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Anwendungsfälle
zuverlässig Flotten-Daten aufzeichnen

Messtechnische Untersuchung des Thermal Runaways in Fahrzeugbatterien

Thermal Runaways in den HV-Batterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen können zu schwer löschbaren Bränden führen und die Sicherheit der Insassen gefährden. Für die sichere Auslegung von HV-Batterien durch geeignete Schutzmechanismen sind umfangreiche Prüfungen nötig. In diesem Anwendungsbeispiel erfahren Sie, wie die nötigen Temperaturmessungen an vielen Stellen in der Batterie durchgeführt werden können.

Icon Background

Hintergrund

Erhitzt sich eine Batteriezelle in der HV-Batterie zu stark, kann es zu chemischen Zersetzungsprozessen in der Zelle kommen. Diese lösen eine unumkehrbare Kettenreaktion aus, wodurch sich die Zelle schlagartig weiter erhitzt (Thermal Runaway) und die hohen Temperaturen auch auf andere Zellen überspringen (sogenannte Thermal Propagation). Dies führt zur Zerstörung der gesamten Batterie.

Für die Vermeidung eines Thermal Runaways werden bei der Entwicklung der HV-Batterie umfangreiche Schutzmaßnahmen, wie die richtige Auslegung des Kühl- und Heizsystems und wärmeleitende Elemente zwischen den Zellen, berücksichtigt. Um diese optimal auszulegen, wird die Batterie auf das Risikos eines Thermal Runaways getestet. Dies erfolgt auch mit provozierten Thermal Runaways in Form von Nageltests. Für solche Überprüfungen werden Temperaturmessungen mit einer großen Zahl von Sensoren an zahlreichen verschiedenen Punkten in der Batterie benötigt.

Messaufgabe

Erfassung von Temperaturen mit hunderten Messpunkten in HV Batterien, um Kristallationspunkte für Thermal Runaways und Präventionsmaßnahmen zu prüfen.

Icon Challenge

Herausforderung

Anhand von Simulationen können die potentiellen Bereiche für sehr starke Hitzeentwicklung (Hot Spots) errechnet werden. Damit diese Bereiche auch messtechnisch untersucht werden können, bedarf es positionsgenauer Messungen auf Zell-, Modul- und Packebene. Dabei kommen mehrere hundert Messpunkte zusammen. Die Sensoren und die nötigen Sensorkabel müssen sehr dünn gefertigt sein, um unter den beengten Platzverhältnissen messen zu können. Das Batteriegehäuse darf durch die nötigen Bohrungen für Sensorkabel nicht übermäßig beeinflusst werden, um die Messungen nicht zu verfälschen.

Icon Solution

CSM Messtechnik-Lösung

Das HV DTemp Messsystem wurde für die digitale und damit störsichere Erfassung von bis zu 512 IC-Temperatur-Sensoren entwickelt und ermöglicht die genaue thermische Untersuchung zur Prävention von Thermal Runaways.

  • Mit der HV DTemp IC-Sensorik werden die Temperaturen an den errechneten Messpunkten in der HV Batterie gemessen. Die IC-Sensorik besteht aus IC-Temperatur-Sensoren, die auf sehr dünne Flexprint-Trägerfolie aufgebracht sind. Für die verschiedenen Messpunkte stehen unterschiedliche Varianten der IC-Sensorik zur Verfügung:
  • Mit Einzelsensoren können separate Komponenten, wie Stecker, Elekotronikmodule und spezielle Gehäusepunkte auf Erwärmung geprüft werden. Dafür sind die Einzelsensoren mit einem Sensorkabel für den direkten Anschluss an HV DTemp-M Controller versehen.
  • Sensorbaugruppen eignen sich, um einzelne, beieinanderliegende Messpunkte an Stromschienen, Moduloberflächen oder Verbindungsleitungen auszurüsten. Dafür werden bis zu vier IC-Einzelsensoren in Reihe geschalten oder über eine kleine Verteilerplatine verbunden.
  • Für die geplante und positionsgenaue Messung zwischen den Batteriezellen werden IC-Sensoren auf Flexprint-Trägerfolie verwendet.
  • Die HV DTemp IC-sensorik wird über HV DTemp-M Controller verbunden. Bis zu 64 Sensoren können an einen Controller angeschlossen und bis zu 8 Controller kaskadiert werden.
  • Über nur eine HV-sichere Sensorleitung werden alle Controller an die HV DTemp-P Zentraleinheit angeschlossen. Da nur ein Durchbruch für das Sensorkabel in das Batteriegehäuse geschaffen werden muss, wird die Gehäusestruktur nur gering beeinträchtigt und die Gasdichtigkeit bleibt erhalten.
  • Die HV DTemp-P Zentraleinheit kann über die CAN-Buchse leicht mit weiteren Messmodulen verbunden werden. Müssen z. B. extrem hohe Temperaturen bei einem provozierten Thermal Runaway erfasst werden, können HV-sichere Temperatur-Messmodule HV TH8 evo angeschlossen werden.
Messtechnische Untersuchung von Thermal Runaways in der Systematik des E-Mobility Messsystems
Darstellung der messtechnischen Untersuchung von Thermal Runaways in der Systematik des E-Mobility-Messsystems
Varianten der HV DTemp IC-Sensorik
Varianten der HV DTemp IC-Sensorik: Sensorbaugruppen über Verteilerplatine verbunden oder in Reihe geschalten und Einzelsensor (von oben nach unten)
IC-Temperatur-Sensor als Einzelsensor auf einer Stromschine
IC-Temperatur-Sensor als Einzelsensor auf einer Stromschiene
IC-Sensorik auf Flexprint-Trägerfolie für Temperaturmessung zwischen Batteriezellen
IC-Sensorik auf Flexprint-Trägerfolie für Temperaturmessung zwischen Batteriezellen
Icon Benefits

Vorteile

Mit dem HV DTemp Messsystem können Temperaturen an allen relevanten Stellen in der HV-Batterie gemessen werden und die Instrumentierung wird stark vereinfacht. IC-Sensorik auf Flexprint-Trägerfolie kann positionsgenau und reproduzierbar angeordnet werden. Zudem können die Folien während des Zusammenbaus der Batterie einfach mit eingebracht werden. Mit genauen Temperatumessungen können die Maßnahmen zur Vermeidung von Thermal Runaways genau überprüft werden und die Sicherheit für Fahrzeug und Passagiere wird gewährleistet.

Download

Hier finden Sie den vollständigen Anwendungsfall zum Download als PDF.

Verwendete Produkte

Verwendete Hardware

Produkt HV DTemp

HV DTemp Messsystem

Digitale Temperaturmessung mit bis zu 512 Messpunkten
Patent pending

Das CSM HV DTemp Messsystem wurde für die positionsgenaue, digitale und damit störsichere Erfassung von bis zu 512 Temperaturmessstellen über eine einzige Kabelverbindung zur HV DTemp-P Zentraleinheit entwickelt.

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E-Mobility-Messsystem

Das Vector CSM E-Mobility-Messsystem

Das Messsystem für die Entwicklung der Elektromobilität

E-Mobility: Sicher messen an Hochvolt-Komponenten von Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen Die Elektromobilität nimmt weiter Fahrt auf. Verschiedene Energiespeicher, Antriebs- und Ladesysteme weisen den Weg in die elektrische Mobilität. Die Entwicklung von Hochvolt-Batterien, Invertern und Elektromotoren stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik, um die richtigen Ergebnisse für die weitere Optimierung zu erhalten. Gemeinsam mit Vector Informatik hat CSM ein Messsystem entwickelt, das keine Wünsche offen lässt.

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Produkt HV TH Messmodule

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Sichere Temperaturmessungen mit Thermoelementen an Hochvolt-Komponenten: Die HV-sicheren Thermo-Messmodule wurden speziell für das zuverlässige Erfassen von Temperaturen in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen entwickelt.

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Verwendete Software

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Komplexe Messtechnikaufgaben sicher lösen

vMeasure exp von Vector Informatik ist die einfach zu bedienende Datenerfassungs-Software für CAN- und EtherCAT®-basierte Messmodule von CSM. vMeasure exp bietet den vollen Umfang an Funktionen, die Sie von einer modernen DAQ-Software erwarten.

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