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DE102020207556B3 - Battery module housing - Google Patents

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DE102020207556B3
DE102020207556B3 DE102020207556.5A DE102020207556A DE102020207556B3 DE 102020207556 B3 DE102020207556 B3 DE 102020207556B3 DE 102020207556 A DE102020207556 A DE 102020207556A DE 102020207556 B3 DE102020207556 B3 DE 102020207556B3
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battery module
module housing
waveguide
detector
liquid
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DE102020207556.5A
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German (de)
Inventor
Michael Daginnus
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erfassung von Flüssigkeit (25) in einem Gehäuse (2), umfassend eine HF-Quelle (6), mindestens einen Wellenleiter (9), mindestens einen HF-Detektor (14) und eine Auswerteeinheit (7), wobei die HF-Quelle (6) mit einem Ende (10) des Wellenleiters (9) und der HF-Detektor (14) mit dem anderen Ende (13) des Wellenleiters (9) verbunden ist, wobei der mindestens eine Wellenleiter (9) mindestens teilweise auf dem Boden (8) des Gehäuses (2) angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit (7) derart ausgebildet ist, aus einer Änderung eines Signals am HF-Detektor (14) auf in dem Gehäuse (2) befindliche Flüssigkeit (25) zu schließen.

Figure DE102020207556B3_0000
The invention relates to a device (1) for detecting liquid (25) in a housing (2), comprising an RF source (6), at least one waveguide (9), at least one RF detector (14) and an evaluation unit ( 7), the RF source (6) being connected to one end (10) of the waveguide (9) and the RF detector (14) being connected to the other end (13) of the waveguide (9), the at least one waveguide (9) is arranged at least partially on the bottom (8) of the housing (2), the evaluation unit (7) being designed in such a way that a change in a signal at the RF detector (14) indicates liquid in the housing (2) (25) to close.
Figure DE102020207556B3_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul-Gehäuse mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit in dem Batteriemodul-Gehäuse.The invention relates to a battery module housing with a device for detecting liquid in the battery module housing.

Eintretende oder ausstehende Flüssigkeit kann insbesondere bei Gehäusen ein Problem darstellen, in denen elektrische Komponenten angeordnet sind, da es dann aufgrund der Flüssigkeit zu Kurzschlüssen oder anderen Funktionsbeeinträchtigungen kommen kann. Ein Beispiel ist ein Batteriemodul eines Elektro- oder Plug-in-Hybridfahrzeugs, bei dem mehrere Batteriemodule eine Traktionsbatterie bilden, wobei in einem Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet sind. Neben Wasser kann auch austretende Batterieflüssigkeit ein Problem darstellen.Incoming or outgoing liquid can pose a problem in particular in the case of housings in which electrical components are arranged, since short circuits or other functional impairments can then occur due to the liquid. One example is a battery module of an electric or plug-in hybrid vehicle, in which a plurality of battery modules form a traction battery, a plurality of battery cells being arranged in a battery module. In addition to water, leaking battery fluid can also be a problem.

Aus der WO 2016/060938 A2 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Feuchtigkeit in einem Gehäuse bekannt. Die Vorrichtung weist dabei einen passiven RFID-Sensor mit Antennenstrukturen auf, die auf dem Boden verlegt sind. Die Impedanz der Antennenstruktur variiert dabei in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Feuchtigkeit sowie der Art der Feuchtigkeit. Dabei ist eine Impedanzanpassungsschaltung vorgesehen, um die Impedanzänderung aufgrund der Flüssigkeit zu erfassen.From the WO 2016/060938 A2 a device for detecting moisture in a housing is known. The device has a passive RFID sensor with antenna structures that are laid on the floor. The impedance of the antenna structure varies depending on the presence of moisture and the type of moisture. An impedance matching circuit is provided in order to detect the change in impedance due to the liquid.

Aus der US 2019/0257935 A1 ist ein Radarsender zur Emulsionsmessung bekannt. Dabei wird ein Impuls über eine Sonde zu einem Transceiver geschickt. Die Sonde umfasst einen HF-Wellenleiter und ist am Boden des Gehäuses montiert. Ein Mikroprozessor wertet die gemessenen Parameter aus und kann auf den Flüssigkeitsstand schließen.From the US 2019/0257935 A1 a radar transmitter for emulsion measurement is known. A pulse is sent to a transceiver via a probe. The probe includes an RF waveguide and is mounted on the bottom of the housing. A microprocessor evaluates the measured parameters and can deduce the liquid level.

Aus der DE 101 33 692 A1 ist ein Verfahren zur Füllstandsmessung einer Flüssigkeit in einem Behälter bekannt. Dabei wird mittels Einspeisung eines HF-Signals in einem Wellenleiter der Flüssigkeitspegel gemessen.From the DE 101 33 692 A1 a method for measuring the level of a liquid in a container is known. The liquid level is measured by feeding an RF signal into a waveguide.

Aus der US 5,824,883 A ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit in einem Batteriemodul-Gehäuse bekannt.From the U.S. 5,824,883 A a device for detecting liquid in a battery module housing is known.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine alternative und robustere Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit in einem Batteriemodul-Gehäuse zu schaffen.The invention is based on the technical problem of creating an alternative and more robust device for detecting liquid in a battery module housing.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Batteriemodul-Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from a battery module housing with the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Hierzu weist die Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit in dem Batteriemodul-Gehäuse mindestens eine HF-Quelle, mindestens einen Wellenleiter, mindestens einen HF-Detektor und eine Auswerteeinheit auf, wobei die HF-Quelle mit einem Ende des Wellenleiters und der HF-Detektor mit dem anderen Ende des Wellenleiters verbunden ist, wobei der mindestens eine Wellenleiter mindestens teilweise auf dem Boden des Batteriemodul-Gehäuses angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, aus einer Änderung eines Signals am HF-Detektor auf in dem Batteriemodul-Gehäuse befindliche Flüssigkeit zu schließen. Aufgrund der festen Verbindung ist die Vorrichtung weniger störanfällig. Dabei wird ausgenutzt, dass sich der Wellenwiderstand des Wellenleiters bei auftreten von Flüssigkeit ändert, sodass sich entsprechend das Signal am HF-Detektor ändert. Typischerweise wird sich das Signal (z.B. ein Spannungssignal) am HF-Detektor verringern. Dabei kann beispielsweise ein Schwellwert definiert werden, sodass bei einem Signal am HF-Detektor unter dem Schwellwert auf im Batteriemodul-Gehäuse befindliche Flüssigkeit geschlossen werden kann.For this purpose, the device for detecting liquid in the battery module housing has at least one RF source, at least one waveguide, at least one RF detector and an evaluation unit, the RF source with one end of the waveguide and the RF detector with the The other end of the waveguide is connected, the at least one waveguide being arranged at least partially on the bottom of the battery module housing, the evaluation unit being designed to determine liquid in the battery module housing from a change in a signal at the RF detector . Because of the fixed connection, the device is less prone to failure. This makes use of the fact that the wave resistance of the waveguide changes when liquid occurs, so that the signal at the RF detector changes accordingly. Typically the signal (e.g. a voltage signal) at the RF detector will decrease. In this case, for example, a threshold value can be defined so that if a signal at the HF detector is below the threshold value, a conclusion can be drawn about the liquid in the battery module housing.

In einer Ausführungsform ist die HF-Quelle und/oder die Auswerteeinheit in einem Batterie-Management-Steuergerät integriert. Somit kann die Ansteuerung und Auswertung für mehrere Batteriemodule zentral in einem Steuergerät vorgenommen werden. Als HF-Quelle dient dabei beispielsweise ein Taktsignal eines Mikroprozessors, der typischerweise bereits im dreistelligen Megahertz-Bereich liegt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass gezielt Oberwellen vom Taktsignal erzeugt werden, die dann in den Wellenleiter eingekoppelt werden.In one embodiment, the RF source and / or the evaluation unit is integrated in a battery management control device. In this way, the control and evaluation of several battery modules can be carried out centrally in one control unit. A clock signal from a microprocessor, for example, which is typically already in the three-digit megahertz range, serves as the RF source. It can also be provided that harmonics are specifically generated by the clock signal, which are then coupled into the waveguide.

In einer weiteren Ausführungsform weisen in dem Batteriemodul-Gehäuse angeordnete Strukturelemente Öffnungen auf, durch die eingetretene Flüssigkeit sich über dem Boden des Batteriemodul-Gehäuses verteilen kann. Diese Strukturelemente können beispielsweise Verbindungs- oder Crashstreben sein oder aber Trennwände. Somit wird verhindert, dass sich an einzelnen Stellen im Batteriemodul-Gehäuse Flüssigkeit ansammelt, der Bereich, wo der Wellenleiter verlegt ist, aber trocken bleibt.In a further embodiment, structural elements arranged in the battery module housing have openings through which liquid that has entered can be distributed over the bottom of the battery module housing. These structural elements can be, for example, connecting or crash struts or partitions. This prevents liquid from collecting at individual points in the battery module housing, but the area where the waveguide is laid remains dry.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Gehäuseboden eine Vertiefung auf, wobei der Wellenleiter mindestens teilweise in der Vertiefung angeordnet ist. Dies vereinfacht die Erfassung von Flüssigkeit, da sich schneller eine signifikante Änderung des Wellenwiderstandes einstellt.In a further embodiment, the housing base has a recess, the waveguide being arranged at least partially in the recess. This simplifies the detection of liquid, since a significant change in the wave resistance occurs more quickly.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Wellenleiter auf einem Substrat aufgebracht, das mindestens am Boden des Batteriemodul-Gehäuses befestigt ist. Das Substrat ist beispielsweise geklebt oder verschraubt. Das Substrat ist z.B. starr und besteht aus FR-4 oder AI203.In a further embodiment, the waveguide is applied to a substrate which is fastened at least to the bottom of the battery module housing. The substrate is glued, for example or screwed. The substrate is, for example, rigid and consists of FR-4 or AI203.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Substrat als flexibles Substrat ausgebildet (z.B. FR-4, 0,127 mm - 0,254 mm dick) und zusätzlich an mindestens einer Seitenwand des Batteriemodul-Gehäuses anliegend. Hierdurch sind die HF-Steckverbinder besser zugänglich.In a further embodiment, the substrate is designed as a flexible substrate (e.g. FR-4, 0.127 mm-0.254 mm thick) and additionally adjoins at least one side wall of the battery module housing. This makes the HF connectors more accessible.

In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine Wellenleiter als Mikrostreifenleitung oder als Koplanarleitungen ausgebildet.In a further embodiment, the at least one waveguide is designed as a microstrip line or as a coplanar line.

In einer weiteren Ausführungsform ist der HF-Detektor als Schottky-Diode ausgebildet. Der HF-Detektor kann dabei sowohl innerhalb des Gehäuses als auch außerhalb des Batteriemodul-Gehäuses angeordnet sein.In a further embodiment, the RF detector is designed as a Schottky diode. The HF detector can be arranged both inside the housing and outside the battery module housing.

In einer weiteren Ausführungsform weist der HF-Detektor eine Anpassungsschaltung an den Wellenwiderstand des mindestens einen Wellenleiters auf. Somit kann der HF-Detektor optimal an den trockenen Wellenwiderstand angepasst werden, sodass im trockenen Zustand das Signal am HF-Detektor ein Maximum aufweist. Vorzugweise ist auch die Einkopplung der HF-Leistung an den Wellenwiderstand angepasst.In a further embodiment, the RF detector has an adaptation circuit to the characteristic impedance of the at least one waveguide. The HF detector can thus be optimally adapted to the dry wave impedance so that the signal at the HF detector has a maximum in the dry state. The coupling of the HF power is preferably also adapted to the characteristic impedance.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erfassung von Flüssigkeit in einem Gehäuse,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Mikrostreifenleitung,
  • 3 eine Draufsicht auf ein Substrat mit einer Mikrostreifenleitung,
  • 4 eine schematische Darstellung eines Strukturelements und
  • 5 eine schematische Darstellung eines Gehäuses mit einer Vertiefung.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. The figures show:
  • 1 a schematic representation of a device for detecting liquid in a housing,
  • 2 a schematic representation of a side view of a microstrip line,
  • 3 a plan view of a substrate with a microstrip line,
  • 4th a schematic representation of a structural element and
  • 5 a schematic representation of a housing with a recess.

In der 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Erfassung von Flüssigkeit in einem Gehäuse 2 dargestellt, wobei das Gehäuse 2 als Batteriemodul-Gehäuse 3 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 weist weiter ein Batterie-Management-Steuergerät 4 auf, das einen Mikroprozessor 5 aufweist, der sowohl eine HF-Quelle 6 als auch eine Auswerteeinheit 7 der Vorrichtung 1 bildet. Am Boden 8 des Gehäuses 2 ist ein Wellenleiter 9 aufgebracht. Der Wellenleiter 9 ist an einem Ende 10 über einen HF-Verbinder 11 sowie eine HF-Leitung 12 mit der HF-Quelle 6 verbunden. Am anderen Ende 13 ist der Wellenleiter 9 mit einem HF-Detektor 14 verbunden, der über eine weitere Leitung 15 mit der Auswerteinheit 7 verbunden ist. Die Auswerteeinheit 7 erfasst dabei Veränderungen des Signals am HF-Detektor 14 in Abhängigkeit von Flüssigkeit, die den Wellenwiderstand des Wellenleiters 9 verändert. Sei angenommen, dass vollständige Anpassung im trockenen Zustand vorliegt, so kommt es aufgrund der Änderung des Wellenwiderstandes zu Reflexionen, sodass das Signal am HF-Detektor 14 abnimmt. Dabei kann ein Schwellwert definiert werden, bei dessen Unterschreitung auf vorhandene Flüssigkeit geschlossen werden kann. Hierüber kann dann beispielsweise ein Nutzer informiert werden, um gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen durchzuführen.In the 1 is schematically a device 1 for the detection of liquids in a housing 2 shown, with the housing 2 as a battery module housing 3 is trained. The device 1 further has a battery management control unit 4th on that a microprocessor 5 having both an RF source 6th as well as an evaluation unit 7th the device 1 forms. On the ground 8th of the housing 2 is a waveguide 9 upset. The waveguide 9 is at one end 10 via an RF connector 11 as well as an RF line 12th with the RF source 6th tied together. On the other end 13th is the waveguide 9 with an RF detector 14th connected via another line 15th with the evaluation unit 7th connected is. The evaluation unit 7th detects changes in the signal at the RF detector 14th as a function of the liquid, which affects the wave resistance of the waveguide 9 changes. Assuming that there is complete adaptation in the dry state, the change in the characteristic impedance leads to reflections, so that the signal at the RF detector 14th decreases. A threshold value can be defined, below which it can be concluded that the liquid is present. A user can then be informed about this, for example, in order to carry out appropriate measures if necessary.

In der 2 ist der Wellenleiter 9 in Form einer Mikrostreifenleitung 16 dargestellt, die auf einem Substrat 17 aufgebracht ist, wobei ein Masseleiter 18 auf der Unterseite des Substrats 17 aufgebracht ist.In the 2 is the waveguide 9 in the form of a microstrip line 16 shown being on a substrate 17th is applied, with a ground conductor 18th on the underside of the substrate 17th is upset.

In der 3 ist eine Draufsicht auf das Substrat 17 dargestellt. Der HF-Detektor 14 ist als Schottky-Diode 19 (beispielsweise in SMD-Bauform) mit einer Anpassungsschaltung 20 für den Wellenwiderstand des Wellenleiters 9 ausgebildet, wobei die Spannung an der Schottky-Diode 19 das Ausgangssignal UA ist, das von der Auswerteeinheit 7 (siehe 1) ausgewertet wird. Am HF-Verbinder 11 sind noch Durchkontaktierungen 21 zum Masseleiter 18 auf der Unterseite des Substrats 17 dargestellt.In the 3 Fig. 3 is a plan view of the substrate 17th shown. The RF detector 14th is called a Schottky diode 19th (for example in SMD design) with a matching circuit 20th for the wave resistance of the waveguide 9 formed, the voltage across the Schottky diode 19th the output signal U A is that of the evaluation unit 7th (please refer 1 ) is evaluated. On the HF connector 11 are still vias 21 to the ground conductor 18th on the underside of the substrate 17th shown.

In der 4 ist schematisch eine Vorderansicht eines geschnittenen Gehäuses 2 dargestellt, wobei sich ein Strukturelement 22 wie beispielsweise eine Wand oder eine Crashstrebe über die volle Breite erstreckt. Dabei weist das Strukturelement 22 mindestens eine Öffnung 23 auf, durch die sich die Flüssigkeit innerhalb des Gehäuses 2 über den Boden 8 verteilen kann. In the 4th Fig. 3 is a schematic front view of a sectioned housing 2 shown, being a structural element 22nd such as a wall or a crash strut extending over the full width. The structural element 22nd at least one opening 23 on, through which the liquid moves inside the housing 2 across the floor 8th can distribute.

Dabei kann der Boden 8 eine Vertiefung 24 aufweisen, in der der Wellenleiter 9 liegt (siehe 5). In der Vertiefung sammelt sich bevorzugt Flüssigkeit 25, sodass die Detektion sehr schnell erfolgt.The soil can do this 8th a depression 24 have in which the waveguide 9 lies (see 5 ). Liquid preferentially collects in the depression 25th so that the detection takes place very quickly.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Vorrichtungcontraption
22
Gehäusecasing
33
Batteriemodul-GehäuseBattery module housing
44th
Batterie-Management-SteuergerätBattery management control unit
55
Mikroprozessormicroprocessor
66th
HF-QuelleRF source
77th
AuswerteeinheitEvaluation unit
88th
Bodenfloor
99
WellenleiterWaveguide
1010
Endeend
1111
HF-VerbinderRF connector
1212th
HF-LeitungRF line
1313th
Endeend
1414th
HF-DetektorRF detector
1515th
Leitungmanagement
1616
MikrostreifenleitungMicrostrip line
1717th
SubstratSubstrate
1818th
MasseleiterGround conductor
1919th
Schottky-DiodeSchottky diode
2020th
AnpassungsschaltungMatching circuit
2121
DurchkontaktierungVia
2222nd
StrukturelementStructural element
2323
Öffnungopening
2424
Vertiefungdeepening
2525th
Flüssigkeitliquid

Claims (9)

Batteriemodul-Gehäuse (3) mit einer Vorrichtung (1) zur Erfassung von Flüssigkeit (25) in dem Batteriemodul-Gehäuse (3), wobei die Vorrichtung (1) eine HF-Quelle (6), mindestens einen Wellenleiter (9), mindestens einen HF-Detektor (14) und eine Auswerteeinheit (7) aufweist, wobei die HF-Quelle (6) mit einem Ende (10) des Wellenleiters (9) und der HF-Detektor (14) mit dem anderen Ende (13) des Wellenleiters (9) verbunden ist, wobei der mindestens eine Wellenleiter (9) mindestens teilweise auf dem Boden (8) des Batteriemodul-Gehäuses (3) angeordnet ist, wobei die Auswerteeinheit (7) derart ausgebildet ist, aus einer Änderung eines Signals am HF-Detektor (14) auf in dem Batteriemodul-Gehäuse (3) befindliche Flüssigkeit (25) zu schließen.Battery module housing (3) with a device (1) for detecting liquid (25) in the battery module housing (3), the device (1) having an RF source (6), at least one waveguide (9), at least an RF detector (14) and an evaluation unit (7), the RF source (6) with one end (10) of the waveguide (9) and the RF detector (14) with the other end (13) of the Waveguide (9) is connected, the at least one waveguide (9) being arranged at least partially on the bottom (8) of the battery module housing (3), the evaluation unit (7) being designed from a change in a signal at the HF -Detector (14) to close in the battery module housing (3) located liquid (25). Batteriemodul-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Quelle (6) und/oder die Auswerteeinheit (7) in einem Batterie-Management-Steuergerät (4) integriert ist.Battery module housing Claim 1 , characterized in that the HF source (6) and / or the evaluation unit (7) is integrated in a battery management control device (4). Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Batteriemodul-Gehäuse (3) angeordnete Strukturelemente (22) Öffnungen (23) aufweisen, durch die eingetretene Flüssigkeit (25) sich über dem Boden (8) des Batteriemodul-Gehäuses (3) verteilen kann.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that structural elements (22) arranged in the battery module housing (3) have openings (23) through which liquid (25) penetrates above the bottom (8) of the battery module housing (3) can distribute. Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (8) des Batteriemodul-Gehäuses (3) eine Vertiefung (24) aufweist, wobei der Wellenleiter (9) mindestens teilweise in der Vertiefung (24) angeordnet ist.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that the bottom (8) of the battery module housing (3) has a recess (24), the waveguide (9) being at least partially arranged in the recess (24). Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der Wellenleiter (9) auf einem Substrat (17) aufgebracht ist, das mindestens am Boden (8) des Batteriemodul-Gehäuses (3) befestigt ist.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that at least the waveguide (9) is applied to a substrate (17) which is fastened at least to the bottom (8) of the battery module housing (3). Batteriemodul-Gehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (17) als flexibles Substrat ausgebildet ist und zusätzlich an mindestens einer Seitenwand des Batteriemodul-Gehäuses (3) anliegt.Battery module housing Claim 5 , characterized in that the substrate (17) is designed as a flexible substrate and additionally rests against at least one side wall of the battery module housing (3). Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wellenleiter (9) als Mikrostreifenleitung (16) oder als Koplanarleitungen ausgebildet ist.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one waveguide (9) is designed as a microstrip line (16) or as coplanar lines. Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Detektor (14) als Schottky-Diode (19) ausgebildet ist.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that the HF detector (14) is designed as a Schottky diode (19). Batteriemodul-Gehäuse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Detektor (14) eine Anpassungsschaltung (20) an den Wellenwiderstand des mindestens einen Wellenleiters (9) aufweist.Battery module housing according to one of the preceding claims, characterized in that the HF detector (14) has an adaptation circuit (20) to the characteristic impedance of the at least one waveguide (9).
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