Schwerpunkte

Thermal Runaways unter der Lupe

Hochvolt-Temperaturmessung in Fahrzeugbatterien

16. April 2021, 15:30 Uhr   |  Nicole Wörner


Fortsetzung des Artikels von Teil 1 .

Einsatz der IC-Sensorik innerhalb der Hochvolt-Batterie

IC-Einzelsensoren werden eingesetzt, um kleine separate Komponenten auf Erwärmung zu prüfen wie beispielsweise Stecker, Elektronikmodule, Ausund Eintritt von Kühlmittel oder spezielle Gehäusepunkte und Crashstrukturen. IC-Sensorbaugruppen in Reihenschaltung eignen sich, um Stromschienen, Hochvolt-Verbindungsleitungen oder Kühlmittelleitungen auszumessen. IC-Sensorbaugruppen mit einer Verteilerplatine finden Verwendung, wenn Temperaturflüsse an Modulund Packoberflächen sowie Luftspalten untersucht werden sollen.

IC-Sensorik auf Flexprint-Trägerfolien werden für die Temperaturmessung zwischen Zellen eingesetzt, um an kritischen Zellzonen oder Kristallisationspunkten für Hotspots zu messen. Zwischen den einzelnen Zellen wird mit ihnen auch die Wirkung von Spacern (Dämmmaterialien) geprüft. Großflächige Flexprint-Trägerfolien mit IC-Sensorik können zudem verwendet werden, um Wärmewirkungen auszumessen, beispielsweise an der Unterseite zwischen Kühlplatten und Modulpack. Hier sind auch perforierte Trägerfolien einsetzbar. Über HV-DTemp-M-Controller werden die Daten der IC-Sensoren gebündelt und an die HV-DTemp-P-Zentraleinheit weitergegeben. Dafür werden bis zu acht Controller einfach kaskadiert, sodass nur ein Verbindungskabel durch das Batteriegehäuse geführt werden muss.

Provozierter Thermal Ruanaway

Soll ein Test durchgeführt werden, der einen Thermal Runaway provoziert indem eine Zelle platzt und Elektrolytgas ausströmt, müssen Messungen bei sehr hohen Temperaturen durchgeführt werden. Dazu muss der von der Simulation vorhergesagte Bereich mit entsprechender zusätzlicher Sensorik ausgerüstet werden. Dazu eignen sich HV TH8 evo Prüfstandsmessmodule, mit denen der Hotspot-Bereich mit zusätzlichen Temperatursensoren ausgerüstet wird. Die verwendeten Temperatursensoren sind an ihrer Spitze ebenfalls sehr dünn und werden mit einem Kapton-Folienstreifen entsprechend dem Test positioniert.

Deutlich kürzere Testzeiten

Die Instrumentierung und Temperaturmessung an Hochvolt-Batterien mit dem HV-DTemp-Messsystem verkürzt die Testdurchführung beträchtlich. Das Ausstatten kann in die Fertigung der zu messenden Batterie eingeplant werden. Testzyklen für Optimierungsschritte werden durch positionsgenaue Wiederholbarkeit vereinfacht.

Hunderte von IC-Temperatursensoren können mit anwendungsspezifischen Baugruppen in einer Messbatterie positionsgenau eingesetzt werden. Das Design der IC-Sensorbaugruppen kann genau auf die zu vermessende Batterie und deren Komponenten ausgelegt werden. Die Baugruppen können während der Batterie-Produktion entsprechend von Vorgaben präzise mit verbaut werden.

Jede Messstelle ist eindeutig über eine eigene CAN-ID identifizierbar und zugeordnet. Dadurch ist eine Messstellenplanung vereinfacht und Verkabelungsfehler sind ausgeschlossen. Mit einer eindeutigen Zuordnung bleibt auch der Überblick bei einem Messaufbau mit Hunderten Sensoren erhalten.

Nur ein Hochvolt-sicheres Verbindungskabel ist für die Anbindung an die HV DTemp-P Zentraleinheit außerhalb der Hochvolt-Batterie notwendig. Dadurch werden präzisere Messergebnisse aufgrund einer geringen strukturellen Beeinflussung des Batteriegehäuses erzielt. Zudem bleibt auch während der Messung die Gas-Dichtigkeit der Batterie gewährleistet. Bei vielen Sensorkabeln, die zu Messmodulen außerhalb des Batteriegehäuses geführt werden müssen, wäre dies nicht gegeben.

Mit der Positionierung der IC-Sensoren auf Flexprint-Trägerfolien zwischen einzelnen Zellen ist die Nachprüfbarkeit gewährleistet. Würden einzelne Temperatur-Sensoren zwischen Zellen eingesetzt, wären Einbaufehler oder ungenaue Positionierung sowie das Vergessen von Positionierungen eine wahrscheinliche Fehlerquelle.

Das Messsystem ist einfach erweiterbar, um parallel zusätzliche Messgrößen, wie Feuchtigkeit, Vibrationen oder Verwindungen aufzunehmen. Dafür kann das HV DTemp Messsystem über CAN-Bus einfach an weitere Messmodule aus dem Vector CSM E-Mobility-Messsystem angeschlossen werden.

Vielfach wird eine Testbatterie in unterschiedlichen Fahrzeugen geprüft. Der Batterie-Umbau in einen anderen Erprobungsträger ist mit einem eingebauten HV DTemp Messsystem sehr einfach und zeitsparend umsetzbar.

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