DE102018207436A1 - Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device - Google Patents
Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device Download PDFInfo
- Publication number
- DE102018207436A1 DE102018207436A1 DE102018207436.4A DE102018207436A DE102018207436A1 DE 102018207436 A1 DE102018207436 A1 DE 102018207436A1 DE 102018207436 A DE102018207436 A DE 102018207436A DE 102018207436 A1 DE102018207436 A1 DE 102018207436A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate plate
- sensor device
- pressure force
- sensors
- force sensors
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Metall-Zellen. Die Sensoreinrichtung umfasst eine Substratplatte mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, eine Mehrzahl von Druckkraftsensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, und mindestens eine Vergussmasseschicht, in welcher die Temperatursensoren und/oder die Druckkraftsensoren angeordnet sind, wobei die Substratplatte aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Keramik, Glas, FR4 und Mischungen hiervon. The present invention relates to a sensor device for lithium-ion cells and / or lithium-metal cells. The sensor device comprises a substrate plate having a first side and a second side opposite the first side, a plurality of temperature sensors arranged on the first side and / or on the second side of the substrate plate, a plurality of pressure force sensors located on the first side and / or on the second side of the substrate plate, and at least one Vergussmasseschicht in which the temperature sensors and / or the pressure force sensors are arranged, wherein the substrate plate consists of a material which is selected from the group consisting of plastic, ceramic, glass , FR4 and mixtures thereof.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung für Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Metall-Zellen. Die Sensoreinrichtung umfasst eine Substratplatte mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, eine Mehrzahl von Druckkraftsensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, und mindestens eine Vergussmasseschicht, in welcher die Temperatursensoren und/oder die Druckkraftsensoren angeordnet sind, wobei die Substratplatte aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Keramik, Glas, FR4 und Mischungen hiervon.The present invention relates to a sensor device for lithium-ion cells and / or lithium-metal cells. The sensor device comprises a substrate plate having a first side and a second side opposite the first side, a plurality of temperature sensors arranged on the first side and / or on the second side of the substrate plate, a plurality of pressure force sensors located on the first side and / or on the second side of the substrate plate, and at least one Vergussmasseschicht in which the temperature sensors and / or the pressure force sensors are arranged, wherein the substrate plate consists of a material which is selected from the group consisting of plastic, ceramic, glass , FR4 and mixtures thereof.
Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Metall-Zellen unterliegen im Betrieb Einflüssen, die teilweise zu sicherheitskritischen Zuständen führen können.During operation, lithium-ion cells and lithium-metal cells are subject to influences that can sometimes lead to safety-critical conditions.
Ein sicherheitskritischer Zustand ist eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur. Diese kann sowohl durch externe Einflüsse als auch durch den Betrieb entstehen und ist zu vermeiden bzw. es muss die maximale Leistungsaufnahme und -abgabe bei Erreichen gewisser Grenzwerte eingeschränkt werden. Insbesondere kann bei großvolumigen Zellen die messbare Oberflächentemperatur signifikant von der schwer messbaren Kerntemperatur abweichen. Bei zu hohen Ladeströmen in Verbindung mit niedrigen Zelltemperaturen kann es zu Lithium-Plating kommen, was zu vorzeitigem Versagen der Batteriezelle führt.A safety-critical condition is too high or too low a temperature. This can be caused by external influences as well as by the operation and must be avoided or the maximum power consumption and delivery must be limited when certain limit values are reached. In particular, in the case of large-volume cells, the measurable surface temperature can deviate significantly from the hard-to-measure core temperature. Excessive charge currents associated with low cell temperatures can lead to lithium plating leading to premature failure of the battery cell.
Ein weiterer sicherheitskritischer Zustand ist die mechanische Belastung. Durch das intrinsische Ausdehnen der Elektrodenmaterialien während des Ladens in Verbindung mit einem steifen Zellgehäuse und/oder einer steifen Batteriemodulverspannung werden hohe Kräfte auf den Batterieseparator ausgeübt, wodurch dieser abweichende elektrochemische Kennwerte im Vergleich zu Herstellerkennwerten zeigt. Zusätzlich kann es durch z.B. Fertigungsfehler zu lokalen Druckkräften auf die Batteriezelle kommen, wodurch es z.B. zu Lithium-Plating durch lokal erhöhte Stromdichten kommen kann, was zu vorzeitigem Versagen der Batteriezelle führt.Another safety-critical condition is the mechanical load. Due to the intrinsic expansion of the electrode materials during charging in conjunction with a rigid cell housing and / or a stiff battery module clamping, high forces are exerted on the battery separator, as a result of which it shows deviating electrochemical characteristics in comparison to manufacturer characteristics. In addition, it can be replaced by e.g. Manufacturing errors come to local pressure forces on the battery cell, whereby e.g. Lithium-plating may result in locally increased current densities, leading to premature failure of the battery cell.
Aufgrund der Tendenz zu immer großvolumerigen Zellen entsteht eine immer größer werdende Divergenz zwischen Zellinnen- und Zellaußentemperatur. Es ist insbesondere in der Zellentwicklung sowie auch in der Modulentwicklung wichtig, zellintern und ortsaufgelöst die Parameter Temperatur, Elektrodenspannung (Platingerkennung) und Druckkräfte bestimmen zu können, um kritische Areale in der Zelle zu identifizieren. Sind diese Areale bekannt, können Anpassungen an der Zell- bzw. der Modulkonstruktion und/oder der Betriebsstrategie vorgenommen werden.Due to the tendency to ever large-volume cells, an ever-increasing divergence between inside cell and outside cell temperature arises. It is particularly important in cell development as well as in module development to be able to determine the parameters temperature, electrode voltage (plating recognition) and pressure forces in-cell and spatially resolved in order to identify critical areas in the cell. If these areas are known, adjustments to the cell or module construction and / or the operating strategy can be made.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Sensoreinrichtungen bekannt, in denen Temperatur oder Druckkraft gemessen werden kann. Die
Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Sensoreinrichtung anzugeben, mit welcher eine genauere Messung von relevanten Betriebsparametern in Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Metall-Zellen, wie Temperatur und Druckkraft, möglich ist.Proceeding from this, it was the object of the present invention to provide a sensor device with which a more accurate measurement of relevant operating parameters in lithium-ion cells and / or lithium-metal cells, such as temperature and pressure force, is possible.
Diese Aufgabe wird bezüglich einer Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, bezüglich einer Batteriezelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und bezüglich eines Zellstapels mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. In Patentanspruch 19 werden Verwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung angegeben. Die jeweilig abhängigen Patentansprüche stellen dabei vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is achieved with respect to a sensor device having the features of
Erfindungsgemäß wird somit eine Sensoreinrichtung für Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Metall-Zellen angegeben. Die Sensoreinrichtung umfasst eine Substratplatte mit einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, eine Mehrzahl von Temperatursensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, eine Mehrzahl von Druckkraftsensoren, die auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, und mindestens eine Vergussmasseschicht, in welcher die Temperatursensoren und/oder die Druckkraftsensoren angeordnet sind, wobei die Substratplatte aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Keramik, Glas, FR4 und Mischungen hiervon.The invention thus provides a sensor device for lithium-ion cells and / or lithium-metal cells. The sensor device comprises a substrate plate having a first side and a second side opposite the first side, a plurality of temperature sensors arranged on the first side and / or on the second side of the substrate plate, a plurality of pressure force sensors located on the first side and / or on the second side of the substrate plate, and at least one Vergussmasseschicht in which the temperature sensors and / or the pressure force sensors are arranged, wherein the substrate plate consists of a material which is selected from the group consisting of plastic, ceramic, glass , FR4 and mixtures thereof.
Unter einer Lithium-Ionen-Zelle wird eine Batterie-Zelle auf Basis von Lithium-Ionen verstanden. Unter einer Lithium-Metall-Zelle wird eine Batterie-Zelle auf Basis von elementarem Lithium, d.h. metallischem Lithium, verstanden.A lithium-ion cell is understood to be a battery cell based on lithium ions. Below a lithium metal cell is a battery cell based on elemental lithium, i. metallic lithium, understood.
Da die Sensoreinrichtung sowohl eine Mehrzahl von Temperatursensoren als auch eine Mehrzahl von Druckkraftsensoren aufweist, können sowohl die Temperatur als auch die Druckkräfte von Lithium-Ionen-Zellen bzw. Lithium-Metall-Zellen oder Zellstapeln aus Lithium-Ionen-Zellen bzw. Lithium-Metall-Zellen genau bestimmt werden. Dabei erlaubt das Vorhandensein einer Mehrzahl von Temperatursensoren die genaue und ortsaufgelöste Messung der Temperatur, während das Vorhandensein einer Mehrzahl von Druckkraftsensoren die genaue und ortsaufgelöste Messung der Druckkraft erlaubt. Durch die Anordnung der Temperatursensoren und der Druckkraftsensoren auf der Substratplatte können die Sensoren bedarfsmäßig angeordnet werden. So können die Stellen, an denen die Sensoren auf der Substratplatte angeordnet sind, auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Es sind somit diverse verschiedene Anordnungen der Sensoren auf der Substratplatte möglich. Beispielsweise können die Sensoren auch in bestimmten Mustern, z.B. matrixförmig, angeordnet werden, welche die Auswertung der gemessenen Werte aufgrund definierter Abstände der Sensoren zueinander vereinfacht. Zudem kann die Substratplatte mit darauf angeordneten Sensoren auf einfache Weise in eine Batterie-Zelle oder zwischen Batterie-Zellen in einen Batterie-Zellstapel integriert werden. Es ist somit eine zellinterne Überwachungsmöglichkeit der relevanten Betriebsparameter Temperatur und Druckkraft möglich. Eine solche zellinterne Überwachung ermöglicht eine genauere Bestimmung der Parameter Temperatur und Druckkraft, da die gemessene Temperatur keine oder nur eine sehr geringe Divergenz zur Kerntemperatur aufweist und die Druckkraftmessung nicht dadurch gestört wird, dass die Druckkräfte durch das steife Zellgehäuse maskiert werden. Since the sensor device has both a plurality of temperature sensors and a plurality of pressure force sensors, both the temperature and the pressure forces of lithium-ion cells or lithium-metal cells or cell stacks of lithium-ion cells or lithium metal Cells are determined exactly. In this case, the presence of a plurality of temperature sensors allows the accurate and spatially resolved measurement of the temperature, while the presence of a plurality of pressure force sensors allows the accurate and spatially resolved measurement of the compressive force. The arrangement of the temperature sensors and the pressure force sensors on the substrate plate, the sensors can be arranged as needed. Thus, the locations where the sensors are arranged on the substrate plate can be adapted to the respective application. There are thus various different arrangements of the sensors on the substrate plate possible. For example, the sensors can also be arranged in specific patterns, for example in matrix form, which simplifies the evaluation of the measured values based on defined distances between the sensors. In addition, the substrate plate with sensors arranged thereon can be easily integrated into a battery cell or between battery cells in a battery cell stack. It is thus an in-cell monitoring possibility of the relevant operating parameters temperature and pressure force possible. Such in-cell monitoring allows a more accurate determination of the parameters temperature and pressure force, since the measured temperature has no or only a very small divergence to the core temperature and the pressure force measurement is not disturbed by the pressure forces are masked by the rigid cell housing.
In der Folge ist mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung eine genauere Messung von relevanten Betriebsparametern in Lithium-Ionen-Zellen und/oder Lithium-Metall-Zellen, wie Temperatur und Druckkraft, möglich ist.As a result, a more accurate measurement of relevant operating parameters in lithium-ion cells and / or lithium-metal cells, such as temperature and pressure force, is possible with the sensor device according to the invention.
Erfindungsgemäß besteht die Substratplatte aus einem Material, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoff, Keramik, Glas, FR4 und Mischungen hiervon. Als Kunststoff wird bevorzugt Polyimid verwendet. Als Keramik wird bevorzugt Aluminiumoxid bzw. eine Aluminiumoxidkeramik verwendet. Ein solches Material hat den Vorteil, dass es stabil gegenüber in Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Metall-Zellen verwendeten Elektrolyten ist. Als ein solcher Elektrolyt kann z.B. eine Mischung aus organischen Carbonaten, wie z.B. EC/PC/DEC/DMC, und einem Leitsalz, wie z.B. LiPF6, verwendet werden. Aufgrund der Stabilität der Substratplatte gegenüber solchen Elektrolyten kann die Sensoreinrichtung auch problemlos in Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Metall-Zellen eingesetzt werden, wo sie in Kontakt mit solchen Elektrolyten kommt. Zudem sind die Materialien der Substratplatte kostengünstig, weswegen auch die Sensoreinrichtung kostengünstiger herstellbar ist.According to the invention, the substrate plate consists of a material which is selected from the group consisting of plastic, ceramic, glass, FR4 and mixtures thereof. As the plastic, polyimide is preferably used. The ceramic used is preferably aluminum oxide or an aluminum oxide ceramic. Such a material has the advantage of being stable to electrolytes used in lithium ion cells and lithium metal cells. As such an electrolyte, for example, a mixture of organic carbonates such as EC / PC / DEC / DMC and a conductive salt such as LiPF 6 can be used. Due to the stability of the substrate plate against such electrolytes, the sensor device can also be used without problem in lithium-ion cells or lithium-metal cells, where it comes into contact with such electrolytes. In addition, the materials of the substrate plate are inexpensive, which is why the sensor device is less expensive to produce.
Vorzugsweise weist die Substratplatte eine Dicke von 10 µm bis 2000 µm, bevorzugt von 10 µm bis 1000 µm, ganz besonders bevorzugt von 10 µm bis 50 µm, auf.The substrate plate preferably has a thickness of from 10 μm to 2000 μm, preferably from 10 μm to 1000 μm, very particularly preferably from 10 μm to 50 μm.
Die in der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung vorhandene Vergussmasseschicht verhindert, dass die darin angeordneten Temperatursensoren und/oder Druckkraftsensoren in Kontakt mit einem Elektrolyten kommen, wenn die Sensoreinrichtung in einer Batterie-Zelle angeordnet ist. Auf diese Weise wird die Integration der Sensoreinrichtung in eine Batterie-Zelle erleichtert. Wie bereits beschrieben, ist durch eine solche Integration eine zellinterne Überwachung und damit eine genauere Bestimmung der Parameter Temperatur und Druckkraft möglich. Zudem wird durch die Vergussmasseschicht eine Nivellierung der durch die Temperatursensoren und/oder Druckkraftsensoren entstandenen Unebenheiten erreicht.The potting compound layer present in the sensor device according to the invention prevents the temperature sensors and / or pressure force sensors arranged therein from coming into contact with an electrolyte when the sensor device is arranged in a battery cell. In this way the integration of the sensor device in a battery cell is facilitated. As already described, by such an integration an intracellular monitoring and thus a more accurate determination of the parameters temperature and pressure force is possible. In addition, a leveling of the unevenness caused by the temperature sensors and / or pressure force sensors is achieved by the Vergussmasseschicht.
Aus der besseren und genaueren Überwachung, die durch die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung erreicht wird, resultiert eine frühzeitige Erkennungsmöglichkeit eines sicherheitskritischen Zustands.From the better and more accurate monitoring, which is achieved by the sensor device according to the invention, results in an early detection possibility of a safety-critical state.
Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung kann jedoch nicht nur zur zellinternen Überwachung sondern auch zur zellexternen Überwachung eingesetzt werden. Durch den geringen Raumbedarf der Sensoreinrichtung, der sich aus der Anordnung der Sensoren auf der Substratplatte ergibt, ergibt sich ein weiterer Vorteil.However, the sensor device according to the invention can be used not only for cell-internal monitoring but also for cell-external monitoring. Due to the small space requirement of the sensor device, which results from the arrangement of the sensors on the substrate plate, there is a further advantage.
Im Weiteren kann die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung auch zur Überwachung mehrerer mechanisch gekoppelter Zellen eingesetzt werden. Auch eine Bestimmung des Ladezustands und des Alterungszustands ist möglich.Furthermore, the sensor device according to the invention can also be used for monitoring a plurality of mechanically coupled cells. A determination of the state of charge and the state of aging is also possible.
Durch die Anordnung der Sensoren auf der Substratplatte ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung zudem leicht skalierbar und anpassbar.The arrangement of the sensors on the substrate plate, the sensor device according to the invention is also easily scalable and customizable.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatursensoren ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus PTC-Widerständen, Platinwiderständen, gedruckten Widerständen, Dioden, diodenähnlichen Elementen, vorzugsweise Transistoren und Mosfets, und Kombinationen hiervon. Diese temperatursensitiven Elemente eignen sich ganz besonders gut zu einer sehr genauen Messung der Temperatur. Durch die geeignete Auswahl der Temperatursensoren kann die Sensitivität auf den gewünschten Temperaturbereich angepasst werden.A preferred embodiment of the sensor device according to the invention is characterized in that the temperature sensors are selected from the group consisting of PTC resistors, platinum resistors, printed resistors, diodes, diode-like elements, preferably transistors and MOSFETs, and combinations thereof. These temperature-sensitive elements are particularly well suited for a very accurate measurement of the temperature. By the appropriate Selection of temperature sensors, the sensitivity can be adjusted to the desired temperature range.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung umfassen die Druckkraftsensoren jeweils zwei Messelektroden und eine zwischen den Messelektroden angeordnete Zwischenschicht, wobei
- - die Druckkraftsensoren piezoelektrische Druckkraftsensoren sind, wobei die Zwischenschicht ein piezoelektrisches Material enthält oder aus diesem besteht, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zinkoxid, Aluminiumnitrid, Polyvinylidenfluorid und Mischungen hiervon, oder
- - die Druckkraftsensoren piezoresistive Druckkraftsensoren sind, wobei die Zwischenschicht ein piezoresistives Material enthält oder aus diesem besteht, vorzugsweise eine kohlenstoffgefüllte Polyolefinfolie, oder
- - die Druckkraftsensoren kapazitive Druckkraftsensoren sind, wobei die Zwischenschicht ein dielektrisches Material enthält oder aus diesem besteht, oder
- - die Druckkraftsensoren induktive Druckkraftsensoren sind, wobei die Zwischenschicht ein dielektrisches Material enthält oder aus diesem besteht.
- the pressure force sensors are piezoelectric pressure force sensors, the intermediate layer containing or consisting of a piezoelectric material, which is preferably selected from the group consisting of zinc oxide, aluminum nitride, polyvinylidene fluoride and mixtures thereof, or
- the pressure force sensors are piezoresistive pressure force sensors, the intermediate layer containing or consisting of a piezoresistive material, preferably a carbon-filled polyolefin film, or
- the pressure force sensors are capacitive pressure force sensors, the intermediate layer containing or consisting of a dielectric material, or
- - The pressure force sensors are inductive pressure force sensors, wherein the intermediate layer contains a dielectric material or consists of this.
Diese druckkraftsensitiven Elemente eignen sich ganz besonders gut zu einer sehr genauen Messung der Druckkraft. Die genannten Materialien sind auch deshalb besonders vorteilhaft, weil sie stabil gegenüber in Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Metall-Zellen verwendeten Elektrolyten sind. Durch geeignete Wahl der piezoresistiven/piezoelektrischen/dielektrischen Materialienkann die Sensitivität auf den gewünschten Kraft- bzw. Zeitbereich angepasst werden.These pressure-sensitive elements are particularly well suited for a very accurate measurement of the compressive force. The materials mentioned are also particularly advantageous because they are stable to electrolytes used in lithium-ion cells and lithium-metal cells. By appropriate choice of piezoresistive / piezoelectric / dielectric materials, the sensitivity can be adjusted to the desired force or time range.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass
- - die Temperatursensoren matrixförmig auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, und/oder
- - die Druckkraftsensoren matrixförmig auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind.
- - The temperature sensors are arranged in a matrix on the first side and / or on the second side of the substrate plate, and / or
- - The pressure force sensors are arranged in a matrix shape on the first side and / or on the second side of the substrate plate.
Bei der matrixförmigen Anordnung ist gewährleistet, dass die Sensoren möglichst gleichmäßig auf der Substratplatte verteilt sind und die Abstände zwischen den Sensoren einheitlich sind. Hierdurch wird vereinfachte Auswertung der gemessenen Parameter und zudem auch eine sehr genaue Bestimmung der Parameter erreicht. Es wird so auch eine hohe Ortsauflösung der Messung ermöglicht. Je größer die Matrix ist, d.h. je mehr Sensoren innerhalb der Matrix verwendet werden, desto genauer wird die Ortsauflösung der Messung. Beispielsweise können die Temperatursensoren und/oder die Druckkraftsensoren in einer 2 × 2 Matrix, in einer 2 × 3 Matrix, in einer 3 × 2 Matrix, in einer 3 × 3 Matrix, in einer 3 × 4 Matrix, in einer 4 × 3 Matrix, in einer 4 × 4 Matrix, in einer 4 × 5 Matrix, in einer 5 × 4 Matrix oder in einer 5 × 5 Matrix angeordnet sein.In the case of the matrix-like arrangement, it is ensured that the sensors are distributed as evenly as possible on the substrate plate and that the distances between the sensors are uniform. As a result, simplified evaluation of the measured parameters and also a very accurate determination of the parameters is achieved. It is thus also a high spatial resolution of the measurement allows. The larger the matrix, i. E. the more sensors are used within the matrix, the more accurate the spatial resolution of the measurement becomes. For example, the temperature sensors and / or the compressive force sensors may be in a 2 × 2 matrix, in a 2 × 3 matrix, in a 3 × 2 matrix, in a 3 × 3 matrix, in a 3 × 4 matrix, in a 4 × 3 matrix , in a 4 × 4 matrix, in a 4 × 5 matrix, in a 5 × 4 matrix or in a 5 × 5 matrix.
Alternativ können die Temperatursensoren und/oder Druckkraftsensoren natürlich auch nicht-matrixförmig angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Temperatursensoren und/oder Druckkraftsensoren bedarfsmäßig bzw. in auf die jeweilige Anwendung der Sensoreinrichtung abgestimmter Weise auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind. So können beispielsweise dort viele Temperatursensoren angeordnet werden, wo mit einem starken Anstieg der Temperatur innerhalb einer zu überwachenden Batteriezelle zu rechnen ist, um so einerseits eine möglichst genaue Überwachung bzw. Anzeige von Temperaturschwankungen innerhalb der Batteriezelle zu ermöglichen und andererseits eine sparsame Verwendung von Temperatursensoren zu gewährleisten. Auf ähnliche Weise können die Druckkraftsensoren vermehrt an solchen Bereichen der Substratplatte angeordnet werden, wo mit einer starken mechanischen Belastung der überwachten Batteriezelle zu rechnen ist.Alternatively, the temperature sensors and / or pressure force sensors can of course also be arranged non-matrix-shaped. It is particularly advantageous if the temperature sensors and / or pressure force sensors are arranged on the first side and / or on the second side of the substrate plate as required or in a manner adapted to the respective application of the sensor device. Thus, for example, many temperature sensors can be arranged there, where a sharp rise in the temperature within a battery cell to be monitored is to be expected, in order to enable on the one hand the most accurate monitoring or display of temperature fluctuations within the battery cell and, on the other hand, an economical use of temperature sensors guarantee. Similarly, the pressure force sensors can be increasingly placed on those areas of the substrate plate, where a strong mechanical load of the monitored battery cell is expected.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Temperatursensoren in der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mindestens 4, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 9, ganz besonders bevorzugt mindestens 12, Temperatursensoren.Preferably, the plurality of temperature sensors in the sensor device according to the invention comprises at least 4, preferably at least 6, more preferably at least 9, most preferably at least 12, temperature sensors.
Zudem ist es bevorzugt, dass die Mehrzahl von Druckkraftsensoren in der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mindestens 4, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 9, ganz besonders bevorzugt mindestens 12, Druckkraftsensoren umfasst.In addition, it is preferred that the plurality of pressure force sensors in the sensor device according to the invention comprises at least 4, preferably at least 6, more preferably at least 9, most preferably at least 12, compression force sensors.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatursensoren auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Druckkraftsensoren oder die Temperatursensoren nicht auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Druckkraftsensoren. Beispielsweise können die Temperatursensoren und die Druckkraftsensoren alle auf der ersten Seite der Substratplatte oder alle auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sein. Gemäß einem weiteren Beispiel ist aber auch möglich, dass die Temperatursensoren auf der ersten Seite der Substratplatte und die Druckkraftsensoren auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind.Another preferred embodiment of the sensor device according to the invention is characterized in that the temperature sensors are arranged on the same side of the first and second side of the substrate plate as the pressure force sensors or the temperature sensors are not arranged on the same side of the first and second side of the substrate plate as the pressure force sensors. For example, the temperature sensors and the pressure force sensors may all be arranged on the first side of the substrate plate or all on the second side of the substrate plate. According to another example, it is also possible that the Temperature sensors on the first side of the substrate plate and the pressure force sensors on the second side of the substrate plate are arranged.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Sensoreinrichtung besteht die Substratplatte aus Polyimid. Dieses Material ist besonders stabil gegenüber in Lithium-Ionen-Zellen und Lithium-Metall-Zellen eingesetzten Elektrolyten.In a further preferred embodiment of the sensor device, the substrate plate consists of polyimide. This material is particularly stable against electrolytes used in lithium ion cells and lithium metal cells.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die mindestens eine Vergussmasseschicht ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Silikon, Polyimid, Polyurethan, Epoxidharz, Polyesterharz, Vinylesterharz, Phenolharz und Mischungen hiervon. Durch diese Materialien kann besonders gut verhindert werden, dass die in der Vergussmasseschicht angeordneten Sensoren in Kontakt mit einem Elektrolyten kommen.Furthermore, it is preferred that the at least one Vergussmasseschicht contains or consists of a material which is selected from the group consisting of silicone, polyimide, polyurethane, epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, phenolic resin and mixtures thereof. These materials can be particularly well prevented that the sensors arranged in the Vergussmasseschicht come into contact with an electrolyte.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Sensoreinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vergussmasseschicht
- - lediglich auf der ersten Seite oder lediglich auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist, oder
- - eine erste Vergussmasseschicht und eine zweite Vergussmasseschicht umfasst, wobei die erste Vergussmasseschichte auf der ersten Seite der Substratplatte angeordnet ist und die zweite Vergussmasseschicht auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist.
- - Is arranged only on the first side or only on the second side of the substrate plate, or
- - A first Vergussmasseschicht and a second Vergussmasseschicht comprises, wherein the first Vergussmasseschichte is disposed on the first side of the substrate plate and the second Vergussmasseschicht is arranged on the second side of the substrate plate.
Beispielsweise kann die Sensoreinrichtung somit lediglich eine Vergussmasseschicht aufweisen, welche entweder auf der ersten Seite der Substratplatte oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist. Gemäß einem weiteren Beispiel ist es aber auch möglich, dass die Sensoreinrichtung zwei Vergussmasseschichten aufweist, wobei die eine Vergussmasseschicht auf der ersten Seite der Substratplatte und die andere Vergussmasseschicht auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist.For example, the sensor device can thus have only one Vergussmasseschicht, which is arranged either on the first side of the substrate plate or on the second side of the substrate plate. According to another example, however, it is also possible that the sensor device has two Vergussmasseschichten, wherein one Vergussmasseschicht on the first side of the substrate plate and the other Vergussmasseschicht on the second side of the substrate plate is arranged.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist die mindestens eine Vergussmasseschicht lediglich auf der ersten Seite der Substratplatte angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung zusätzlich mindestens eine Separatorschicht aufweist, die auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist, und die Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Referenzspannungsmessern umfasst, die auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, wobei die Referenzspannungsmesser von der mindestens einen Separatorschicht abgedeckt sind.In a further preferred embodiment of the sensor device according to the invention, the at least one potting compound layer is arranged only on the first side of the substrate plate, wherein the sensor device additionally has at least one separator layer, which is arranged on the second side of the substrate plate, and the sensor device comprises a plurality of reference voltage meters, which are arranged on the second side of the substrate plate, wherein the reference voltage meter are covered by the at least one separator layer.
Mit den Referenzspannungsmessern ist es möglich einen weiteren relevanten Betriebsparameter der Batterie-Zelle, nämlich die Referenzspannung, zu messen. Dies wird in der Regel nur im zellinternen Betrieb der Sensoreinrichtung benötigt bzw. verwendet. Durch die Verwendung einer Mehrzahl von Referenzspannungsmessern ist es möglich eine sehr genaue und ortsaufgelöste Messung der Referenzspannung durchzuführen.With the reference voltage meters, it is possible to measure another relevant operating parameter of the battery cell, namely the reference voltage. This is usually required or used only in the cell-internal operation of the sensor device. By using a plurality of reference voltage meters, it is possible to perform a very accurate and spatially resolved measurement of the reference voltage.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass
- - die Referenzspannungsmesser mit Lithium beschichtete Kupfer-, Silber- oder Goldstrukturen sind, und/oder
- - die Referenzspannungsmesser matrixförmig auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, und/oder
- - die Referenzspannungsmesser auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Druckkraftsensoren oder die Referenzspannungsmesser nicht auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Druckkraftsensoren, und/oder
- - die Referenzspannungsmesser auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Temperatursensoren oder die Referenzspannungsmesser nicht auf der gleichen Seite der ersten und zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind wie die Temperatursensoren, und/oder
- - die Separatorschicht ein Material enthält oder aus diesem besteht, welches ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Glasfaser, Aramid, Vliese (non-woven), Keramik oder Mischungen hiervon.
- - The reference voltage meter with lithium-coated copper, silver or gold structures, and / or
- - The reference voltage meter are arranged in a matrix on the first side or on the second side of the substrate plate, and / or
- the reference voltage meters are arranged on the same side of the first and second sides of the substrate plate as the pressure force sensors or the reference voltage meters are not arranged on the same side of the first and second sides of the substrate plate as the pressure force sensors, and / or
- the reference voltage meters are arranged on the same side of the first and second sides of the substrate plate as the temperature sensors or the reference voltage meters are not arranged on the same side of the first and second sides of the substrate plate as the temperature sensors, and / or
- - The separator layer contains or consists of a material which is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, glass fiber, aramid, nonwoven, ceramic or mixtures thereof.
Bei der matrixförmigen Anordnung ist gewährleistet, dass die Referenzspannungsmesser möglichst gleichmäßig auf der Substratplatte verteilt sind und die Abstände zwischen den Referenzspannungsmessern einheitlich sind. Hierdurch wird vereinfachte Auswertung der gemessenen Referenzspannung und zudem auch eine sehr genaue Bestimmung der Referenzspannung erreicht. Es wird so auch eine hohe Ortsauflösung der Messung ermöglicht. Je größer die Matrix ist, d.h. je mehr Referenzspannungsmesser innerhalb der Matrix verwendet werden, desto genauer wird die Ortsauflösung der Messung. Beispielsweise können die Referenzspannungsmesser in einer 2 × 2 Matrix, in einer 2 × 3 Matrix, in einer 3 × 2 Matrix, in einer 3 × 3 Matrix, in einer 3 × 4 Matrix, in einer 4 × 3 Matrix, in einer 4 × 4 Matrix, in einer 4 × 5 Matrix, in einer 5 × 4 Matrix oder in einer 5 × 5 Matrix angeordnet sein.In the case of the matrix-like arrangement, it is ensured that the reference voltage meters are distributed as uniformly as possible on the substrate plate and that the distances between the reference voltage meters are uniform. As a result, simplified evaluation of the measured reference voltage and also a very accurate determination of the reference voltage is achieved. It is thus also a high spatial resolution of the measurement allows. The larger the matrix, i. E. the more reference voltage meters are used within the matrix, the more accurate the spatial resolution of the measurement becomes. For example, the reference voltage meters may be in a 2 × 2 matrix, in a 2 × 3 matrix, in a 3 × 2 matrix, in a 3 × 3 matrix, in a 3 × 4 matrix, in a 4 × 3 matrix, in a 4 × 4 matrix, in a 4 × 5 matrix, in a 5 × 4 matrix or in a 5 × 5 matrix.
Alternativ können die Referenzspannungsmesser natürlich auch nicht-matrixförmig angeordnet werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Referenzspannungsmesser bedarfsmäßig bzw. in auf die jeweilige Anwendung der Sensoreinrichtung abgestimmter Weise auf der ersten Seite und/oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind.Alternatively, the reference voltage meter can of course also arranged non-matrix-shaped become. It is particularly advantageous if the reference voltage meters are arranged on the first side and / or on the second side of the substrate plate as required or in a manner adapted to the particular application of the sensor device.
Vorzugsweise ist jeder der Referenzspannungsmesser jeweils zwischen zwei der Druckkraftsensoren angeordnet.Each of the reference voltage meters is preferably arranged in each case between two of the pressure force sensors.
Vorzugsweise umfasst die Mehrzahl von Referenzspannungsmessern in der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mindestens 4, bevorzugt mindestens 6, besonders bevorzugt mindestens 9, ganz besonders bevorzugt mindestens 12, Referenzspannungsmesser.Preferably, the plurality of reference voltage meters in the sensor device according to the invention at least 4, preferably at least 6, more preferably at least 9, most preferably at least 12, reference voltage meter.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung
- - mindestens eine Stromquelle, bevorzugt eine Konstantstromquelle oder eine Wechselstromquelle, umfasst, welche vorzugsweise auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist, und/oder
- - mindestens einen Multiplexer umfasst, welcher vorzugweise auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist, und/oder
- - mindestens einen Mikroprozessor mit einem AD-Wandler umfasst, wobei der mindestens eine Mikroprozessor vorzugweise auf der ersten Seite oder auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist.
- at least one current source, preferably a constant current source or an alternating current source, which is preferably arranged on the first side or on the second side of the substrate plate, and / or
- - At least one multiplexer comprises, which is preferably arranged on the first side or on the second side of the substrate plate, and / or
- - At least one microprocessor with an AD converter comprises, wherein the at least one microprocessor is preferably arranged on the first side or on the second side of the substrate plate.
Mithilfe der Stromquelle und/oder des Multiplexers und/oder des Mikroprozessors kann eine Auswertung der von den Sensoren ermittelten Parameter erfolgen. Unter einem Mikroprozessor wird auch ein Microcontroller verstanden. Beispielsweise kann die Auswertung der Druckkraftsensoren mittels direkter Spannungsmessung (piezoelektrisches Material) über den AD-Wandler eines Mikroprozessors bzw. per Konstantstromquelle oder einen Spannungsteiler (piezoresistives Material) bzw. per Konstantstromquelle und Bestimmung der Kondensatorladezeit bzw. per Wechsselstromquelle und Verstimmung der Schwingfrequenz eines bekannten LC-Schwingkreises durch die veränderliche Kapazität/Induktivität des Messsensors (kapazitive/induktive Messung) über eine Multiplexer und einen AD-Wandler eines Mikroprozessors. Die Auswertung der Temperatursensoren kann beispielsweise mittels Spannungsmessung (per Stromquelle oder einen Spannungsteiler) über einen Multiplexer und einen AD-Wandler eines Mikroprozessors erfolgen. Im Weiteren kann die Auswertung der Referenzspannungsmesser beispielsweise über einen Multiplexer und einen AD-Wandler eines Mikroprozessors erfolgen.The current source and / or the multiplexer and / or the microprocessor can be used to evaluate the parameters determined by the sensors. A microprocessor is also understood to mean a microcontroller. For example, the evaluation of the pressure force sensors by means of direct voltage measurement (piezoelectric material) via the AD converter of a microprocessor or by a constant current source or a voltage divider (piezoresistive material) or by constant current source and determining the capacitor charging time or by Wechselsstromstrom and detuning the oscillation frequency of a known LC Oscillating circuit by the variable capacitance / inductance of the measuring sensor (capacitive / inductive measurement) via a multiplexer and an AD converter of a microprocessor. The evaluation of the temperature sensors can be done for example by means of voltage measurement (by current source or a voltage divider) via a multiplexer and an AD converter of a microprocessor. In addition, the evaluation of the reference voltage meter can be carried out, for example, via a multiplexer and an AD converter of a microprocessor.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Vergussmasseschicht lediglich auf der ersten Seite der Substratplatte angeordnet, ist die Mehrzahl von Temperatursensoren lediglich auf der ersten Seite der Substratplatte in der Vergussmasseschicht angeordnet, und ist die Mehrzahl von Druckkraftsensoren lediglich auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung zusätzlich mindestens eine Separatorschicht aufweist, die auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet ist, und die Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Referenzspannungsmessern umfasst, die auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, wobei die Referenzspannungsmesser von der mindestens einen Separatorschicht abgedeckt sind und die Druckkraftsensoren in der Separatorschicht angeordnet sind.In a very particularly preferred embodiment, the at least one Vergussmasseschicht is disposed only on the first side of the substrate plate, the plurality of temperature sensors is disposed only on the first side of the substrate plate in the Vergussmasseschicht, and the plurality of pressure force sensors only on the second side of the substrate plate wherein the sensor device additionally comprises at least one separator layer disposed on the second side of the substrate plate and the sensor device comprises a plurality of reference voltage meters arranged on the second side of the substrate plate, the reference voltage meters being covered by the at least one separator layer and the pressure force sensors are arranged in the separator layer.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Batterie-Zelle umfassend eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung sowie eine Anode und eine Kathode, wobei die Batterie-Zelle eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Metall-Zelle ist.The present invention also relates to a battery cell comprising a sensor device according to the invention as well as an anode and a cathode, wherein the battery cell is a lithium-ion cell or a lithium-metal cell.
In einer solchen Batterie-Zelle kommen die Vorteile der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung besonders zum Tragen, da durch die zellinterne Überwachung der relevanten Parameter, wie Temperatur und Druckkraft, eine sehr genaue und ortsaufgelöste Bestimmung der Parameter möglich ist.In such a battery cell, the advantages of the sensor device according to the invention come particularly to bear, as by the cell-internal monitoring of the relevant parameters, such as temperature and pressure force, a very accurate and spatially resolved determination of the parameters is possible.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie-Zelle zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens eine Vergussmasseschicht eine erste Vergussmasseschicht und eine zweite Vergussmasseschicht umfasst, wobei die erste Vergussmasseschichte auf der ersten Seite der Substratplatte zwischen der Substratplatte und der Kathode angeordnet ist und die zweite Vergussmasseschicht auf der zweiten Seite der Substratplatte zwischen der Substratplatte und der Anode angeordnet ist.A preferred embodiment of the battery cell according to the invention is characterized in that the at least one Vergussmasseschicht comprises a first Vergussmasseschicht and a second Vergussmasseschicht, wherein the first Vergussmasseschichte on the first side of the substrate plate between the substrate plate and the cathode is disposed and the second Vergussmasseschicht the second side of the substrate plate is disposed between the substrate plate and the anode.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie-Zelle ist die mindestens eine Vergussmasseschicht lediglich auf der ersten Seite der Substratplatte zwischen der Substratplatte und der Kathode angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung zusätzlich eine Separatorschicht aufweist, die auf der zweiten Seite der Substratplatte zwischen der Substratplatte und der Anode angeordnet ist, und die Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Referenzspannungsmessern umfasst, die auf der zweiten Seite der Substratplatte angeordnet sind, wobei die Referenzspannungsmesser von der Separatorschicht abgedeckt sind.In a further preferred embodiment of the battery cell according to the invention, the at least one Vergussmasseschicht is disposed only on the first side of the substrate plate between the substrate plate and the cathode, wherein the sensor device additionally has a Separatorschicht on the second side of the substrate plate between the substrate plate and the Anode is arranged, and the sensor device comprises a plurality of reference voltage meters, which are arranged on the second side of the substrate plate, wherein the reference voltage meters are covered by the separator layer.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kathode und/oder die Anode Ausstanzungen aufweist, wobei die Referenzspannungsmesser unter den Ausstanzungen positioniert sind. Auf diese Weise kann eine genauere Messung der Referenzspannung erreicht werden.Furthermore, it is preferred that the cathode and / or the anode has punched out, wherein the reference voltage meter among the Punching are positioned. In this way, a more accurate measurement of the reference voltage can be achieved.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie-Zelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Zelle eine Versiegelung aufweist, die die Substratplatte sowie die darauf angeordneten Schichten und Sensoren umgibt, wobei die Versiegelung mindestens einen Bereich für Zuleitungen der Sensoren aufweist, in welchem vorzugweise die Zuleitungen der Sensoren unter Verwendung eines thermoplastischen oder ultraschallverschweißbaren Kunststoffbandes oder mittels einer Vergussmasse hermetisch eingesiegelt sind. Auf diese Weise kann auf einfachem Weg die Dichtigkeit der Batterie-Zelle gewährleistet werden. Die Einsiegelung der Sensorzuleitungen kann mittels Aufschmelzen eines thermoplastischen Kunststoffbandes (PE/PP) während der Versiegelung der Batteriezelle erfolgen. Hierdurch ist es möglich die Sensormatrix beliebig innerhalb der Batteriezelle zwischen den Elektrodenschichten (Anode und Kathode) zu positionieren.A further preferred embodiment of the battery cell according to the invention is characterized in that the battery cell has a seal which surrounds the substrate plate and the layers and sensors arranged thereon, wherein the seal has at least one region for supply lines of the sensors, in which preferably the Supply lines of the sensors are hermetically sealed using a thermoplastic or ultrasonically weldable plastic tape or by means of a potting compound. In this way, the tightness of the battery cell can be ensured in a simple way. The sealing of the sensor leads can be done by melting a thermoplastic plastic tape (PE / PP) during the sealing of the battery cell. This makes it possible to position the sensor matrix anywhere within the battery cell between the electrode layers (anode and cathode).
Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Zellstapel umfassend mindestens zwei Batterie-Zellen, bei denen es sich um mindestens zwei Lithium-Ionen-Zellen oder um mindestens zwei Lithium-Metall-Zellen handelt, sowie mindestens eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung, wobei jeweils eine Sensoreinrichtung zwischen zwei der Batterie-Zellen angeordnet ist. In diesem Fall befindet sich die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung in zellexternem Betrieb.The present invention also relates to a cell stack comprising at least two battery cells, which are at least two lithium-ion cells or at least two lithium-metal cells, and at least one sensor device according to the invention, wherein in each case a sensor device between two of Battery cells is arranged. In this case, the sensor device according to the invention is in cell-external operation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellstapels ist mindestens eine der Batterie-Zellen eine erfindungsgemäße Batterie-Zelle. In diesem Fall enthält der erfindungsgemäße Zellstapel somit einerseits mindestens eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung, die zwischen den Batterie-Zellen angeordnet ist und sich somit im zellexternen Betrieb befindet, und andererseits mindestens eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung, die innerhalb der Batteriezellen angeordnet ist und sich somit im zellinternen Betrieb befindet.In a preferred embodiment of the cell stack according to the invention, at least one of the battery cells is a battery cell according to the invention. In this case, the cell stack according to the invention thus contains, on the one hand, at least one sensor device according to the invention, which is arranged between the battery cells and thus is in external cell operation, and, on the other hand, at least one sensor device according to the invention, which is arranged inside the battery cells and thus is in cell-internal operation ,
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung zur Überwachung einer Lithium-Ionen-Zelle, einer Lithium-Metall-Zelle, eines Stapels von Lithium-Ionen-Zellen oder eines Stapels von Lithium-Metall-Zellen.The present invention also relates to the use of a sensor device according to the invention for monitoring a lithium ion cell, a lithium metal cell, a stack of lithium ion cells or a stack of lithium metal cells.
Anhand der nachfolgenden Beispiele und Figuren soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden, ohne diese auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen und Parameter zu beschränken.Reference to the following examples and figures, the present invention will be explained in more detail, without limiting these to the specific embodiments and parameters shown here.
In
In
In
In den
In
In
In
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012209397 A1 [0006]DE 102012209397 A1 [0006]
- US 9478831 B2 [0006]US 9478831 B2 [0006]
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018207436.4A DE102018207436A1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018207436.4A DE102018207436A1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018207436A1 true DE102018207436A1 (en) | 2019-11-14 |
Family
ID=68336854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018207436.4A Pending DE102018207436A1 (en) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018207436A1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113109206A (en) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 上海天岳半导体材料有限公司 | Device and method for evaluating raw material assembling uniformity in crucible |
DE102020203959A1 (en) | 2020-03-26 | 2021-09-30 | Viessmann Werke Gmbh & Co Kg | Temperature measuring arrangement and method for measuring the temperature of one or more cells |
DE102020118544A1 (en) | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Audi Aktiengesellschaft | Battery module and motor vehicle with at least one battery module |
CN114946067A (en) * | 2020-07-31 | 2022-08-26 | 株式会社Lg新能源 | Battery cell holder comprising a membrane pressure sensor and method for measuring the swelling of a battery cell |
WO2024079244A1 (en) | 2022-10-12 | 2024-04-18 | Webasto SE | Device for measuring a temperature in a battery, battery module, battery and motor vehicle |
DE102022130869A1 (en) | 2022-11-22 | 2024-05-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Device and method for spatially resolved measurement of electrical resistance |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017200369A1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Modular sensor module |
-
2018
- 2018-05-14 DE DE102018207436.4A patent/DE102018207436A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017200369A1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-07-12 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Modular sensor module |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102020203959A1 (en) | 2020-03-26 | 2021-09-30 | Viessmann Werke Gmbh & Co Kg | Temperature measuring arrangement and method for measuring the temperature of one or more cells |
DE102020118544A1 (en) | 2020-07-14 | 2022-01-20 | Audi Aktiengesellschaft | Battery module and motor vehicle with at least one battery module |
CN114946067A (en) * | 2020-07-31 | 2022-08-26 | 株式会社Lg新能源 | Battery cell holder comprising a membrane pressure sensor and method for measuring the swelling of a battery cell |
CN113109206A (en) * | 2021-04-12 | 2021-07-13 | 上海天岳半导体材料有限公司 | Device and method for evaluating raw material assembling uniformity in crucible |
WO2024079244A1 (en) | 2022-10-12 | 2024-04-18 | Webasto SE | Device for measuring a temperature in a battery, battery module, battery and motor vehicle |
DE102022126573A1 (en) | 2022-10-12 | 2024-04-18 | Webasto SE | Device for measuring a temperature in a battery, battery module, battery and motor vehicle |
DE102022130869A1 (en) | 2022-11-22 | 2024-05-23 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Device and method for spatially resolved measurement of electrical resistance |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102018207436A1 (en) | Sensor device for battery cells, battery cell comprising the sensor device and cell stack comprising the sensor device | |
DE102013207233B4 (en) | ENCLOSED MEMS DEVICE AND METHOD OF CALIBRATING AN ENCLOSED MEMS DEVICE | |
DE112009002478B4 (en) | Method and device for testing an insulation of a pocket electrocell and tester therefor | |
WO2013174591A1 (en) | Apparatus for identifying a state variable of a cell for converting chemical energy into electrical energy, cell, cell module and method for identifying a state variable of a cell | |
DE102012209271A1 (en) | Battery management system for a battery cell with pressure-sensitive film sensor | |
EP0237598B1 (en) | Piezoresistive force-measuring element and its use in determining the forces acting upon a construction | |
DE102012209397A1 (en) | Lithium ion battery cell for battery management system utilized for storing electrical power for electromotor in e.g. hybrid motor car, has electrode-coil arranged within cell housing, and partially covered by pressure-sensitive film sensor | |
EP2051867A2 (en) | Piezo element for sensor power supply | |
EP0065511A1 (en) | Transducer with a piezo-electric sensitive element | |
DE102008007774A1 (en) | Bending transducer for generating electrical energy from mechanical deformations | |
DE112018001090T5 (en) | Layered sensor device and method for its manufacture | |
DE102015215091A1 (en) | Method for determining a pressure within a housing of a battery cell and battery cell | |
DE102012223708A1 (en) | Lithium-ion battery cell for drive system of motor vehicle, has monitoring circuit designed to record measurement variable of battery cell, where monitoring circuit is directly arranged on top of battery cell housing cover | |
DE102019205953A1 (en) | Temperature measuring device for an electrical energy store | |
DE10063557B4 (en) | Method and device for measuring water levels | |
EP3312574B1 (en) | Vibration sensor with integrated temperature detection | |
DE102018212567B3 (en) | High-voltage battery with test device and motor vehicle | |
DE202016008592U1 (en) | sensor | |
DE102019125236A1 (en) | Battery cell with a diagnostic unit, method for diagnosing the condition of a battery cell, battery and motor vehicle with a battery | |
DE19831270A1 (en) | Sensor for determining and monitoring tension in fastening, especially screw; has piezoelectric plastics bonded to it, with circuitry determining potential developed under stress | |
WO2011047908A1 (en) | Energy source for electric current comprising a sensor device for determining a charge state of the energy source | |
DE102014221392A1 (en) | Device, measuring arrangement and method for checking the functional state of an electrically insulating protective cover of a battery | |
DE202021101046U1 (en) | Device for checking fuel cell stacks | |
DE102020108282A1 (en) | Electrochemical cell and method for monitoring an electrochemical cell | |
DE102012223089B4 (en) | Method and device for measuring electrical voltage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication |