壳体之内和/或之外的空气压力这些值的设备，其中设置控制单元，该控制单元根据上文提及的这些值而确定露点并且在考虑其他值的情况下将这些值其中的至少一个与极限值进行比较，以便在超出极限值的情况下输出提示和/或促使执行技术措施。就此再次参考上文已经结
合根据本发明的方法而描述的优点。
25.在根据本发明的电池组系统的一种实际的实施方式中，该装置包括紧凑型传感器，作为用于确定在电池组壳体中的相对湿度、在电池组壳体中的温度和电池组壳体之内和/或之外的空气压力这些值的设备，其中利用所述紧凑型传感器而能够测量所有这些值并且能够提供这些值以进一步处理。就此而论尤其是参考bosch公司的名称bme 280的产品，作为市面上相对低成本可得的相对应的紧凑型传感器。就此参考该设备的全部技术规范，所述技术规范能够在https://www.bosch-sensortec.com/products/environmental-sensors/humidity-sensors-bme280/读出。
26.在根据本发明的电池组系统的一种实际实施方式中，在电池组壳体的底部中设置排出口（austritts
ö
ffnung），和/或设置用于使液体从电池组壳体中输送出来的设备。对此再次参考上文已经结合根据本发明的方法所参考的设计变型以及一些优点。
附图说明
27.图1示出用于执行根据本发明的方法的流程图；图2示出电池组壳体的一种实施方式的片段，该电池组壳体具有底部区段、侧壁区段和至少一个用于使液体输送出来的设备；和图3示出电池组壳体的另一种实施方式的片段，该电池组壳体具有底部区段、侧壁区段和至少一个在底部中的排出口。
具体实施方式
28.图1示出用于执行根据本发明的方法的流程图，该方法优选地在机动车中执行。该方法在以“开始”而标出的事件10处以如下事件而开始，该事件指示出：应该起动该车辆和/或使该车辆移动。这在混动动力车辆的情况下可以尤其是接通点火装置。在纯电动车辆的情况下，该步骤例如可以是置入行驶速度级或者识别出车辆中的钥匙。优选地，在该时间点使未示出的电池组系统的存储器重置或初始化。
29.然后，进行询问12：是否超出该露点而并没有已经要求电池组系统的强制关断。这应理解为：在行驶周期结束期间立即地或之后迅速地进行如下计算：所述计算可能已经导致要求车辆停歇（红色警告级别）。在此情况下，在系统中存放（hinterlegen）强制关断。如果已要求强制关断或者未超出露点，则按照事件14而将该电池组系统重置到开始，直至行驶周期已结束或者直至已超出露点。如果已超出露点并且未要求强制关断，则按照事件16而至少检测电池组壳体中的相对湿度、电池组壳体中的温度和电池组壳体之内和/或之外的空气压力这些测量值。这些值也被录入（eintragen）到存储器中并且被评估。对此，必要时可以基于所存放的表格来执行修正或计算或换算。在该实施例中连续地通过如下方式来进行评估：按照该检验18基于所检测的测量值而连续地确定以计算得出的水量并且接下来检验：是否所述水量被提高，即，是否所述水量高于预给定的极限值。只要是所述水量没有被提高，就继续按照事件16而连续地检测和评估新的测量值。如果水量被提高，则按照询问20首先确定出：是否针对以计算的方式确定的水量的值高于如下极限值，其中针对红色警告级别已设定了所述极限值。如果是这种情况，则按照事件22而进行到错误存储器中的录入：已达到红色警告级别，而通过黄色警告级别而提供的措施尚未被执行或者已引起成效。
附加地，在进一步的事件24中，使车辆停歇并且防止再次激活该车辆直至已采取相对应的措施，以便再次消除红色警告级别。这可以例如是：通过被授权的专业车间而重置错误存储器。
30.如果水量没有这样提高以使得已达到红色警告级别，则按照事件26而检验：是否该水量超出黄色警告级别的极限值。如果已超出黄色警告级别的极限值，则按照事件28而将相对应的事件录入到存储器中。此外激活措施以尽可能如此大程度地减小电池组系统的电池组壳体中存在的水量，使得该水量被减小到低于针对黄色警告级别的极限值的值。
31.如果按照事件26未超出针对所述警告级别的极限值，则按照事件16继续进行检测和评估测量值。
32.图2和图3分别示出了电池组壳体30的片段，所述电池组壳体具有底部32的区段和侧壁34的区段。如在图2和图3中能够识别出的，在底部32的区域内分别设置凹处36，所述凹处也能够被称为槽（sumpf）。由于重力而引起地，（参见针对重力方向的箭头g）如下液体量在该凹处36（槽）中聚集，所述液体量由于空气湿气侵入到和冷凝（kondensation）到电池组壳体30的内部空间38中而以液态形式存在。在这两个实施例中，在电池组壳体30的内部空间中布置至少一个紧凑型传感器（未示出）。优选地，针对温度、相对空气湿度和空气压力这些值其中的每个值至少分别设置双重实施的紧凑型传感器，尤其是两个双沟道传感器，诸如温度传感器。优选地，温度传感器是ntc温度传感器。
33.针对相对湿度和空气压力的这些传感器可以布置在电池组壳体中的任意位置处。优选地，这些传感器直接布置在电池组管理系统（bmc）的电路板（pcb）上。
34.这些温度传感器优选地布置在电池组系统的壁34、底部32或顶部（decke）处或附近或者直接固定在电池组系统的壁34、底部32或顶部处。特别优选地，这些温度传感器都以与电池组系统的热辐射元件的足够大的间距而布置，尤其是与在运行期间发热的电路板（pcb）间隔开地布置。
35.在根据图2的实施方式中，作为用于使液体输送出来的设备的第一选项而设置针对负压泵的连接端40。
36.对此替代性地或补充性地，可以在凹处36（槽）的区域内安装舱底泵42，以使得液体经由电池组壳体30中的连接端40而主动输送出来。
37.在按照图3的实施方式中，在底部32的区域内设置开口44。该开口44可以通过简单的塞子（stopfen）46而封闭，其中可以为了使液体由于重力引起地从电池组壳体30中出来而根据需要从该开口44拔出该塞子。对此替代性地或补充性地，可以设置步进式电机48，该步进式电机使得能够通过操纵该步进式电机48而使在该槽36中已积聚的液体主动通过该开口44而输送出来。
38.在本说明书中以及附图中所公开的本发明的特征不仅单独地而且也以任意组合的方式而在本发明的不同实施方式中对于实现本发明而言是重要的。本发明可以在考虑负责的专业人员的知识的情况下得以变化。
39.附图标记列表10 事件12 询问14 事件
16 事件18 检验20 询问22 事件24 事件26 事件28 事件30 电池组壳体32 底部34 侧壁36 凹处/槽38 内部空间40 连接端42舱底泵44 开口46 塞子48步进式电机。