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Hochvolt-Batterien

HV-sichere Temperaturmessung

28. Februar 2020, 15:30 Uhr   |  Nicole Wörner

HV-sichere Temperaturmessung
© CSM

Temperaturmessung mit dem HV-DTemp-Messsystem zwischen Batterie-Pouch-Zellen: HV-DTemp-4-Sensor-Baugruppen werden in Gruppenanordnung auf Flexprint zwischen die Zellen gepresst. Für die Erfassung von Hotspot-Bereichen sind einzelne Sensoren verbaut.

Der Messtechnik-Spezialist CSM hat ein digitales Temperaturmesssystem entwickelt, mit dem sich Hochvolt-Batterien und Energiespeicher künftig deutlich schneller und gezielter entwickeln lassen.

Hochvolt-Batterien sind ein wesentliches Kernelement für die Elektromobilität. Ihre Leistungsfähigkeit und ihr thermisches Verhalten definieren sowohl die Ladekonzepte als auch die Fahreigenschaften. HV-Batterien werden bezüglich ihres Temperaturverhaltens eingehend untersucht; dafür müssen Hunderte von Temperatursensoren möglichst exakt positioniert werden, zudem dürfen sie das Verhalten der Batterie nicht beeinträchtigen. Damit der Einsatz zwischen Zellen und Modulen in der Hochvolt-Batterie überhaupt möglich ist, müssen die Temperatursensoren winzig klein, hochgenau, robust und störunempfindlich sein. Auch der Zugang zur Hochvolt-Batterie muss äußerst platzsparend und hochvoltsicher erfolgen. Speziell für diese Anforderungen hat CSM das zum Patent angemeldete digitale Temperaturmesssystem HV DTemp entwickelt.

Individuelle Sensoranordnung mit Flexprint

Die genaue Kenntnis der Temperaturverteilung und deren Änderung aufgrund unterschiedlicher Last- und Ladezustände bis auf die Zellebene ermöglicht die Optimierung von Batteriesystemen und ihrer Temperaturmodelle. Mit dem HV-DTemp-Messsystem können dazu einzelne Temperatursensor-ICs HV DTemp-4 frei oder auf einer Flexprint-Trägerfolie exakt zwischen Zellen positioniert werden.

Die Sensoranordnung kann kundenspezifisch auf die Erfordernisse der Temperaturuntersuchung innerhalb der Hochvolt-Batterie, innerhalb einzelner Module an Komponenten oder Verbindungsschienen zugeschnitten werden. Damit lassen sich Temperaturverteilung, -pfade und -profile oder auch Hotspot-Bereiche hochgenau ausmessen. Durch die individuelle, reproduzierbare Sensoranordnung und die Sensorpositionierung mit der Trägerfolie wird der Aufbau von Test- und Prototypenbatterien erheblich beschleunigt und vereinfacht.

Nur ein hochvoltsicheres Messkabel

Bisher mussten korrespondierend zur Anzahl der Temperatursensoren analoge und damit störempfindliche Messsignalleitungen aus dem Hochvoltbereich der Batterie herausgeführt werden. Schon der Durchbruch von 100 Sensormesskabeln aus dem Batteriegehäuse hin zu Messmodulen hat genaue Untersuchungen bisher erheblich erschwert und teilweise sogar unmöglich gemacht. Mit dem HV DTemp werden nun bis zu 64 Temperatur-Sensor-ICs innerhalb der Messbatterie mit einem Controller-Modul HV DTemp-M64 gebündelt. Bis zu acht dieser Controller-Module können in einer Batterie vernetzt werden. Das erlaubt den Anschluss von bis zu 512 Temperatursensoren an die Zentraleinheit HV DTemp-P mit nur einem einzigen hochvolt-sicheren Messkabel.

Bis zu vier Temperatursensoren sind jeweils in einer Kette angeordnet. Sie werden über das Controller-Modul eindeutig adressiert und über die Zentraleinheit konfiguriert. Die Datenausgabe erfolgt über CAN-Bus im Free Running Mode. Jeder Temperatursensor generiert direkt digitalisierte Messwerte, das heißt die Gefahr, verfälschte Messwerte aufgrund von Störungen in den Zuleitungen zu erfassen, besteht hier nicht. Die Messgenauigkeit liegt bei bis zu 0,1 °C mit 16 bit Auflösung. Der Temperaturmessbereich reicht von -40 bis +125 °C.

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