一种残膜回收机防缠绕挑膜装置的制 一种秧草收获机用电力驱动行走机构

电池模块、具有动力电池的机动车和制造电池模块的方法与流程

2022-02-20 13:43:11 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及一种具有至少两个电池单体的电池模块,所述电池单体为了形成所述电池模块而作为单体组布置在公共的模块壳体中。此外,在单体组中,在每两个相邻的电池单体之间和/或在相应的电池单体与模块壳体之间分别布置有单体分隔元件。单体分隔元件被构造成根据电池单体的膨胀状态而变形。为了监测膨胀状态,电池模块还包括至少一个监测装置,其具有用于检测或测量与膨胀状态相对应的压力信号的压力传感器。
2.本发明还涉及一种具有动力电池的机动车,该动力电池包括至少一个如前所述的电池模块。
3.本发明还涉及一种用于制造这种电池模块的方法。在此,用于形成电池模块的至少两个电池单体作为单体组被布置在共同的模块壳体中。此外,对于单体组,在布置时分别在两个相邻的电池单体之间和/或在相应的电池单体与模块壳体之间提供了可根据电池单体的膨胀状态变形的单体分隔元件。另外,为了监测电池模块的膨胀状态,上述监测装置在安装在模块壳体中时被提供有用于检测与膨胀状态相对应的压力信号的压力传感器。


背景技术:

4.本发明意义上的电池模块尤其是可重复充电的电化学的蓄能器或蓄电池。其例如可以在用于机动车、即例如电动车辆或混合动力车辆的电驱动装置的动力电池中使用。相应的电池模块或单体模块通常包括多个、即两个或更多个上述电池单体。在例如已知用在动力电池中的大型电池单体的情况下,例如在电池模块中使用8至16个电池单体。当然,在此也可以使用多于16个电池单体,这尤其是在所谓的棱柱形单体或所谓的软包单体中实现。然而,在小型圆形单体或纽扣单体、即具有圆柱形形状的电池单体的情况下,具有数百个电池单体的电池模块也是已知的。
5.这种电池单体通常分别包括伽伐尼单体,其例如构造为电化学单体并且布置在单体壳体中。单体壳体例如可以设计为基本上呈矩形或方形的。替代地,可以考虑单体壳体的任意其他几何形状。伽伐尼单体通常具有两个或多个电极,这些电极作为电池单体的单体接线端子从单体壳体中被引出。这些电极分别构成伽伐尼单体的所谓的电势接线端子并且通过电解质相互作用。通过电极可以根据伽伐尼单体的电化学性质来提供直流电压形式的电能。根据单体化学性质,该直流电压可以例如为1.2伏特至4.5伏特。伽伐尼单体例如可以构造为锂离子单体或铅酸单体或镍金属氢单体或铅胶体单体等。通过现在将多个这样的电池单体与伽伐尼单体例如至少部分地串联电连接,可以实现前述的电池模块,利用该电池模块可以提供例如在10伏特至100伏特范围中的较大的直流电压。所提供的电池模块电压的值在此尤其取决于串联连接的电池单体的数量。
6.然而,为了形成电池模块,电池单体不仅彼此电连接,而且通常在物理上也作为单体组布置在共同的模块壳体中。堆在此尤其是指,各相应电池单体以各一个侧面平齐地并排布置。因此,在电池模块的安装位置上,为了按规定作为动力电池运行,尤其在单体组中形成电池单体的水平的堆叠方向(垂直于车辆竖直方向)。
7.由于伽伐尼单体在各自的电池单体内部的电化学反应,电池单体在其使用寿命期间“增长”。也就是说,电池单体变形,即尤其是膨胀或体积增大。此外,单体在每次充电和/或放电过程中“呼吸”。这意味着,电池单体在每次充电和放电过程中都稍微膨胀并再次收缩。这些变形过程总体上被称为所谓的膨胀(swelling)。通常主要在水平方向上,即在上述堆叠方向上,发生电池单体的膨胀、即胀大。因此,在模块壳体几何结构几乎保持不变的情况下,在电池单体的使用寿命中或使用寿命期间在电池单体膨胀时由于压缩导致模块壳体中的力提高和/或压力提高。由此能够加速电池单体的老化和/或能够导致单体故障。正是在故障情况下、即在电池单体之一功能失常或损坏时,在单体模块中的自发胀大或膨胀且进而自发的压力升高会导致单个单体或整个电池模块的崩溃。附加或替代地,电池单体的故障或功能失常也会导致负压,即模块壳体中的压力降低。这例如在所谓的棱柱形单体中过压阀或“通风口(vent)”打开时发生。在此,电池单体尤其收缩。在本技术中,为了简单起见,上述膨胀或收缩过程被概括为术语“膨胀”或“膨胀行为”。
8.为了避免这种功能失常并且实现模块壳体中的压力平衡,在单体组中通常分别在两个相邻的电池单体之间并且附加地或替代地也在相应的电池单体与模块壳体之间——尤其是在堆叠方向上——安装相应的单体分隔元件或单体分隔装置。因此,这种单体分隔元件通常作为在单体组中在两个相邻的电池单体之间、即在单体间隙中内置的垫或衬垫。附加地或替代地,也可以在单体组的边缘处、即在相应电池单体与模块壳体之间的邻接空间(模块壳体间隙)中设置相应的单体分隔元件或分隔元件。相应的单体分隔元件通常用于补偿电池单体的机械膨胀。另一功能可以是电池单体的热解耦。换句话说,单体分隔元件随各自的膨胀状态、即在各个电池单体的呼吸或变形时一起变形。单体分隔元件因此可以被理解为可弹性变形或可塑性变形的间隔件。由此能够补偿在单体组中的电池单体的变形,并且因此在模块壳体中实现压力平衡或力平衡。
9.然而,为了能够提前地、即尤其是在出现损坏之前更换单个电池单体或电池模块,除了单体分隔元件之外还使用前面提到的监测装置。在此,借助于一个或多个压力传感器或一个或多个力传感器,通过测量和评估相应的压力信号来监测模块壳体中的压力。因此,该评估允许推断出电池单体的相应膨胀状态。
10.为此,例如由文献de 10 2012 016 022a1已知一种变换器单体,例如电池单体,所述变换器单体的电化学变换器构件安置在单体壳体中。为了监测变换器构件,在单体壳体内部集成有带功能元件、例如压力传感器的功能装置。功能元件例如可以装配在作为电路板的柔性膜上并且尤其是安装在单体壳体的内壁上。上述监测装置因此集成到每个电池单体本身中。
11.此外,由文献de 10 2013 113 909a1公开了一种具有单体壳体的电池单体,所述电池单体具有在壳体表面中的孔。传感器模块通过密封的封装被安装在该孔上。为了探测电池单体中的压力变化,传感器模块包括位于孔和封装部之间的压敏膜,该膜可由于在膜的相对两侧上的不同压力而变形。这种变形可借助传感器模块的电子压力传感器测量。因此,为了测量相应的电池单体的压力,需要破坏壳体的孔。由此,气体可能会从单体内部流出。
12.文献wo 2019/051519 a1还公开了一种包括冷却装置和多个单体的蓄电池,所述冷却装置从一侧或多侧覆盖蓄电池或者设置在单体之间。冷却装置包括结合在单层或多层
的膜中的冷却通道。为了监测单体,还在膜上为每个单体布置、例如印刷相应的传感器元件。各个传感器元件例如可以是电容式压力传感器。
13.然而,通过上述现有技术产生如下缺点,即,对于电池模块的压力监测而言,总是需要借助多个单独的传感器(为每个单体使用一个传感器元件)进行仅点式的测量。由此,尤其产生在评估单个传感器的测量方面的高的计算成本。由此,压力监测通常是非常耗费的。此外,因此需要为安装各个传感器耗费大量布线成本。因此,这种技术对于批量制造来说尤其过于昂贵。此外,由于点式的测量、即由于这些单个传感器的通常非常小的面积产生以下缺点,即仅可在小的区域中确定单体压力。因此,难以或很难确定在膨胀行为/膨胀特性中的不规则性,即在单体之一膨胀时的不规则性。此外,通过在上述现有技术构造的压力传感器还产生如下缺点,即,压力传感器总是必须作为附加的或单独的构件安装在单体组或电池壳体中。由此,用于单体组的空间需求或结构空间需求提高并且尤其会提高电池模块的重量。


技术实现要素:

14.本发明的目的是,实现对于这种类型的电池模块的压力监测,其中相比于现有技术能够降低结构空间需求并且节省成本。
15.该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的改进方案通过从属权利要求、以下描述以及附图中公开。
16.结合这种电池模块规定,为了电容式地检测压力信号,压力传感器按照平板电容器的原理被设计为多层的、压敏的膜。在此,单体分隔元件作为该膜的各层中的一层构成了压力传感器的电介质。
17.压力传感器的这种设计当然也适用于所述至少一个电池模块,该电池模块在这种类型的机动车中用于形成动力电池。优选地,机动车被设计为汽车、尤其是轿车或载重汽车或被设计为乘用巴士或摩托车。
18.因此,结合这种类型的用于制造电池模块的方法提出,为了电容式地检测压力信号,压力传感器根据平板电容器的原理被提供为多层的、压敏的膜。在此,用于压力传感器的电介质借助于作为膜的层之一的单体分隔元件来提供。在制造该电池模块时,单体分隔元件和压力传感器因此在一个公共布置过程或布置步骤中在单体组中分别布置在至少两个相邻的电池单体之间和/或在相应的电池单体与模块壳体之间。
19.因此,单体分隔元件总体上是压力传感器的集成的组成部分。由此得到的优点是,单体分隔元件除了其在模块壳体中的压力平衡或力平衡的原本功能外,还可以用于压力传感装置或压力测量。由此可以将用于压力监测的这种压力传感器的结构空间需求保持得很小并且由此也节省了安装和使用压力传感器时的成本。
20.作为压力传感器的压敏膜的测量原理在此基于电容式压力测量,该压力测量尤其通过两个电容器板的距离变化得以实现,对此在后续还要详细涉及。因此,压敏的膜在下面也被称为电容器膜或测量膜。在此由于膨胀、即电池单体的变形而产生上述距离变化。即,膜、进而电容器的电容器板由于膨胀而被压缩,这能够通过电容器膜的电容变化来测量。
21.已知地,平板电容器的电容c由所谓的介电常数ε与电容器板的面积a的乘积除以电容器板的距离d得出。因此,距离的变化,例如由压缩引起的距离减小,导致电容c的增加。
该电容c在此能够通过上述压力信号来测量。压力信号例如可以是电信号,如电流强度或电压。于是通过以合适的方式评估压力信号,能够因此推断出压力传感器的电容或电容变化,且因此推断出电池单体的膨胀状态或膨胀行为,由此总地推断出在单体组或电池间隙中的压力情况。该评估在后面还要再详细涉及到。
22.作为用于电介质的膜的材料、即上述的单体分隔元件,能够使用任何已知的、弹性材料或塑性材料,该材料同时也适用于电介质。对于电介质特别适合使用弱导电的或不导电的材料、即具有高电阻的材料,从而在材料中几乎没有电流流动或有可忽略的低电流流动。优选地,这种材料的电导率小于20μs/cm。用于相应的单体分隔元件的材料的例子还有无纺布、硅树脂(silikon)、柔性泡沫材料或泡沫。典型的层厚度例如可以为0.5mm至1.5mm。根据在壳体中的预期压力,当然也可以为单体分隔元件选择其它的层厚度,例如小于0.5mm(在微米范围中)或者大于1.5mm。
23.此外,通过将压力传感器设计为膜还得到如下优点,即,可以特别有利地进行制造。通常,压敏膜的各层、例如电容器板可通过已知的印刷方法或喷镀方法或蒸镀方法或轧制方法来施加。电容器板的层厚度在此通常仅为几微米。因此,也能够特别节省空间地并且因此有利地实现存储。因此,这样的压敏膜通常仅具有几毫米的厚度,优选为几微米(至多几厘米),并且是柔软的或形状不稳定的。由此,膜可以被简单地卷起或团起以便储存。
24.类似地,前述的和下面的实施方式当然也可以在一个电池模块中实现多于一个单体组、即至少两个单体组,所述单体组为了形成电池模块又以堆叠的方式布置在模块壳体中。在此,压力传感器例如可以分别布置在两个单体组之间和/或布置在相应的单体组与模块壳体之间。在这种情况下,单体组本身因此可以被视为上述电池单体。
25.本发明还包括产生附加优点的实施例。在下面的实施方式中尤其公开了用于这种类型的电池模块的设计可能性。当然,根据本发明的电池模块的这些改进方案也可以应用于或适合于根据本发明的方法和根据本发明的机动车的改进方案。
26.第一实施方式中涉及上述电容器板的设计方案。为此规定,压力传感器的相应电容器板或电极构造在压敏膜的两个相对置的、能导电的、另外的层中。以下将膜中的电容器板也称为电极层。因此,膜以夹层结构方式构造为具有作为芯的电介质和作为覆盖层的电极。因此,膜包括至少三层。
27.优选地,电极面式地或整面地构造或实现在膜中。这就是说,构成电容器板的膜层优选在整个膜面上延伸。因此,代替点式地测量单体压力,可以实现面式地测量。通过扩大压力传感器的测量面积产生以下优点,即,还可以确定电池单体的膨胀行为中的不规则性。因此,监测是全面的/整体的。
28.为了提供导电性,电极层优选由金属化材料或金属材料构成。电极层例如可以利用已知的喷镀或印刷方法被施加、即被蒸镀或印刷到单体分隔元件的相对置的侧面上。因此,单体分隔元件也可以作为电容器板的载体材料或载体。对此替代地,电极层也可以被设计或施加在与单体分隔元件分开的载体材料上。通过这种载体材料在此同时也可以实现压力传感器相对于电池单体的电绝缘。
29.为此,在本发明的另一实施方式中规定,电池模块包括至少一个绝缘元件,该至少一个绝缘元件尤其是可变形的,以用于使压敏的膜相对于相应的电池单体和/或相对于模块壳体电绝缘。在此,绝缘元件分别布置在膜和相邻的或贴靠的电池单体之间。如果压敏的
膜布置在两个单体之间的间隙中,则因此优选可以设置两个这样的绝缘元件。因此,又形成一种夹层结构,即相应的绝缘元件作为覆盖层而压敏膜作为芯。
30.优选地,各绝缘元件构成压敏膜的另外的层,因此被称为绝缘层。在此,绝缘层可以作为用于电极的上述载体。因此,各相应绝缘元件可以说为压力传感器提供了印刷电路板。对此,作为所述材料尤其适合使用塑料、如例如为制造柔性印刷电路板已知的塑料。附加地或替代地,相应的绝缘元件可以被构造为用于相应的电池单体的包覆层/封装层。因此,相应的电池单体可以完全(优选除了单体接线端子之外)被绝缘层包围或包封。例如,绝缘元件可以是单体壳体的集成的组成部分,特别是单体壳体的外层。
31.下面的实施形式尤其涉及压敏膜在单体组中的几何构造和/或布置的可能性。
32.在膜的几何形状方面,在本发明的一种实施方式中对此规定,所述压敏膜至少在第一宽度上完全覆盖相应的电池单体的至少一个侧面。因此,压敏膜优选构造为膜带。在此,膜带的长度相应于电池单体的侧面在第一宽度或第一宽度方向上的尺寸。而膜带的高度或宽度则小于相应侧面在第二宽度或第二宽度方向上的尺寸。优选地,膜带参照于侧面的第二宽度居中地贴靠在相应的电池单体上。
33.在本发明的另一种实施方式中,在膜的几何构型方面规定,所述压敏膜完全覆盖相应电池单体的至少一个侧面。这意味着,压敏膜优选整面地在各相应侧面的第一宽度和第二宽度上延伸。优选地,膜与电池单体的各相应侧面平齐。
34.对于膜、即上述膜带或上述面状的膜在单体组中的几何布置,在此可以考虑不同的可能性。例如可以为在单体组中在每两个相邻的电池单体之间的每个间隙配设一个构造为膜的压力传感器。因此,根据单体组中电池单体的数量设置多个压力传感器。在此,压敏膜可以分别作为另外的堆元件集成在单体组中。因此,与开头针对单体分隔元件所述的一样,压力传感器作为垫或衬垫设置在上述单体间隙和/或上述模块壳体间隙中。由此得到的优点是,可以针对每个电池单体实现各自的压力监测。
35.但作为附加或备选地,也可以给整个单体组配置一个压力传感器。相应地,压敏膜例如可以布置在单体组的顶面和/或底面和/或侧面之一上。在此,术语顶面、底面和侧面尤其是涉及为了符合规定的用途、例如用作动力电池的电池模块的上述安装位置。由此得到的优点是,尤其是可以实现电池模块的整体的压力监测。
36.但特别优选的是上述几何布置可能性的组合。为此,在本发明的另一实施方式中规定,压敏膜蜿蜒地、即以蛇形线的方式沿着单体组的堆叠方向延伸地布置在相应电池单体之间。因此,电池模块的各电池单体优选从多侧或多个侧面被蜿蜒延伸的膜包围或围绕。在此,从单体组俯视图来看,膜的蜿蜒形状尤其通过膜在电池单体之间沿着堆叠方向、即在堆叠方向上蜿蜒或引而获得。因此可以说实现了“连续的压力传感器”。优选地,该蜿蜒形状与电池单体或单体壳体的几何形状相匹配。因此,借助于压力传感器尤其可以整体地监测所谓的软包(英语“beutel”)单体或者棱柱形单体或者圆形单体或者具有预定的任意其它几何形状的电池单体。在圆形单体的情况下,通过膜沿着电池单体的蜿蜒例如可以产生s形。
37.由此得到的优点是,尤其可以实现单体组的全面的压力监测。因此,可以同样可靠地检测单体组的总压力变化以及检测单个电池单体的局部压力变化。
38.优选地,测量膜在此包括仅一个压力传感器,该压力传感器——如之前所描述的
那样——被面式地构造在膜中。由此也就是说可以测量电池单体的膨胀状态的总和。因此,可以减少电池模块中的盲点或空白点、即未被监测的部位的数量。
39.通过评估所产生的压力信号,可以因此定性地推断出相应单体的状态并且因此推断出单体的老化状态。由此,也能够尽可能早地探测到电池单体的可能导致相应单体的损坏或功能失常的变形。由此也可以在出现故障之前预防性地或者及时地更换单体。
40.替代于上述蜿蜒形状,当然也可以考虑用于形成连续的压力传感器的测量膜的其它几何形状。例如,测量膜的梳状或格栅状的构造也是可行的。“梳状”是指,所述测量膜在俯视图中例如具有连接部或柄部,电池单体沿堆叠方向分别以相同侧面抵靠在连接部或柄部上。为了在单体间隙中进行测量,还安装有相对于连接片垂直伸出的臂、如梳子的尖齿,所述臂分别布置在两个相邻的电池单体之间的间隙中。因此,各个电池单体在至少三个侧或至少三个侧面被测量膜包围。在格栅状的构型中,与梳状的构型相比,第二连接部可以平行于第一连接部安装在垂直伸出的臂上。因此,相应的电池单体在四个侧上、即尤其是完全地被测量膜包围。
41.在上述连续的压力传感器中,上述单体分隔元件例如也可以作为连续的单体分隔元件来实现。也就是说,单体分隔元件可以面式地、即在膜的以及尤其是电容器层的整个面上延伸。因此,对于整个电池模块也仅设置刚好一个单体分隔元件。替代于此,也可以将多个单体分隔元件作为前述的垫或衬垫集成到膜中。在此,例如可以根据膜在单体组中相对于相应的单体间隙或相应的模块壳体间隙的布置来选择相应的单体分隔元件的相应的位置或定位。为了使电容器板或电容器层相对于彼此电绝缘,在单体分隔元件的该构型中例如另一绝缘元件可以作为另一层或另一中间层集成到膜中。
42.接下来,下一步涉及对利用压力传感器检测的压力信号的上述评估。为此,在本发明的另一实施例中,监测装置还包括控制电路,用于操作或控制压力传感器,并根据用于确定各个电池单体的各自的膨胀状态或膨胀行为的预定评估标准来评估由压力传感器检测的压力信号。
43.在此,控制电路优选电连接到测量膜的电极或电容器板上。为进行控制,监测装置例如可以具有信号发生器,该信号发生器用于给电极施加测量信号、例如正弦形或矩形的交流电压或直流电压(正弦半波)。为了进行评估,控制电路此外还具有评估逻辑或评估模块。为了借助于监测装置实施用于监测电池模块的压力测量,可以使用已知的电容式测量方法。例如,在时间测量中可以确定从接通测量信号至达到平板电容器饱和的持续时间,例如,通过借助电流传感器测量电流强度。对此附加地或替代地,也可以进行用于确定电容器膜的阻抗的阻抗测量。最后,也可以在谐振频率测量中进行压力确定。为此,评估电子装置例如可以包括电感,该电感构成具有电容器膜的振荡回路。
44.为了评估在压力测量时所确定的压力信号,评估逻辑可以根据前述的评估标准例如检查,当前所确定的压力信号是否在预定的公差范围内与预定的比较信号相匹配。比较信号在此在上述公差范围内描述相应电池单体的非临界的或正常的膨胀状态。相反,在公差范围之外则可以确定临界的膨胀状态。在此,“临界”特别是指,所述电池模块在使用寿命方面受到损害并且由此可能面临电池模块或者电池单体的功能失常或者损坏。因此,临界的膨胀状态是对于电池单体或电池模块的功能性重要的状态。相反,非临界或正常的膨胀状态是与功能性不相关的状态。比较信号例如可以通过在测试系列中或实验室试验中的测
量来确定并且因此被预先给定。
45.对此附加地或替代地,也可以根据评估标准对压力信号进行评估,其方式是,如开头所述,首先借助评估逻辑由压力信号计算出电容器膜的电容或电容值。可为每个电容值或预定电容值范围分配对上述相应的膨胀状态进行描述的状态值或状态信息。状态值例如可以存储在控制电路的数据存储器中的查找表中。优选地,状态值是二进制的。也就是说,状态值或者描述临界的膨胀桩体或者描述非临界的膨胀状态。因此,利用所计算的电容值可以确定状态值,并且因此可以确定膨胀状态。
46.根据本发明的另一实施方式,前述控制电路还被构造用于根据所确定的或所检测的膨胀状态提供控制信号以用于操控分配给电池模块的信息系统和/或驾驶员辅助系统。优选地,仅当膨胀状态是临界的并且因此如之前描述的那样与电池模块的运行相关时,才提供控制信号。
47.信息系统例如可以是机动车中的输出或显示系统。例如,信息系统可以被构造为多媒体界面。因此,利用控制信号可以操控信息系统来例如向车辆的驾驶员输出和/或显示警告提示或警告信号。驾驶员辅助系统例如可以是机动车的制动系统和/或转向系统。尤其是,利用驾驶员辅助系统也可以实施自主驾驶功能。因此,通过在临界的膨胀状态下利用控制信号进行控制,也可以执行机动车的自动紧急停止或紧急驻停或者导向或驶向至期望的目的地、例如修车厂或附近的停车位。附加地或替代地,在此也可以控制配属于所述电池模块的电池管理系统,以例如将相关的电池模块或相关的电池单体从单体组件中或动力电池中断开或解耦。
48.本发明还包括所描述的实施方式的特征的组合。
附图说明
49.下面描述本发明的实施例。为此示出:
50.图1是具有两个电池单体的电池模块的示意图,该电池模块具有在单体间隙中的压力传感器以用于监测电池单体的膨胀状态;
51.图2示出了根据图1的电池模块的示意图,其中电池单体从正常状态变形成膨胀状态;
52.图3示出了在电池模块中的压力传感器的一种有利的几何布置的示意图,其中在单体组中布置有多于两个的电池单体;
53.图4以俯视图示出用于压力传感器的有利的几何设计可能性的示意图;和
54.图5示出了用于制造具有压力监测的电池模块的方法的示意性方法流程图。
55.下面阐述的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中,实施方式的所描述的部件分别是本发明的各个可彼此独立地考虑的特征,这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此,本公开还应包括实施例的特征的除了所示组合之外的组合。此外,所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其它特征来补充。
56.在附图中,相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
具体实施方式
57.图1在侧视图中示意性示出包括多个电池单体20的电池模块10的分解图。在此,电
池单体20被设计为具有基本上矩形的电池壳体21的伽伐尼单体或电化学单体。此外,电池单体20的各个电极作为单体接线端子22从各个单体壳体21中被引出。通过这些单体接线端子,借助于各个电池单体20可提供直流电压。此外,所述电池单体20能够通过这些接线端子22彼此合适地电连接,以形成电池模块10。为了形成电池模块10,电池单体20此外作为单体组11布置在共同的、在图1中未示出的模块壳体中。为了更好的概览,在图1中的单体组11仅包括两个电池单体20。但如图3所示,当然可以由多于两个的电池单体20(例如十二个电池单体)构成单体组11。电池单体20在单体组中的堆叠方向r在此特别是关于电池模块10的安装位置水平地延伸,以便符合规定地运行。因此,电池单体20彼此相邻地布置或堆叠,而不是彼此上下地叠置。
58.为了尤其在单体组11中在电池单体20的相应膨胀行为方面监测电池单体20,在模块壳体中集成有监测装置40。膨胀行为描述了各电池单体20随时间、即在使用寿命期间由于各单体的电化学性质而增大、即鼓胀的特性。此外,在充电和放电过程中,附加地还发生单体的呼吸,这附加地与单体的持续增大相叠加。为此,图2示出了根据图1的电池模块10,其中,电池单体20处于鼓胀状态。如从图2中可见,在此通常沿平行于堆叠方向r延伸的增大方向w发生增大。由于这种鼓胀,在电池模块10的模块壳体中出现压力升高或力升高。如果模块壳体中的压力达到临界限值,则通常出现损坏或故障,也就是说单个电池单体20崩溃并且因此导致电池模块10崩溃。
59.为了能够监测相应的电池单体20的各自的膨胀状态,并且因此能够提早地警告即将面临功能失常,根据图1,监测装置40具有压力传感器30和控制电路34。在图1的实施例中,在单体组11中的两个相邻的电池单体20之间的每个电池间隙中都配设这种压力传感器30。在此,压力传感器30总是安装在两个相邻的电池单体20之间并且在相应的电池单体20的整个朝向间隙的侧面23上整面地延伸。
60.如从图1和图2中可见,压力传感器30按照平板电容器的原理被构造为多层的压敏膜。如对于平板电容器常见的那样,压敏膜在此包括作为电容器板的两个彼此平行取向的电极32,所述电极通过电绝缘的电介质相互耦合。在此,所述电介质通过所谓的单体分隔元件31实现。这种单体分隔元件已知作为间隔件,并且用于电池单体20的压力补偿,以便补偿由于电池单体20的膨胀引起的变形,由此实现在模块壳体中的压力平衡或力平衡。单体分隔元件31因此是压力传感器30的集成的组成部分。由此,现在可以借助压力传感器30实施压力监测以及同时实施压力补偿。
61.为了使电极32相对于相应的电池单体电屏蔽或电绝缘,膜在各其他层中附加地还包括相应的绝缘元件33。为此,该材料尤其适合使用塑料、例如用于柔性电路板的塑料。因此,除了绝缘功能之外,各相应的绝缘元件33还可以用作用于相应电极32的载体元件。也就是说,各相应电极32被加工到所对应的绝缘元件33中,或者绝缘元件33配备有电极32。为此特别适合使用已知的用于印刷电子件(printed electronics)的印刷方法,例如所谓的柔性印刷方法或多层柔性印刷方法。在此也可以考虑使用喷镀或蒸镀电极32。替代于各相应绝缘元件33,可以替代地使用前述电介质31作为用于电极32的载体元件或印刷电路板。
62.如从图1和图2中可见,电极32优选面式地/平板式地构造在电容器膜中,从而在每个单体间隙中的监测装置40具有仅一个压力传感器,该压力传感器可以完全监测两个相邻的电池单体20的相应的侧面23。因此,进行电池单体20的面式监测,而不是点式监测。替代
于此也可以为间隙设置多个电极对32,从而监测装置40包括多个压力传感器进行单体监测。
63.通过根据平板电容器的原理来设计压力传感器30,当前尤其通过电容式测量方法来确定电池单体20的膨胀行为。压力传感器30因此构造为电容式压力传感器。这种电容式测量方法所基于的是:平板电容器的电容与电容器板的相应距离d间接成比例地变化。在此,电极32的距离d的减小导致压力传感器30的电容提高。如从图2中可见,由于电池单体20沿相应的增大方向w的膨胀、即变形,会造成距离d的这种改变。即,由于电池单体20的膨胀或鼓胀,电容器膜被压缩,使得电极32之间的距离d(如图2所示)与正常状态或未鼓胀状态(参见图1)相比减小。
64.为了能够在电池单体20膨胀时确定距离d的变化,并且因此确定压力传感器30的由此造成的电容变化,压力传感器30附加地还具有控制电路34。借助控制电路34来检测和评估电容器膜的相应的压力信号来确定归因于距离变化且因此归因于相应电池单体的膨胀行为的电容。为此,首先借助控制电路34的信号发生器36向压力传感器30的电极32施加测量信号。信号发生器36在此被构造为用于压力传感器30的电压源。因此,提供电压作为测量信号。电压当前具有模拟正弦半波的曲线形状或曲线走向。
65.通过向压力传感器30施加测量信号,电流在电极32之间流动,该电流的曲线走向以已知的方式与电容器膜的电容相关。该电流曲线、即所获得的电流信号,例如可作为前述压力信号被测量。
66.为了接收或检测压力信号并且随后评估该压力信号,控制电路34包括评估逻辑36。该评估逻辑36在此检查:根据预先确定的评估标准,压力信号是否相当于相应电池单体20的临界膨胀状态。为此,例如可以将压力信号与比较信号进行比较并且借助评估逻辑36检查:压力信号是否在预定的公差范围内与比较信号相匹配。比较信号在此描述了相应电池单体20的如其例如在图1中所示的非临界的膨胀状态或正常状态。在本示例中,比较信号由此例如可以是电流信号,其曲线走向反映电池单体20的正常状态。相反,如果压力信号位于预定的公差范围之外,则可以认定临界的膨胀状态,即电池单体20的鼓胀状态,如在图2中示例性示出的那样。
67.为了能够在确定了这种临界的膨胀状态时及早地加以处理,借助于控制电路34例如产生控制信号,利用该控制信号控制配属于电池模块10的信息系统来输出警告提示。如果电池模块10例如被构造为用于机动车的动力电池的部件,则机动车的多媒体界面因此例如可以向机动车的驾驶员或乘员发出警告提示。
68.图3从侧面的透视图示出了按图1的具有压力传感器30的电池模块10。但与图1相比,在此示出了多于仅两个的电池单体20,在此尤其示出了十二个这种电池单体20。借助于图3尤其要阐述构造为电容器膜的压力传感器30的有利的几何构型设计。与图1和2不同,根据图3的电容器膜不完全覆盖相应的电池单体20的整个侧面23。取而代之地,电容器膜被构造为膜带。因此,电容器膜在第一宽度b1或第一宽度方向上完全地覆盖电池单体20的相应侧面23,膜贴靠在该相应侧面上。而膜带的高度则比相应侧面23在第二宽度b2上的尺寸小得多。此外,在当前情况下,该膜带就相应的侧面23的第二宽度b2而言居中地贴靠在相应的电池单体20上。
69.除了电容器膜的所述几何尺寸外,电容器膜还以特别的几何形状布置在单体组11
内部。该几何形状尤其参照图4可见。图4以俯视图或鸟瞰图示出了具有根据图3的布置为电池单体组11的电池单体20的电池模块10。沿着单体组11的堆叠方向l,电容器膜在此蜿蜒地在相应的电池单体20之间延伸。在此,该蜿蜒形状m尤其是通过膜在电池单体20和单体组11之间的蜿蜒或穿行而实现。
70.在此,压力传感器30优选——如前所述地——被实现为单个传感器,该单个传感器被面式地构造在膜带中。也就是说,蜿蜒的电容器膜形成连续的压力传感器。由此得到的优点是,压力传感器30被设计为单个构件。因此,不需要在两个相邻的电池单体20之间的每个中间层或每个间隙中安装单独的压力传感器20。因此,可以在整个电池单体模块上利用仅一个单个传感器来实施压力测量。由此,尤其可以简化压力信号的处理。此外,由此也可以进行压力的面式测量。在此基于的是,尺寸的改变、也就是所述电池单体20之一的几何形状的变大通常导致在整个单体模块或者电池模块10中的压力升高。因此,无论是总压力变化还是局部的压力变化都可以同样地仅用一个压力传感器30可靠地检测到。
71.最后,图5还示出了用于制造如之前所描述的电池模块10的方法的示意性方法流程图。为此,在步骤s1中首先提供模块壳体,用于共同布置电池模块的形成单体组11的两个或多个电池单体20。此外,在步骤s2中提供之前所描述的用于作为单体组11布置在电池壳体中的电池单体20。最后,在步骤s3中还提供了前述的压力传感器30。压力传感器30例如可以作为在图3或图4中示出的膜带或者例如也作为单个的膜元件来提供,该膜元件可以单独地安装在电池间隙中并且可以通过控制电路控制。通过将压力传感器30的作为单体分隔元件的电介质31被提供为膜的各层中的一层从而形成电容器膜、即压力传感器30的集成的组成部分,因此在一个共同的布置过程中或布置步骤中、当前在步骤s4中可以将单体分隔元件和压力传感器30在单体组11中分别布置在每两个相邻的电池单体20之间,并且优选也布置在相应的电池单体20与模块壳体之间。
72.因此,总体上实现了一种具有创新的压力监测的电池模块10或单体模块。通过设计为电容器膜的压力传感器30在此提供了如下可能性,即,因为在单体间隙中进行压力监测,而不需要等待由于单体模块中的压力升高才产生后来的电参数或热参数,所以能够提前地、也就是优选在起始阶段之前就探测到在电池模块10中的反应。通过压力传感器30因而也就是可以观察到相应电池单体的内部。通过评估压力信号得到关于相应的单体的增大行为和常规行为的重要信息,这些信息可预示着单体的偏差(abdrift)或提前的失效。因此,例如可以避免或减少计划外的车间修理和抛锚情况。此外,因为测量膜、即电容器膜随着上述蜿蜒形状m在电池模块10的整个长度上延伸并且分别在两个相邻的单体对之间测量压力变化,所以可以识别电池模块10的一个或多个电池单体20中的不规则性,该不规则性由于鼓胀、即上述的膨胀来导致了压力变化。由此虽然仅评估电池单体的压力变化的总和。但这具有的优点是,在单体模块中不再存在不被监测的点或盲点或空白点,并且不同于点式传感器或单个传感器进行点式测量的情况,可以探测所有单体的压力变化。因此,可以特别简单地就老化状态、即单体膨胀做出定性判断。在过于剧烈或过早地发生老化的情况下可以实现预防性的更换。
73.在此,当电容器膜是所谓的“卷制(der rolle kommt)”时,可以特别薄地、例如以几毫米的厚度并且有利地施加电容器膜。在此,电子组件、例如电极或者电介质例如可以通过印刷施加到上述绝缘元件上。
74.因此,总体上通过本发明实现了用于电池模块10的压力传感器或压力监测。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表

相关文献