DE102019219617A1

DE102019219617A1 - ELECTRIC ENERGY STORAGE WITH GAS-SENSITIVE SENSOR COMPONENTS AND A METHOD FOR DETERMINING A STATE OF AN ELECTRIC ENERGY STORAGE

Info

Publication number: DE102019219617A1
Application number: DE102019219617.9A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Graunke; Wladimir Tschekalinskij; Stephan Junger; Jens-Uwe GARBAS; Matthias Völker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-06-17

Abstract

Ein elektrischer Energiespeicher, wie z.B. eine Batteriezelle oder ein Batteriepack, weist ein geschlossenes Gehäuse und zumindest eine in dem Gehäuse angeordnete gasempfindliche Sensorkomponente auf, die ausgebildet ist, um auf ein Gas in dem Gehäuse anzusprechen, um zu ermöglichen, Informationen über eine Gaskonzentration in dem Gehäuse zu erfassen.An electrical energy store, such as a battery cell or a battery pack, has a closed housing and at least one gas-sensitive sensor component arranged in the housing, which is designed to respond to a gas in the housing in order to enable information about a gas concentration in the Capture housing.

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen elektrischen Energiespeicher mit einer gasempfindlichen Sensorkomponente und Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines elektrischen Energiespeichers. Die vorliegende Anmeldung betrifft eine gassensorische Überwachung von Batterien.The present application relates to an electrical energy store with a gas-sensitive sensor component and a method for determining a state of an electrical energy store. The present application relates to gas sensor monitoring of batteries.

Wenn in Batterien oder in Akkus bestimmte Temperaturbereiche überschritten werden, kann sich die Lebensdauer dadurch deutlich verkürzen oder diese sogar irreparabel schädigen. Die Gefahr eines thermischen Durchgehens beginnt bei vielen Batterietypen bereits bei Temperaturen ≥ 60 Grad Celsius. Ursachen dafür können Über- und Tiefenentladen oder andere elektrische und/oder mechanische Faktoren wie das Eindringen von Material, eine Verformung durch einen Stoß bzw. Aufprall und/oder Mikroleckagen sein. Dies kann im schlimmsten Fall zu einer Explosion der Batteriezelle führen.If certain temperature ranges are exceeded in batteries or rechargeable batteries, the service life can be significantly shortened or even damaged irreparably. With many types of batteries, the risk of thermal runaway already begins at temperatures ≥ 60 degrees Celsius. Causes for this can be overcharging and deep discharging or other electrical and / or mechanical factors such as the penetration of material, deformation due to an impact or impact and / or micro-leaks. In the worst case, this can lead to an explosion of the battery cell.

Viele Batteriebestandteile sind leicht entzündlich. Elektrolyte können bei einer Überschreitung des Flammpunktes leicht brennbare Gase bilden. Bestandteil vieler Batterien sind zudem Alkalimetalle, wie zum Beispiel Lithium. Diese sind sehr reaktionsfreudig und reagieren mit Wasser, Luft, Halogenen usw. unter starker Wärmeentwicklung und sind leicht brennbar.Many battery components are highly flammable. If the flash point is exceeded, electrolytes can form highly flammable gases. Alkali metals, such as lithium, are also part of many batteries. These are very reactive and react with water, air, halogens, etc., generating a lot of heat and are easily flammable.

Übersteigt die Temperatur einen kritischen Punkt, kann es innerhalb von Millisekunden zu einer Kettenreaktion kommen. Der Separator in der Batteriezelle wird leitend, es entsteht ein interner Kurzschluss und die Temperatur kann schnell auf mehrere hundert Grad Celsius ansteigen. Die Batteriezelle oder das Modul entzündet sich, bzw. explodiert. Grundsätzlich kann eine Vielzahl an Faktoren zu einem Temperaturanstieg und damit zu einem Defekt führen.If the temperature exceeds a critical point, a chain reaction can occur within milliseconds. The separator in the battery cell becomes conductive, an internal short circuit occurs and the temperature can quickly rise to several hundred degrees Celsius. The battery cell or module ignites or explodes. In principle, a large number of factors can lead to an increase in temperature and thus to a defect.

In vielen Batteriepacks, in denen einzelne Batteriezellen zu Modulen zusammengefasst sind, kommen Batterie-Management-Systeme (BMS) zum Einsatz. Diese Systeme sorgen dafür, dass die Batteriezellen innerhalb eines spezifizierten Bereichs bleiben und die funktionale Sicherheit gewährleistet ist.Battery management systems (BMS) are used in many battery packs in which individual battery cells are combined to form modules. These systems ensure that the battery cells remain within a specified range and that functional safety is guaranteed.

Definierte Parameter einzelner Zelltypen und/oder Module können mit Batterie-Management-Systemen kontinuierlich überwacht werden. Als Parameter können mit diesen Systemen Lade- und Entladeströme, die Zellspannung, die Temperatur, die Entladungstiefe (Depth of Discharge, DOD) und der Ladezustand (State of Charge, SOC) gemessen werden.Defined parameters of individual cell types and / or modules can be continuously monitored with battery management systems. These systems can be used to measure charge and discharge currents, cell voltage, temperature, depth of discharge (DOD) and state of charge (SOC) as parameters.

Der Zustand all dieser Parameter kann zu einem Anstieg der Temperatur führen und damit die Lebensdauer der Batterie verkürzen oder sogar zu einem thermischen Durchgehen führen. Eine exakte oder möglichst genaue Überwachung ist daher von zentraler Bedeutung. Für das Thermomanagement werden sowohl Temperatursensoren als auch thermodynamische Modelle der Batteriezelle, des Moduls und des Batteriepacks eingesetzt. Der tatsächliche Temperaturanstieg liegt durch ein nichtlineares thermisches Verhalten aber meist über der modellierten Temperatur und ist aus diesem Grund nicht verlässlich. Mit Temperatursensoren lässt sich ein Temperaturanstieg schnell messen. Idealerweise werden drei Sensoren pro Batteriezelle benötigt. Als Kompromiss aus Wirtschaftlichkeit und Sicherheit wird von der National University Singapur als Minimum ein Sensor empfohlen. Dennoch findet man in großen Batteriepacks in der Regel nur eine geringe Anzahl an Temperatursensoren, die in der Regel auf einer Außenhaut der Batteriezelle angebracht sind.The condition of all these parameters can lead to an increase in temperature and thus shorten the life of the battery or even lead to thermal runaway. Exact or as precise a monitoring as possible is therefore of central importance. Both temperature sensors and thermodynamic models of the battery cell, module and battery pack are used for thermal management. However, the actual temperature rise is mostly above the modeled temperature due to non-linear thermal behavior and is therefore not reliable. An increase in temperature can be measured quickly with temperature sensors. Ideally, three sensors are required per battery cell. As a compromise between economy and safety, the National University of Singapore recommends a sensor as a minimum. Nevertheless, in large battery packs, there are usually only a small number of temperature sensors that are usually attached to the outer skin of the battery cell.

Eine weitere Methode im Thermomanagement kann darin bestehen, Wärme von einem Hotspot abzuführen. Dies kann beispielsweise über eine Wärmeleitfolie erfolgen, die zwischen den Batteriezellen angebracht ist. Weitere Möglichkeiten auf Modulebene sind Kühlbleche, die Anzahl und Anordnung der Batteriezellen und die Verwendung von Lüftern.Another method in thermal management can be to remove heat from a hotspot. This can be done, for example, via a heat-conducting film that is attached between the battery cells. Further options at module level are cooling plates, the number and arrangement of battery cells and the use of fans.

Um das Übergreifen eines thermischen Durchgehens auf Nachbarzellen zu vermeiden, können Isolierfolien verwendet werden. Bei einer Erwärmung der Batteriezelle können in der Batteriezelle Gase entstehen, die zu einem Druckanstieg und damit zu einem Aufblähen der Batteriezelle führen können. Als Explosionsschutz sind daher oft Drucksicherungen, wie zum Beispiel Berstscheiben, implementiert. Unachtsam entsorgte Batterien können beispielsweise zu Bränden und/oder Explosionen, z. B. in Recyclinganlagen führen.In order to prevent thermal runaway from spreading to neighboring cells, insulating foils can be used. When the battery cell is heated, gases can develop in the battery cell, which can lead to an increase in pressure and thus to inflation of the battery cell. Pressure safeguards, such as bursting discs, are therefore often implemented as explosion protection. Batteries that are carelessly disposed of can lead to fires and / or explosions, e.g. B. lead in recycling plants.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein Konzept und/oder eine Anordnung zu schaffen, die eine effektivere Analyse eines elektrischen Energiespeichers ermöglichten.The object of the present invention is therefore to create a concept and / or an arrangement which allow a more effective analysis of an electrical energy store.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. This object is achieved by the subjects of the independent claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung (siehe Patentanspruch 1) schaffen einen elektrischen Energiespeicher mit einem geschlossenen Gehäuse und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten gasempfindlichen Sensorkomponente, die ausgebildet ist, um auf ein Gas in dem Gehäuse anzusprechen, um zu ermöglichen, Informationen über eine Gaskonzentration in dem Gehäuse zu erfassen.Embodiments of the invention (see patent claim 1) create an electrical energy store with a closed housing and at least one gas-sensitive sensor component arranged in the housing, which is designed to respond to a gas in the housing in order to enable information about a gas concentration in the housing capture.

Beispiele der vorliegenden Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass es durch die Erfassung eines Gases bzw. einer Gaskonzentration in dem Energiespeicher, beispielsweise einer Batteriezelle oder einem Batteriepack, möglich ist, auf zuverlässige Weise Informationen über den Zustand des Energiespeichers zu gewinnen. Es wurde erkannt, dass die Temperaturverteilung in Batteriezellen und/oder Batteriepacks oft inhomogen ist, wobei eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Inneren, wie z. B. ein Hotspot, nicht exakt gemessen werden kann. Somit können mit gängigen Batterie-Management-Systemen lokale Temperaturanstiege, sogenannte Hotspots nicht oder nur spät erkannt werden. Somit lässt sich eine Temperaturverteilung in der Zelle lediglich abschätzen. Ein zuverlässiger Schutz der Einzelzelle und im Batteriepack kann daher weder durch eine Modellierung noch durch einen Temperatursensor gewährleistet werden. Beispiele der Erfindung basieren auf der Erkenntnis, dass die Gaskonzentration im Inneren des Gehäuses eines elektrischen Energiespeichers im Wesentlichen homogen ist oder zumindest als homogen angenommen werden kann, so dass es möglich ist, durch das Vorsehen einer Sensorkomponente, die auf die Gaskonzentration anspricht, in dem elektrischen Energiespeicher zuverlässig Informationen über den Zustand des elektrischen Energiespeichers zu gewinnen.Examples of the present invention are based on the knowledge that by detecting a gas or a gas concentration in the Energy store, for example a battery cell or a battery pack, is possible to obtain information about the state of the energy store in a reliable manner. It has been recognized that the temperature distribution in battery cells and / or battery packs is often inhomogeneous, with an uneven temperature distribution inside, such as. B. a hotspot, cannot be measured exactly. As a result, local temperature increases, so-called hotspots, cannot be detected or only detected late with current battery management systems. Thus, a temperature distribution in the cell can only be estimated. Reliable protection of the individual cell and in the battery pack can therefore be guaranteed neither by modeling nor by a temperature sensor. Examples of the invention are based on the knowledge that the gas concentration inside the housing of an electrical energy store is essentially homogeneous or can at least be assumed to be homogeneous, so that by providing a sensor component that responds to the gas concentration in the electrical energy storage to gain reliable information about the state of the electrical energy storage.

Die Gaskonzentration in dem Energiespeicher öder in der Batteriezelle korreliert mit der Temperatur im Inneren der Batteriezelle und insbesondere mit der Temperatur an Hotspots der Batteriezelle, wobei die Gasverteilung als homogen anzunehmen ist. Durch die Integration eines Gassensors in die Batteriezelle kann ein Defekt, eine Überhitzung oder Gasleckage frühzeitig erkannt werden, sowie der Alterungszustand bestimmt und die funktionale Sicherheit der Batterie auf allen Ebenen erhöht werden. Auch der Ladeprozess und/oder Entladeprozess kann über eine Kontrolle entstehender Gase optimiert werden. Mit Gassensoren können bereits sehr kleine Konzentrationen detektiert werden. Durch eine Implementierung in die Batteriezelle und eine kontinuierliche Messung einzelner oder mehrerer Gase kann ein Defekt frühzeitig erkannt und die Sicherheit von Batterien erhöht werden. The gas concentration in the energy store or in the battery cell correlates with the temperature inside the battery cell and in particular with the temperature at hotspots of the battery cell, the gas distribution being assumed to be homogeneous. By integrating a gas sensor in the battery cell, a defect, overheating or gas leakage can be detected at an early stage, the aging status can be determined and the functional safety of the battery can be increased at all levels. The charging process and / or discharging process can also be optimized by controlling the gases that are generated. Even very small concentrations can be detected with gas sensors. By implementing it in the battery cell and continuously measuring individual or multiple gases, a defect can be detected at an early stage and the safety of batteries can be increased.

Durch einen oder mehrere Gassensoren, die direkt in die Batteriezelle oder in den Batteriepack integriert sind, kann eine kontinuierliche Messung der entstehenden Gase erfolgen. Dabei ist der Gassensor oder Aufnehmer als Ganzes oder ein Teil direkt in den Energiespeicher oder in die Batteriezelle integriert. Infolge entstehender Gase kann sich die Batteriezelle oder der elektrische Energiespeicher aufblähen, wobei der Druck und die Temperatur steigen. Derartige Probleme können durch Ausführungsbeispiele der Erfindung frühzeitig erkannt werden, so dass geeignete Gegenmaßnahmen getroffen werden können.One or more gas sensors that are integrated directly into the battery cell or the battery pack can be used to continuously measure the gases produced. The gas sensor or sensor is integrated as a whole or a part directly into the energy storage device or into the battery cell. As a result of the gases produced, the battery cell or the electrical energy storage device can expand, with the pressure and temperature rising. Problems of this type can be identified early on by exemplary embodiments of the invention, so that suitable countermeasures can be taken.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 2) weist der elektrische Energiespeicher mindestens eine gasdurchlässige Membran auf, durch die die zumindest eine Sensorkomponente von einem Elektrolyten in dem elektrischen Energiespeicher separiert ist. Somit kann ein direkter Kontakt zwischen einem Elektrolyten in dem Energiespeicher und der Gassensorkomponente vermieden werden. Die Membran dient als Trennschicht zwischen Elektrolyten und der Sensorkomponente und dient zum Schutz der Sensorkomponente.In exemplary embodiments (see patent claim 2), the electrical energy store has at least one gas-permeable membrane, by means of which the at least one sensor component is separated from an electrolyte in the electrical energy store. Direct contact between an electrolyte in the energy store and the gas sensor component can thus be avoided. The membrane serves as a separating layer between the electrolyte and the sensor component and serves to protect the sensor component.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 3) ist die Membran selektiv für ein zu erfassendes Gas permeabel. Eine solche Membran kann z. B. nur für ein ausgewähltes Zielgas, wie z. B. H₂, permeabel sein. Eine selektive Membran, die nur ein bestimmtes Zielgas, oder eine bestimmte Stoffgruppe durchlässt, erlaubt eine selektive Konzentrationsmessung des Zielgases. Bei Beispielen kann somit eine Selektivität durch die Membran erreicht werden. Bei anderen Beispielen kann eine Selektivität bezüglich eines bestimmten Gases auch dadurch erreicht werden, dass die Sensorkomponente für ein bestimmtes Gas selektiv ist. Bei anderen Beispielen können auch sowohl Membran als auch Sensorkomponente selektiv für ein bestimmtes Gas sein.In embodiments (see claim 3), the membrane is selectively permeable to a gas to be detected. Such a membrane can, for. B. only for a selected target gas, such as. B. H ₂ , be permeable. A selective membrane that only allows a certain target gas or a certain group of substances to pass through allows a selective measurement of the concentration of the target gas. In examples, a selectivity can thus be achieved through the membrane. In other examples, selectivity with respect to a specific gas can also be achieved in that the sensor component is selective for a specific gas. In other examples, both the membrane and the sensor component can be selective for a particular gas.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 4) weist die gasdurchlässige Membran ein chemisch inertes Material auf. Chemisch inerte Materialien reduzieren die Explosionsrisiken in einer Umgebung von reaktionsfreudigen Alkalimetallen, säurigen Elektrolyten und inhomogenen Temperaturanstiegen, bei denen leicht brennbare Gase entstehen.In embodiments (see patent claim 4), the gas-permeable membrane has a chemically inert material. Chemically inert materials reduce the risk of explosion in an environment of reactive alkali metals, acidic electrolytes and inhomogeneous temperature increases, with which highly flammable gases are formed.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 5) besteht die gasdurchlässige Membran aus einem thermoplastischen Polykondensat, wie z.B. PEEK, PEI, oder aus einem Fluorpolymer, wie z. B. FEP, ECTFE oder PFA. Solche Materialien weisen eine hohe chemische Beständigkeit auf.In embodiments (see claim 5) the gas-permeable membrane consists of a thermoplastic polycondensate, such as PEEK, PEI, or a fluoropolymer, such as. B. FEP, ECTFE or PFA. Such materials have a high chemical resistance.

Bei Ausführungsbeispielen ist eine Sensorkomponente vorgesehen, um ein Einzelgas zu erfassen. Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 6) sind mehrere Sensorkomponenten mit unterschiedlichen Messprinzipien in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers vorgesehen, die ausgebildet sind, um auf mehrere verschiedene Gase in dem Gehäuse anzusprechen. Es können somit mehrere Gase durch mehreren in den Energiespeicher oder in der Batteriezelle integrierten Aufnehmer oder Sensoren detektiert werden. Bei Beispielen kann eine Sensorkomponente oder ein Träger, wie z. B. eine Membran, einen Farbstoff umfassen, der lediglich auf ein Gas und/oder eine Stoffgruppe empfindlich ist, oder ein Array von Farbstoffen umfassen, das eine gleichzeitige Detektion mehrerer Gase ermöglicht. Dadurch kann zum Beispiel der Alterungszustand, ein Defekt, eine Überhitzung oder ein thermisches Durchgehen bestimmt bzw. frühzeitig erkannt werden.In exemplary embodiments, a sensor component is provided in order to detect an individual gas. In exemplary embodiments (see patent claim 6), several sensor components with different measurement principles are provided in the housing of the electrical energy store, which are designed to respond to several different gases in the housing. Several gases can thus be detected by several sensors or sensors integrated in the energy storage device or in the battery cell. In examples, a sensor component or a carrier, such as e.g. B. comprise a membrane, a dye that is only sensitive to a gas and / or a group of substances, or comprise an array of dyes that allows a simultaneous detection of several gases. This means, for example, that the Aging condition, a defect, overheating or thermal runaway can be determined or recognized at an early stage.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 7) ist die zumindest eine Sensorkomponente oder eine Sensorkomponente mehrerer Sensorkomponenten ausgebildet, um auf eines oder mehrere Gase aus einer Gruppe, die z. B. aus CO₂, CO, CH₄, Ethan, Ethen und/oder H₂ besteht, anzusprechen. Somit können Gase erfasst werden, die entstehen, wenn z. B. eine Batterie und/oder ein Akku überhitzt oder altert.In embodiments (see claim 7), the at least one sensor component or a sensor component of a plurality of sensor components is designed to respond to one or more gases from a group which z. B. consists of CO ₂ , CO, CH ₄ , ethane, ethene and / or H ₂ to address. Thus, gases can be detected that arise when z. B. a battery and / or a rechargeable battery overheats or ages.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 8) ist die zumindest eine Sensorkomponente ausgebildet, um ansprechend auf das Gas in dem elektrischen Energiespeicher ein elektrisches Signal zu erzeugen und um das elektrische Signal drahtgebunden oder drahtlos zu einer Elektronik, die sich außerhalb des elektrischen Energiespeichers befindet, zu kommunizieren. Dadurch kann zum einen die Elektronik vor der Gasatmosphäre in der Batteriezelle geschützt werden und zum anderen kann das Risiko einer Beschädigung eines Separators in der Batteriezelle, der Anode und Kathode in der Batteriezelle elektrisch voneinander isoliert, verringert werden. Eine gasempfindliche Sensorkomponente, die ein elektrisches Signal erzeugt, kann in den Mantel bzw. die Hülle des elektrischen Energiespeichers oder der Batteriezelle integriert werden und die erzeugten elektrischen Signale können drahtgebunden oder drahtlos zu einer Elektronik außerhalb des elektronischen Energiespeichers kommuniziert werden. Die Schaltung und/oder der Trägerkreis kann zum Schutz des Separators außerhalb des elektrischen Energiespeichers oder der Batteriezelle angebracht werden.In exemplary embodiments (see patent claim 8), the at least one sensor component is designed to generate an electrical signal in response to the gas in the electrical energy store and to communicate the electrical signal in a wired or wireless manner to electronics that are located outside the electrical energy store . In this way, on the one hand, the electronics can be protected from the gas atmosphere in the battery cell and, on the other hand, the risk of damage to a separator in the battery cell, the anode and cathode in the battery cell being electrically isolated from one another, can be reduced. A gas-sensitive sensor component that generates an electrical signal can be integrated into the jacket or shell of the electrical energy store or the battery cell, and the electrical signals generated can be wired or wirelessly communicated to electronics outside the electronic energy store. The circuit and / or the carrier circuit can be attached outside the electrical energy store or the battery cell to protect the separator.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 9) weist die zumindest eine Sensorkomponente eine Sensorkomponente bzw. einen elektrischen Sensor auf, die bzw. der ausgebildet ist, um zumindest einen Parameter zu messen, der von dem in dem Gehäuse vorliegenden Gas abhängt, wobei der zumindest eine Parameter elektrochemisch, elektrisch, gravimetrisch, thermometrisch, magnetisch und/oder optisch ist. Somit ist es möglich, die Gaskonzentration auf einfache und geeignete Weise zu erfassen.In embodiments (see patent claim 9), the at least one sensor component has a sensor component or an electrical sensor that is designed to measure at least one parameter that depends on the gas present in the housing, the at least one parameter is electrochemical, electrical, gravimetric, thermometric, magnetic and / or optical. It is thus possible to detect the gas concentration in a simple and suitable manner.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 10) weist die zumindest eine Sensorkomponente optische Eigenschaften auf, die von dem Gas in dem Gehäuse abhängen. Beispielsweise kann die Sensorkomponente ein Farbumschlagsmaterial aufweisen, dessen Farbe von einer in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers vorliegenden Gaskonzentration abhängt, bzw. das abhängig von der Gaskonzentration eine spektrale Änderung erfährt. Das Farbumschlagsmaterial ändert beim Kontakt mit dem bestimmten Gas seine Farbe. Die Farbänderung ist z. B. von der Gaskonzentration abhängig. Ein Farbumschlagsmaterial kann ohne weiteres von außerhalb des Energiespeichers erfasst werden, so dass es nicht erforderlich ist, weitere Komponenten der Sensorik in die Batteriezelle zu integrieren.In exemplary embodiments (see patent claim 10), the at least one sensor component has optical properties that depend on the gas in the housing. For example, the sensor component can have a color change material, the color of which depends on a gas concentration present in the housing of the electrical energy store, or which experiences a spectral change as a function of the gas concentration. The color change material changes color upon contact with the particular gas. The color change is z. B. depends on the gas concentration. A color change material can easily be detected from outside the energy store, so that it is not necessary to integrate further components of the sensor system into the battery cell.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 11) weist das Gehäuse ein optisch transparentes Fenster auf, wobei die optischen Eigenschaften der Sensorkomponente durch das optisch transparente Fenster erfassbar sind. Ein optisch transparentes Fenster ermöglicht es, die optischen Eigenschaften des Farbumschlagsmaterials von außerhalb des elektrischen Energiespeichers zu messen oder zu detektieren. Bei Beispielen fällt das Licht einer Lichtquelle durch das transparente Fenster und trifft auf das Farbumschlagsmaterial. Das Licht wird vom Farbumschlagsmaterial zurückreflektiert oder gestreut. Eine Sensorkomponente kann z. B. die Lichtintensität und/oder die spektralen Eigenschaften und/oder Polarisationseigenschaften und/oder andere optische Eigenschaften des zurückreflektierten oder gestreuten Lichts detektieren.In embodiments (see patent claim 11), the housing has an optically transparent window, the optical properties of the sensor component being detectable through the optically transparent window. An optically transparent window enables the optical properties of the color change material to be measured or detected from outside the electrical energy store. In examples, the light from a light source falls through the transparent window and hits the color change material. The light is reflected back or scattered by the color change material. A sensor component can e.g. B. detect the light intensity and / or the spectral properties and / or polarization properties and / or other optical properties of the reflected or scattered light.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 12) kann der elektrische Energiespeicher einen optischen Detektor aufweisen, um die von dem Gas in dem Gehäuse abhängigen optischen Eigenschaften zu erfassen. Ein optischer Detektor kann die optischen Eigenschaften, wie z. B. Lichtintensität, Polarisation oder andere Eigenschaften, des vom Farbumschlagsmaterial zurückreflektierten oder gestreuten Lichts erfassen. Der optische Detektor kann zum Beispiel außerhalb des elektrischen Energiespeichers oder der Batteriezelle angebracht sein. Somit sind weitere Komponenten in der Batteriezelle nicht erforderlich. Der optische Detektor kann an dem elektrischen Energiespeicher angebracht sein oder an einer Halterung, in die der elektrische Energiespeicher eingebracht ist.In exemplary embodiments (see patent claim 12), the electrical energy store can have an optical detector in order to detect the optical properties that are dependent on the gas in the housing. An optical detector can measure the optical properties, such as e.g. B. detect light intensity, polarization or other properties of the light reflected or scattered back by the color change material. The optical detector can be attached outside the electrical energy store or the battery cell, for example. This means that no further components are required in the battery cell. The optical detector can be attached to the electrical energy store or to a holder in which the electrical energy store is introduced.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 13) weist der optische Detektor eine Fotodiode, ein Fotodiodenarray, einen Farbsensor, ein Farbsensorarray, einen Polarisationssensor oder einen Multispektralsensor mit einem Multispektralfilter auf. Somit ist es möglich, optische Eigenschaften der Sensorkomponente, wie z.B. spektrale Änderungen eines Farbumschlagsmaterials, auf einfache und geeignete Weise zu erfassen.In embodiments (see patent claim 13), the optical detector has a photodiode, a photodiode array, a color sensor, a color sensor array, a polarization sensor or a multispectral sensor with a multispectral filter. It is thus possible to detect optical properties of the sensor component, such as, for example, spectral changes of a color change material, in a simple and suitable manner.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 14) ist eine breitbandige Lichtquelle oder eine schmalbandige Lichtquelle vorgesehen, um die Sensorkomponente zu beleuchten. Die Lichtquelle ist vorzugsweise außerhalb des Innenraums des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers vorgesehen, um die Sensorkomponente durch ein Fenster in dem Gehäuse zu beleuchten. Elektronik, wie z. B. ein Signalverarbeitungsmodul, der Detektor und/oder die Lichtquelle, kann sich außerhalb des Energiespeichers befinden, um die optischen Eigenschaften der Sensorkomponente durch ein transparentes Fenster erfassen.In exemplary embodiments (see patent claim 14), a broadband light source or a narrowband light source is provided in order to illuminate the sensor component. The light source is preferably provided outside the interior of the housing of the electrical energy store in order to allow the sensor component to pass through a window to illuminate in the housing. Electronics, such as B. a signal processing module, the detector and / or the light source can be located outside of the energy store in order to detect the optical properties of the sensor component through a transparent window.

Die Lichtquelle kann zum Beispiel eine breitbandige, z. B. Weißlicht-LED, oder eine schmalbandige Lichtquelle, z. B. LED, mit einem an den Farbstoff angepassten Emissionsspektrum oder Transmissionsspektrum sein.The light source can, for example, be a broadband, e.g. B. white light LED, or a narrow-band light source, e.g. B. LED, with an emission spectrum or transmission spectrum adapted to the dye.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 15) weist die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, ein Farbumschlagsmaterial auf, dessen optische Eigenschaften von dem in dem Gehäuse vorliegenden Gas abhängen. Das Farbumschlagsmaterial kann z. B. in den Mantel bzw. in die Hülle des elektrischen Energiespeichers integriert werden. Die optischen Eigenschaften des Farbumschlagsmaterials hängen von dem in dem Gehäuse vorliegenden Gas ab. Die optischen Eigenschaften sind zum Beispiel durch ein optisch transparentes Fenster erfassbar. Ein optischer Detektor, der sich außerhalb des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers befindet, kann die optischen Eigenschaften des Farbumschlagsmaterials erfassen.In exemplary embodiments (see patent claim 15), the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, has a color change material, the optical properties of which depend on the gas present in the housing. The color change material can e.g. B. be integrated in the jacket or in the shell of the electrical energy storage device. The optical properties of the color change material depend on the gas present in the housing. The optical properties can be recorded, for example, through an optically transparent window. An optical detector, which is located outside the housing of the electrical energy store, can detect the optical properties of the color change material.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 16) kann die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, mehrere verschiedene Farbumschlagsmaterialien aufweisen, die für verschiedene Gase empfindlich sind, so dass mehrere Gase gleichzeitig detektiert werden können. Eine Sensorkomponente kann somit über mehrere Kanäle verfügen, die mit spektralen Filtern ausgeführt werden können. Als Detektor kann beispielsweise ein Fotodiodenarray, ein Farbsensorarray oder Multispektralsensor verwendet werden. Die Farbumschlagsmaterialien können möglichst so ausgewählt sein, dass die Querempfindlichkeit gegenüber den jeweiligen anderen Gasen, die durch das jeweilige Farbumschlagsmaterial nicht erfasst werden sollen, die als Störgase bezeichnet werden können, möglichst gering ist.In exemplary embodiments (see patent claim 16), the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, can have several different color change materials that are sensitive to different gases, so that several gases can be detected at the same time. A sensor component can therefore have several channels that can be implemented with spectral filters. For example, a photodiode array, a color sensor array or a multispectral sensor can be used as the detector. The color change materials can, if possible, be selected so that the cross-sensitivity to the respective other gases that should not be detected by the respective color change material, which can be referred to as interfering gases, is as low as possible.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 17) können die mehreren Farbumschlagsmaterialien als Array auf einem Träger angeordnet sein, wobei Farbänderungen der verschiedenen Farbumschlagsmaterialien in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen und somit durch Detektoren, die in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen empfindlich sind, erfasst werden. Ein oder jedes Farbumschlagsmaterial kann einen Farbstoff umfassen und auf ein Gas und/oder eine Stoffgruppe empfindlich reagieren. Durch die Verwendung eines Arrays können mehrere Gase gleichzeitig detektiert werden. Ein Array ist eine Matrix von Farbumschlagsmaterialien, die auf verschiedene Gase ansprechen und/oder ansprechend auf ein Gas oder mehrere verschiedene Gase Farbänderungen unterschiedlicher Wellenlängen bewirken. Es ist dabei durchaus möglich, dass für die Detektion der Farbänderung eines gasempfindlichen Farbstoffs mehrere Farbkanäle benötigt werden.In embodiments (see patent claim 17), the multiple color change materials can be arranged as an array on a carrier, with color changes of the different color change materials in different wavelength ranges and thus being detected by detectors that are sensitive in different wavelength ranges. One or each color change material can comprise a dye and be sensitive to a gas and / or a group of substances. By using an array, several gases can be detected at the same time. An array is a matrix of color change materials that respond to different gases and / or cause color changes of different wavelengths in response to one or more different gases. It is entirely possible that several color channels are required for the detection of the color change of a gas-sensitive dye.

Bei Gemäß Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 18) weist die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, plasmonische Strukturen auf. Der optische Sensor kann anstelle der Farbumschlagsmaterialien auf plasmonischen Strukturen basieren. Es ist bekannt, dass bei bestimmten plasmonischen Strukturen eine Änderung einer Gaszusammensetzung bzw. einer Gaskonzentration einer Umgebung, in der sich die plasmonischen Strukturen befinden, z.B. ob ein Gas vorliegt oder nicht, zu Änderungen der Reflexions- und/oder der Transmissions-Spektren oder eines Polarisationszustands des Lichts führt. Die Änderungen der Reflexionsspektren und/oder des Polarisationszustands des Lichts korrelieren mit der Gaskonzentration. Die Änderungen können mit einem Multispektral- oder Polarisationssensor gemessen werden. Die Sensorkomponente mit den gasempfindlichen plasmonischen Strukturen kann direkt als ein Multispektralsensor in dem Energiespeicher aufgebaut werden, oder anstelle der Farbumschlagsfolie zusammen mit einem externen Detektor benutzt werden.In accordance with exemplary embodiments (see patent claim 18), the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, has plasmonic structures. The optical sensor can be based on plasmonic structures instead of the color change materials. It is known that with certain plasmonic structures, a change in a gas composition or a gas concentration of an environment in which the plasmonic structures are located, for example whether a gas is present or not, leads to changes in the reflection and / or transmission spectra or a Polarization state of light leads. The changes in the reflection spectra and / or the polarization state of the light correlate with the gas concentration. The changes can be measured with a multispectral or polarization sensor. The sensor component with the gas-sensitive plasmonic structures can be built up directly as a multispectral sensor in the energy store, or used instead of the color change film together with an external detector.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 19) umfassen die optischen Eigenschaften, die erfasst werden, spektrale Eigenschaften, wie Reflexions- und/oder Transmissionsspektren, und/oder Polarisationseigenschaften.In exemplary embodiments (see patent claim 19), the optical properties that are detected include spectral properties, such as reflection and / or transmission spectra, and / or polarization properties.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 20) weist der Energiespeicher mehrere gasempfindliche Sensorkomponenten auf, die auf mehreren unterschiedlichen Messprinzipien basieren. Zur Erhöhung der Sicherheit können eine oder mehrere, voneinander unabhängige Messprinzipien, zum Beispiel optische und elektrische Sensoren, in den elektrischen Energiespeicher integriert werden.In exemplary embodiments (see patent claim 20), the energy store has several gas-sensitive sensor components that are based on several different measuring principles. To increase safety, one or more independent measuring principles, for example optical and electrical sensors, can be integrated into the electrical energy storage device.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 21) weist der elektrische Energiespeicher ferner zumindest einen Sensor zum Messen zumindest eines physikalischen und/oder chemischen Parameters auf, der von einer Gaskonzentration verschieden ist. Dies kann zu einer Erhöhung der Messsicherheit führen. Die zusätzliche physikalische oder chemische Messgröße kann beispielsweise zusammen mit der erfassten Gaskonzentration in einem Batterie-Management-System verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die zusätzliche Messgröße verwendet werden, um zu verifizieren, ob die Sensorkomponente zur Erfassung der Gaskonzentration ordnungsgemäß arbeitet.In exemplary embodiments (see patent claim 21), the electrical energy store also has at least one sensor for measuring at least one physical and / or chemical parameter that is different from a gas concentration. This can lead to an increase in measurement reliability. The additional physical or chemical measured variable can, for example, be used together with the recorded gas concentration in a battery management system. Alternatively or additionally, the additional measured variable can be used to verify whether the Sensor component for detecting the gas concentration is working properly.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 22) ist der von der Gaskonzentration verschiedene physikalische Parameter ein Druck, eine Temperatur und/oder eine Feuchte in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers. Die Messung von mehreren physikalischen Parametern gleichzeitig mit der Gaskonzentration kann zu einem sichereren Energiespeicher führen, da bei Ausfall eines Sensors noch die Messungen eines anderen zur Verfügung stehen können. Ferner kann eine Beziehung zwischen der Gaskonzentration und dem oder den physikalischen Parameter(n) abgeleitet werden, die zusätzliche Rückschlüsse geben kann.In embodiments (see patent claim 22), the physical parameter different from the gas concentration is a pressure, a temperature and / or a humidity in the housing of the electrical energy store. The measurement of several physical parameters at the same time as the gas concentration can lead to a safer energy storage, since if one sensor fails, the measurements of another can still be available. Furthermore, a relationship between the gas concentration and the physical parameter (s) can be derived, which can provide additional conclusions.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 23) weist der elektrische Energiespeicher eine RFID-Einheit zur Identifikation, Spannungsversorgung und/oder Datenübertragung auf. Eine frühzeitige, kontaktlose Erkennung bzw. Identifizierung von Batterien ist von großem Interesse. Bei Beispielen kann eine frühzeitige Identifizierung von elektrischen Energiespeichern wie z.B. Batteriezellen oder Batteriepacks, Bränden und/oder Explosionen von unachtsam entsorgten Batterien in Recyclinganlagen vorbeugen.In exemplary embodiments (see patent claim 23), the electrical energy store has an RFID unit for identification, voltage supply and / or data transmission. An early, contactless detection or identification of batteries is of great interest. In examples, an early identification of electrical energy storage devices such as battery cells or battery packs can prevent fires and / or explosions of carelessly disposed of batteries in recycling plants.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 24) können die Sensorkomponente und die RFID-Einheit in einem Schaltungschip integriert sein. Somit ist es möglich, eine Gassensorkomponente und eine RFID-Einheit kompakt und einfach in das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers einzubauen.In exemplary embodiments (see patent claim 24), the sensor component and the RFID unit can be integrated in one circuit chip. It is thus possible to install a gas sensor component and an RFID unit in a compact and simple manner in the housing of the electrical energy store.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 25) ist der elektrischen Energiespeicher eine Batteriezelle. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers das Gehäuse einer Batteriezelle.In exemplary embodiments (see patent claim 25) the electrical energy store is a battery cell. In other words, the housing of the electrical energy store is the housing of a battery cell.

Bei Ausführungsbeispielen (siehe Patentanspruch 26) ist der Energiespeicher, ein Batteriepack, in dem eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichern, wie z.B. Batteriezellen, angeordnet ist. Anders ausgedrückt ist das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers das Gehäuse eines Batteriepacks.In exemplary embodiments (see patent claim 26), the energy store is a battery pack in which a plurality of electrical energy stores, such as battery cells, is arranged. In other words, the housing of the electrical energy store is the housing of a battery pack.

Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung schaffen entsprechende Verfahren.Further exemplary embodiments according to the present invention create corresponding methods.

Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Hinsichtlich der dargestellten schematischen Figuren wird darauf hingewiesen, dass dargestellte Funktionsblöcke sowohl als Elemente oder Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch als entsprechende Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu verstehen sind, und auch entsprechende Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens davon abgeleitet werden können. Es zeigen:

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit einer gasempfindlichen Sensorkomponente;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers mit zwei gasempfindlichen Sensorkomponenten und einem drahtlosen Modul;
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer optischen Sensorkomponente, die ein Farbumschlagsmaterial umfasst;
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer optischen Sensorkomponente und einem Multispektralsensor;
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer optischen Sensorkomponente, die plasmonischen Strukturen umfasst;
6a) zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer optischen Sensorkomponente und mit einem Multispektralsensor;
6b) zeigt eine schematische Darstellung eines Arrays von Farbumschlagsmaterialien und eines passenden Multispektralsensors;
6c) zeigt eine Vorderseitenansicht einer optischen Sensorkomponente in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers;
6d) zeigt einen Querschnitt einer optischen Sensorkomponente in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers;
7 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers, der eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichern umfasst und als Batteriepack verwendet wird.

Exemplary embodiments according to the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying figures. With regard to the illustrated schematic figures, it is pointed out that illustrated functional blocks are to be understood both as elements or features of a device according to the invention and as corresponding method steps of a method according to the invention, and corresponding method steps of the method according to the invention can also be derived therefrom. Show it:

1 shows a schematic representation of an electrical energy store with a gas-sensitive sensor component;
2 shows a schematic representation of an electrical energy store with two gas-sensitive sensor components and a wireless module;
3 shows a schematic representation of an energy store with an optical sensor component comprising a color change material;
4th shows a schematic representation of an energy store with an optical sensor component and a multispectral sensor;
5 shows a schematic representation of an energy store with an optical sensor component that includes plasmonic structures;
6a) shows a schematic representation of an energy store with an optical sensor component and with a multispectral sensor;
6b) Figure 12 is a schematic representation of an array of color change materials and a matching multispectral sensor;
6c ) shows a front view of an optical sensor component in the housing of the electrical energy storage device;
6d ) shows a cross section of an optical sensor component in the housing of the electrical energy store;
7th shows a schematic representation of an electrical energy store, which comprises a plurality of electrical energy stores and is used as a battery pack.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibungen dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical, functionally identical or identically acting elements, objects and / or structures in the different figures are provided with the same or similar reference symbols, so that those in different Descriptions of these elements shown in the exemplary embodiments are interchangeable or can be applied to one another.

Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierein insbesondere ein elektrischer Energiespeicher verstanden, der auf elektrochemischer Basis arbeitet, wie z.B. eine Batterie in Form einer Batteriezelle oder eines Batteriepacks, der mehrere Batteriezellen aufweist. Es bedarf keiner separaten Erwähnung, dass auch aufladbare Batterien, die auch als Akkus bezeichnet werden, unter diese Bezeichnung fallen. In der Regel weisen solche Energiespeicher einen Elektrolyten sowie eine Kathode und eine Anode, die durch einen Separator elektrisch voneinander isoliert sind, auf. Der Begriff „elektrischer Energiespeicher“ betrifft hierin ein Modul, bei dem in ein Gehäuse eine oder mehrere Batteriezellen gehaust sind. Unter einem geschlossenen Gehäuse des Energiespeichers wird hierin ein Gehäuse verstanden, das im intakten Zustand hermetisch, d.h. gasdicht, oder zumindest im Wesentlichen hermetisch ist.An electrical energy store is understood here to mean, in particular, an electrical energy store that works on an electrochemical basis, such as a battery in the form of a battery cell or a battery pack that has a plurality of battery cells. It does not need to be mentioned separately that rechargeable batteries, which are also known as accumulators, also fall under this designation. As a rule, such energy stores have an electrolyte as well as a cathode and an anode, which are electrically insulated from one another by a separator. The term “electrical energy store” here relates to a module in which one or more battery cells are housed in a housing. A closed housing of the energy store is understood here to mean a housing which, in the intact state, is hermetic, ie gas-tight, or at least essentially hermetic.

1 zeigt eine rein schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energiespeichers 100 mit einem geschlossenen Gehäuse 110 und mit einer in dem Gehäuse angeordneten gasempfindlichen Sensorkomponente 120. Die Sensorkomponente 120 oder der Aufnehmer ist derart in das Gehäuse 110 bzw. in die Hülle des Energiespeichers 100 integriert, dass der Separator (nicht gezeigt) zwischen Anode und Kathode (nicht gezeigt) nicht beschädigt wird. Generell sind Fremdkörper in einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Batteriezelle, nicht empfohlen. Bei allen hierein beschriebenen Ausführungsbeispielen wird/werden die Sensorkomponente/n derart integriert, dass Funktionselemente des elektrischen Energiespeichers, wie z.B. der Separator zwischen Anode und Kathode, nicht beschädigt werden. Bei Beispielen kann/können die Sensorkomponente/n in das Gehäuse 110, d.h. den Mantel oder die Hülle, des Energiespeichers integriert sein. 1 shows a purely schematic representation of an embodiment of an electrical energy store 100 with a closed housing 110 and with a gas-sensitive sensor component arranged in the housing 120 . The sensor component 120 or the transducer is so in the housing 110 or in the shell of the energy store 100 integrated so that the separator (not shown) between anode and cathode (not shown) is not damaged. In general, foreign bodies in an electrical energy storage device such as a battery cell are not recommended. In all of the exemplary embodiments described here, the sensor component (s) is / are integrated in such a way that functional elements of the electrical energy store, such as the separator between anode and cathode, are not damaged. In examples, the sensor component (s) can be in the housing 110 , ie the jacket or shell, of the energy storage device can be integrated.

Die Sensorkomponente 120 ist ausgebildet, um auf ein Gas 130 in dem Gehäuse anzusprechen, um es zu ermöglichen, Informationen über eine Gaskonzentration in dem Gehäuse 110 des elektrischen Energiespeichers 100 zu erfassen.The sensor component 120 is designed to work on a gas 130 address in the housing to enable information about a gas concentration in the housing 110 of the electrical energy storage 100 capture.

Die Sensorkomponente 120 kann empfindlich gegenüber einem in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers 100 angeordneten Elektrolyten sein. Um eine Trennung der Sensorkomponente 120 von einem Elektrolyten in dem elektrischen Energiespeicher zu erreichen, ist bei Ausführungsbeispielen eine gasdurchlässige Membran 520 zwischen dem Elektrolyten und der Sensorkomponente 120 vorgesehen. Die Membran ist vorzugsweise chemisch inert. Falls die Sensorkomponente 120 gegenüber dem Elektrolyten nicht empfindlich ist, muss die Membran 520 nicht vorgesehen sein.The sensor component 120 can be sensitive to one in the housing of the electrical energy store 100 be arranged electrolytes. To separate the sensor component 120 To achieve by an electrolyte in the electrical energy store, is a gas-permeable membrane in embodiments 520 between the electrolyte and the sensor component 120 intended. The membrane is preferably chemically inert. If the sensor component 120 is not sensitive to the electrolyte, the membrane must 520 not be provided.

Die Gaskonzentration in dem elektrischen Energiespeicher 100 kann mit der Temperatur im Inneren des elektrischen Energiespeichers 100 korrelieren, wobei die Gasverteilung als homogen in dem Gehäuse 110 angenommen werden kann. Eine Temperaturerhöhung in dem Gehäuse, auch eine lokal begrenzte beispielsweise an einem Hotspot, kann somit zuverlässig durch die Erfassung der Gaskonzentration erfasst werden. Somit ist es möglich, durch die Integration des Gassensors 120 in dem elektrischen Energiespeicher 100 eine Überhitzung frühzeitig zu erkennen. Ferner ist es möglich, basierend auf der erfassten Gaskonzentration, einen Defekt oder Gasleckage frühzeitig zu erkennen, den Alterungszustand zu bestimmen und die funktionale Sicherheit der Batterie auf allen Ebenen zu erhöhen. The gas concentration in the electrical energy store 100 can with the temperature inside the electrical energy storage 100 correlate, the gas distribution being homogeneous in the housing 110 can be accepted. A temperature increase in the housing, including a locally limited one, for example at a hotspot, can thus be reliably detected by detecting the gas concentration. It is thus possible through the integration of the gas sensor 120 in the electrical energy store 100 detect overheating early on. It is also possible, based on the recorded gas concentration, to detect a defect or gas leak at an early stage, to determine the state of aging and to increase the functional safety of the battery at all levels.

Auch der Ladeprozess und/oder Entladeprozess kann über eine Kontrolle entstehender Gase optimiert werden. Dies kann im Rahmen eines Batterie-Management-Systems erfolgen, indem der Lade/Entladeprozess derart gesteuert wird, dass die Gaskonzentration unter einem Grenzwert gehalten wird. Bei Beispielen können die Messergebnisse des Gassensors auf vergleichbare Art und Weise verwendet werden, auf die bei bestehenden Batterie-Management-Systemen die Messergebnisse eines Temperatursensors verwendet werden. Durch die Integration in den elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine Batteriezelle, kann ein Anstieg der Gaskonzentration erkannt werden, so dass durch eine entsprechende Steuerung des Lade-/Entladevorgangs gegengesteuert werden kann und somit ein Defekt oder eine Alterung verhindert oder zumindest verzögert werden kann.The charging process and / or discharging process can also be optimized by controlling the gases that are generated. This can be done as part of a battery management system by controlling the charging / discharging process in such a way that the gas concentration is kept below a limit value. In examples, the measurement results of the gas sensor can be used in a manner comparable to that in which the measurement results of a temperature sensor are used in existing battery management systems. By integrating it into the electrical energy store, for example a battery cell, an increase in the gas concentration can be detected, so that countermeasures can be taken through appropriate control of the charging / discharging process and thus a defect or aging can be prevented or at least delayed.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energiespeichers 100 in der Form einer Batterie oder Batteriezelle mit einem geschlossenen Gehäuse 110 und mit zwei in dem geschlossenen Gehäuse 110 angeordneten gasempfindlichen Sensorkomponenten 210, 220. Beide Sensorkomponenten 210, 220 können über eine gasdurchlässige, chemisch inerte Membran (in 2 nicht gezeigt) vor einem Elektrolyten oder anderen schädlichen chemischen Substanzen in dem Gehäuse 110 geschützt sein. Die Gasverteilung in dem elektrischen Energiespeicher 100 ist homogen, so dass die Positionierung der Sensoren in dem geschlossenen Gehäuse 110 die Messwerte der Sensorkomponenten nicht oder nur geringfügig beeinflusst. 2 shows a schematic representation of an embodiment of an electrical energy store 100 in the form of a battery or battery cell with a closed housing 110 and with two in the closed case 110 arranged gas-sensitive sensor components 210 , 220 . Both sensor components 210 , 220 a gas-permeable, chemically inert membrane (in 2 not shown) from an electrolyte or other harmful chemical substance in the housing 110 be protected. The gas distribution in the electrical energy storage 100 is homogeneous, so that the positioning of the sensors in the closed housing 110 does not or only slightly influences the measured values of the sensor components.

Die gasempfindliche Sensorkomponente 210 ist eine optische Sensorkomponente und weist ein Farbumschlagsmaterial auf. Das Farbumschlagsmaterial ändert beim Kontakt mit einem bestimmten Gas 130 seine Farbe. Die Farbänderung ist abhängig von der Gaskonzentration. Bei Beispielen weist die Sensorkomponente 210 ein Array aus unterschiedlichen Farbumschlagsmaterialien bzw. Farbstoffen auf, die eine gleichzeitige Detektion verschiedener Gase ermöglichen. In die Batteriezellhülle bzw. das Gehäuse 110 kann ein zumindest für einen verwendeten Wellenlängenbereich transparentes, d.h. durchsichtiges Sichtfenster integriert werden. Eine Lichtquelle und/oder ein Farbsensor (in 2 nicht gezeigt) können sich außerhalb der Batteriezelle befinden. Der Farbsensor kann auf einem Reflexions- oder auf einem Durchstrahlprinzip basieren. Alternativ kann auch ein Farbsensor in dem Gehäuse angeordnet sein.The gas-sensitive sensor component 210 is an optical sensor component and has a color change material. The color change material changes on contact with a certain gas 130 its color. The change in color depends on the gas concentration. In examples, the sensor component has 210 an array of different Color change materials or dyes that enable the simultaneous detection of different gases. In the battery cell cover or the housing 110 a transparent, ie transparent, viewing window can be integrated for at least one wavelength range used. A light source and / or a color sensor (in 2 not shown) can be located outside the battery cell. The color sensor can be based on a reflection principle or on a transmission principle. Alternatively, a color sensor can also be arranged in the housing.

Die gasempfindliche Sensorkomponente 220 ist eine elektrische Sensorkomponente und ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel über Anschlussleitungen mit Kontakten 230 gekoppelt.The gas-sensitive sensor component 220 is an electrical sensor component and, in the exemplary embodiment shown, is via connecting lines with contacts 230 coupled.

Die Kontakte 230 sind in 2 nicht mit Batteriekontakten 250 elektrisch verbunden. Technisch ist es aber möglich die Sensorsignale über die Batteriekontakte 250 auszulesen. Auch die Spannungsversorgung für Sensor 220 kann über die Batteriekontakte 250 erfolgen.The contacts 230 are in 2 not with battery contacts 250 electrically connected. Technically, however, it is possible to use the sensor signals via the battery contacts 250 read out. Also the power supply for the sensor 220 can via the battery contacts 250 respectively.

Bei Ausführungsbeispielen kann die elektrische Sensorkomponente mit einem drahtlosen Modul 240, das ebenfalls in 2 gezeigt ist, gekoppelt sein. Die Batteriezelle 100 kann entweder die Kontakte 230 oder das drahtlose Modul 240 oder beides aufweisen.In embodiments, the electrical sensor component can include a wireless module 240 , which is also in 2 is shown to be coupled. The battery cell 100 can either use the contacts 230 or the wireless module 240 or have both.

Die elektrische Sensorkomponente 220 ist ausgebildet, um einen Parameter zu messen, der von dem in dem Gehäuse 110 vorliegenden Gas 130 abhängt, wie z. B. eine elektrische Kapazität, eine elektrische Leitfähigkeit, einen elektrischen Widerstand und/oder eine Wärmeleitfähigkeit. Die elektrische Sensorkomponente 220 ist ausgebildet, um ein von der Gaskonzentration abhängiges elektrisches Signal zu erzeugen und um das elektrische Signal drahtgebunden über die Kontakte 230 und/oder drahtlos über das drahtlose Modul 240 zu einer Elektronik, die sich außerhalb des elektrischen Energiespeichers befindet, zu kommunizieren. Eine Datenübertragung von dem elektrischen Sensor nach Außen kann somit über die Kontakte 230 oder drahtlos über das Modul 240, das beispielsweise ein RFID-Modul sein kann, erfolgen.The electrical sensor component 220 is designed to measure a parameter different from that in the housing 110 present gas 130 depends, such as B. an electrical capacitance, an electrical conductivity, an electrical resistance and / or a thermal conductivity. The electrical sensor component 220 is designed to generate an electrical signal that is dependent on the gas concentration and to generate the electrical signal in a wired manner via the contacts 230 and / or wirelessly via the wireless module 240 to communicate with electronics that are located outside of the electrical energy store. Data can thus be transmitted from the electrical sensor to the outside via the contacts 230 or wirelessly via the module 240 , which can be an RFID module, for example.

Das drahtlose Modul 240 oder Interface kann zur automatischen und berührungslosen Identifizierung der Batterie verwendet werden. Das drahtlose Modul 240 kann ein RFID-Modul sein. Das drahtlose Modul 240 kann auch zur Ansteuerung, Spannungsversorgung, Sensordatenübertragung, und/oder zur Identifikation verwendet werden. Das drahtlose Modul 240 kann bei Beispielen auch außerhalb einer Batteriezelle, auf Ebene eines Batteriemoduls bzw. eines Batteriepacks mit mehreren Batteriezellen eingebaut werden. Eine drahtlose Identifikation der Batteriezelle oder des Batteriepacks kann somit über das drahtlose Modul erfolgen. Bei Ausführungsbeispielen kann eine Identifizierung auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch optische Indikatoren, wie z.B. einen Strichcode oder einen QR-Code. Ein solcher optische Indikator kann z.B. an einem Träger der optischen Sensorkomponente 210 vorgesehen sein und von einem gemeinsamen Detektor erfassbar sein.The wireless module 240 or Interface can be used for automatic and contactless identification of the battery. The wireless module 240 can be an RFID module. The wireless module 240 can also be used for control, power supply, sensor data transmission and / or for identification. The wireless module 240 can in examples also be installed outside a battery cell, at the level of a battery module or a battery pack with several battery cells. A wireless identification of the battery cell or the battery pack can thus take place via the wireless module. In exemplary embodiments, identification can also take place in another way, for example by means of optical indicators such as a bar code or a QR code. Such an optical indicator can, for example, on a carrier of the optical sensor component 210 be provided and be detectable by a common detector.

2 zeigt somit eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer Mehrsensorlösung mit voneinander unabhängigen Sensorkomponenten, die auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren. 2 thus shows a schematic representation of an energy store with a multi-sensor solution with mutually independent sensor components that are based on different measurement principles.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energiespeichers 100, der ein geschlossenes Gehäuse 110 mit einem transparenten, durchsichtigen Fenster 310 und eine optische Sensorkomponente 210 aufweist. Daneben umfasst der elektrische Energiespeicher 100 eine Lichtquelle 340 und einen Detektor 350, die sich außerhalb des Gehäuses 110 befinden. Die Lichtquelle 340 und der Detektor 350 können beispielsweise als ein elektronisches Modul an einer Außenseite des Gehäuses angebracht sein. Alternative können die Lichtquelle 340 und der Detektor 350 in einer Halterung bzw. einem Außengehäuse, in der bzw. dem der elektrische Energiespeicher angeordnet ist, angebracht sein, um mit dem transparenten, durchsichtigen Fenster 310 ausgerichtet zu sein. 3 shows a schematic representation of an embodiment of an electrical energy store 100 , of a closed case 110 with a transparent, see-through window 310 and an optical sensor component 210 having. It also includes the electrical energy store 100 a light source 340 and a detector 350 that are outside the case 110 are located. The light source 340 and the detector 350 can for example be attached as an electronic module on an outside of the housing. Alternatively you can use the light source 340 and the detector 350 in a holder or an outer housing, in which or in which the electrical energy store is arranged, be attached to the transparent, translucent window 310 to be aligned.

Die optische Sensorkomponente 210 umfasst ein Farbumschlagsmaterial oder ein Array von Farbumschlagsmaterialen. Das oder jedes Farbumschlagsmaterial ist ausgebildet, um seine Farbe beim Kontakt mit einem bestimmten Gas abhängig von der Gaskonzentration zu ändern.The optical sensor component 210 includes a color change material or an array of color change materials. The or each color change material is designed to change its color on contact with a particular gas as a function of the gas concentration.

Die optische Sensorkomponente 210 kann sich zwischen dem Elektrolyten des Energiespeichers 100 und dem transparenten, durchsichtigen Fenster 310 befinden. Die optische Sensorkomponente 210 kann entweder direkt auf dem transparenten, durchsichtigen Fenster 310 oder auf einer gasdurchlässigen Membran abgeschieden sein oder auf einem Substrat, z.B. einer Folie, die sich in dem Energiespeicher 100 auf oder vor dem transparenten, durchsichtigen Fenster 310 befindet. Die optische Sensorkomponente 210 kann mit einer gasdurchlässigen Membran von dem Elektrolyt 320 getrennt sein.The optical sensor component 210 can be between the electrolyte of the energy storage 100 and the transparent, see-through window 310 are located. The optical sensor component 210 can either directly on the transparent, see-through window 310 or deposited on a gas-permeable membrane or on a substrate, for example a film, which is located in the energy store 100 on or in front of the transparent, translucent window 310 is located. The optical sensor component 210 can with a gas-permeable membrane from the electrolyte 320 be separated.

Das optisch transparente, durchsichtige Sichtfenster 310 ist in das Gehäuse 110 integriert. Die Sensorkomponente 210, die Lichtquelle 340 und der Detektor 350 sind derart relativ zu dem Fenster 310 angeordnet, dass das Licht der Lichtquelle 340 durch das transparente Fenster 310 fällt, und auf das Farbumschlagsmaterial 210 trifft. Das Licht wird von dem Farbumschlagsmaterial 210 zurückreflektiert oder gestreut. Der Empfänger oder Detektor 350 detektiert die Intensität und/oder Farbänderungen des zurückreflektierten oder gestreuten Lichts.The optically transparent, see-through window 310 is in the housing 110 integrated. The sensor component 210 , the light source 340 and the detector 350 are so relative to the window 310 arranged that the light is the light source 340 through the transparent window 310 falls, and on the color change material 210 meets. The light becomes of the color change material 210 reflected back or scattered. The receiver or detector 350 detects the intensity and / or color changes of the reflected or scattered light.

Bei Beispielen befindet sich lediglich ein Farbumschlagsmaterial 210 oder mehrere Farbumschlagsmaterialien in dem Gehäuse 110 des elektrischen Energiespeichers 100. Die Elektronik, die die Lichtquelle 340, den Detektor 350, und die Signalverarbeitung umfasst, befindet sich außerhalb des Gehäuses 110 des Energiespeichers 100.Examples include only a color change material 210 or more color change materials in the housing 110 of the electrical energy storage 100 . The electronics that make the light source 340 , the detector 350 , and which includes signal processing, is located outside the housing 110 of the energy storage 100 .

Der Empfänger 350 kann eine Fotodiode, einen Farbsensor oder einen Multispektralsensor aufweisen. Ein Multispektralsensor ist von besonderem Interesse, da er kleine spektrale Änderungen des Farbstoffs mit hoher Genauigkeit registrieren kann.Recipient 350 can have a photodiode, a color sensor or a multispectral sensor. A multispectral sensor is of particular interest because it can register small spectral changes in the dye with high accuracy.

Die Lichtquelle 340 kann zum Beispiel eine breitbandige Weißlicht-LED oder eine Schmalband-LED mit einem auf den Farbstoff angepassten Emissionsspektrum aufweisen.The light source 340 can for example have a broadband white light LED or a narrowband LED with an emission spectrum adapted to the dye.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Energiespeichers mit einer optischen Sensorkomponente, die ein Farbumschlagsmaterial umfasst. Das Licht einer Lichtquelle trifft auf das Farbumschlagsmaterial und wird vom Farbumschlagsmaterial zurückreflektiert oder gestreut. Ein Detektor außerhalb des Gehäuses detektiert die Intensität und/oder die Farbänderung des zurückreflektierten oder gestreuten Lichts, die mit der Gaskonzentration korreliert. Ein Detektor und eine Lichtquelle, wie sie Bezug nehmend auf 3 beschrieben wurden, können bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zusammen mit der optischen Sensorkomponente 210 vorgesehen sein. 3 shows a schematic representation of an energy store with an optical sensor component that comprises a color change material. The light from a light source hits the color change material and is reflected back or scattered by the color change material. A detector outside the housing detects the intensity and / or the change in color of the light reflected or scattered back, which correlates with the gas concentration. A detector and a light source as referring to them 3 described in 2 embodiment shown together with the optical sensor component 210 be provided.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels ähnlich dem von 3, bei dem der Detektor 350 als ein Multispektralsensor 410 ausgebildet ist. Der Multispektralsensor wird in 6 näher erläutert. Die weiteren Merkmale entsprechen denen des Ausführungsbeispiels von 3. 4th FIG. 11 shows a schematic representation of an exemplary embodiment similar to that of 3 where the detector 350 as a multispectral sensor 410 is trained. The multispectral sensor is used in 6th explained in more detail. The other features correspond to those of the embodiment of FIG 3 .

Die optische Gassensorkomponente 210 kann eine Membran aufweisen, die einen Farbstoff aufweist oder ein Array von Farbstoffen. Somit kann die optische Gassensorkomponente lediglich auf ein Gas und/oder eine Stoffgruppe empfindlich sein, oder als Array von Farbumschlagsmaterialien für eine gleichzeitige Detektion mehrerer Gase ausgeführt sein.The optical gas sensor component 210 may comprise a membrane comprising a dye or an array of dyes. Thus, the optical gas sensor component can only be sensitive to one gas and / or a group of substances, or it can be designed as an array of color change materials for a simultaneous detection of several gases.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energiespeichers 100, der ein geschlossenes Gehäuse 110 mit einem transparenten, durchsichtigen Fenster 310, eine optische Sensorkomponente mit plasmonischen Strukturen 510 und eine Elektronik umfasst. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Lichtquelle 340, z. B. eine LED-Lichtquelle, außerhalb des Gehäuses 110 angeordnet und ist von dem Detektorarray 350 getrennt. Als Lichtquelle 340 kann beispielsweise eine breitbandige weiße LED-Lichtquelle oder eine schmalbandige LED Lichtquelle verwendet sein. Die Detektoren 350, die plasmonischen Strukturen 510 für ein oder mehrere Gase und die weitere Elektronik für die Signalverarbeitung sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den Energiespeicher 100 bzw. in die Batteriezelle integriert und sind von dem Elektrolyten über eine gasselektive Membran 520 getrennt. Die plasmonischen Strukturen 510 können entweder direkt auf dem Detektorarray 350 oder auf einer gasdurchlässigen Membran abgeschieden sein oder auf einem Substrat, wie z.B. auf einer Folie, das sich auf oder vor dem Detektorarray 350 befinden kann. Das Detektorarray 350 kann als Multispektralsensor zum Erfassen von Reflexions- und/oder Transmissions-Spektren oder als Polarisationssensor, um Änderungen den Polarisationszustand des Lichts, der abhängig von der Gaskonzentration in dem Gehäuse 110 durch die plasmonischen Strukturen 510 bewirkt wird, zu erfassen, ausgebildet sein. Bei Ausführungsbeispielen kann das Detektorarray 350 außerhalb des Gehäuses 110 angeordnet sein, um den Polarisationszustand des Lichts durch das Fenster 310 zu erfassen.
Eine Folie mit gasempfindlichen plasmonischen Strukturen 510 kann direkt auf einem Multispektralsensor 410 vorgesehen sein, und/oder kann anstelle einer Farbumschlagfolie benutzt werden. 5 shows a schematic representation of an embodiment of an electrical energy store 100 , of a closed case 110 with a transparent, see-through window 310 , an optical sensor component with plasmonic structures 510 and includes electronics. In the exemplary embodiment, the light source is 340 , e.g. B. an LED light source, outside the housing 110 arranged and is from the detector array 350 Cut. As a light source 340 For example, a broadband white LED light source or a narrowband LED light source can be used. The detectors 350 who have favourited Plasmonic Structures 510 for one or more gases and the other electronics for signal processing are in the shown embodiment in the energy store 100 or integrated into the battery cell and are separated from the electrolyte via a gas-selective membrane 520 Cut. The plasmonic structures 510 can either directly on the detector array 350 or deposited on a gas-permeable membrane or on a substrate, such as, for example, on a film, which is on or in front of the detector array 350 can be located. The detector array 350 Can be used as a multispectral sensor for recording reflection and / or transmission spectra or as a polarization sensor to detect changes in the polarization state of the light, which depends on the gas concentration in the housing 110 through the plasmonic structures 510 is caused to detect, be formed. In embodiments, the detector array 350 outside the case 110 be arranged to the polarization state of the light through the window 310 capture.
A film with gas-sensitive plasmonic structures 510 can directly on a multispectral sensor 410 be provided, and / or can be used instead of a color change film.

5 zeigt somit ein Ausführungsbeispiel, bei dem die optische Sensorkomponente anstelle der Farbumschlagsmaterialien auf plasmonischen Strukturen 510 basiert. Bei bestimmten plasmonischen Strukturen 510 führt eine Änderung der Gaszusammensetzung, bzw. die Tatsache, ob ein bestimmtes Gas vorliegt oder nicht, zu Änderungen der Reflexions- und/oder Transmissions-Spektren des Lichts oder zu einer Änderung des Polarisationszustands des Lichts. Die Änderungen der Reflexions/Transmissions-Spektren und/oder des Polarisationszustands des Lichts korrelieren mit der Gaskonzentration. Diese Änderungen können mit einem Multispektral- oder Polarisationssensor gemessen werden. Ein Beispiel eines Multispektralsensors wird Bezug nehmend auf 6 näher erläutert. 5 thus shows an embodiment in which the optical sensor component instead of the color change materials on plasmonic structures 510 based. With certain plasmonic structures 510 a change in the gas composition, or the fact whether a certain gas is present or not, leads to changes in the reflection and / or transmission spectra of the light or to a change in the polarization state of the light. The changes in the reflection / transmission spectra and / or the polarization state of the light correlate with the gas concentration. These changes can be measured with a multispectral or polarization sensor. An example of a multispectral sensor is provided with reference to FIG 6th explained in more detail.

Die 6a) bis 6d) zeigt eine schematische Darstellung eines Messaufbaus für optische Messungen mehrerer Gase in dem elektrischen Energiespeicher 100 mittels eines Multispektralsensors 410.The 6a) to 6d ) shows a schematic representation of a measurement setup for optical measurements of several gases in the electrical energy store 100 by means of a multispectral sensor 410 .

6a) zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Energiespeichers 100 wie er in 4 gezeigt und eine optische Sensorkomponente 210 und eine Elektronik mit einem Multispektraldetektor 410 aufweist. Die optische Sensorkomponente 210 weist ein Array 610 von Farbumschlagsmaterialien auf, wie in 6b) gezeigt ist. Die Farbänderungen der Farbumschlagsmaterialien des Arrays 610 werden mit dem Multispektralsensor 410 detektiert. 6a) shows a schematic representation of an embodiment of an energy store 100 like him in 4th shown and an optical Sensor component 210 and electronics with a multispectral detector 410 having. The optical sensor component 210 assigns an array 610 of color change materials, as in 6b) is shown. The color changes of the color change materials of the array 610 with the multispectral sensor 410 detected.

6b) zeigt eine schematische Darstellung des Arrays 610 von Farbumschlagsmaterialien für neun Gase und eines passenden Multispektralsensors 410 mit neun Detektorkanälen, die für unterschiedliche Wellenlängen empfindlich sind. Die optische Sensoranordnung verfügt somit über neun spektrale Kanäle. Jeder Kanal kann als Empfänger oder Sensor mit spektralem Filter ausgeführt sein. Als Empfänger oder als Sensor kann beispielsweise eine Fotodiode, ein Fotodiodenarray, ein Farbsensorarray oder ein Multispektralsensor verwendet werden. 6b) shows a schematic representation of the array 610 of color change materials for nine gases and a matching multispectral sensor 410 with nine detector channels that are sensitive to different wavelengths. The optical sensor arrangement thus has nine spectral channels. Each channel can be designed as a receiver or sensor with a spectral filter. For example, a photodiode, a photodiode array, a color sensor array or a multispectral sensor can be used as a receiver or as a sensor.

Die Farbumschlagsmaterialien des Arrays 610 sind so ausgewählt, dass die Querempfindlichkeit auch für Störgase, also jeweils nicht zu detektierende Gase, möglichst gering ist. Das Farbumschlagsmaterial und mindestens ein spektraler Kanal sind so aufeinander abgestimmt, dass der Farbumschlag des Materials optimal aufgelöst werden kann.The color change materials of the array 610 are selected so that the cross-sensitivity for interfering gases, i.e. gases that cannot be detected, is as low as possible. The color change material and at least one spectral channel are coordinated so that the color change of the material can be optimally resolved.

Bei Beispielen kann Gas 1 mit dem spektralen Kanal 1 detektiert werden. Die maximale spektrale Änderung liegt für dieses Gas beispielsweise im spektralen Bereich bei 450 nm. Für Gas 2 wird ein weiterer spektraler Kanal 2 verwendet, bei dem die maximalen Änderungen zum Beispiel bei 500 nm liegen usw., bis zu einem Kanal x.In examples, gas 1 can be detected with spectral channel 1. The maximum spectral change for this gas is, for example, in the spectral range at 450 nm. For gas 2, a further spectral channel 2 is used, in which the maximum changes are, for example, 500 nm, etc., up to a channel x.

Bei Ausführungsbeispielen können auch mehrere Empfängerkanäle verwendet werden, um die Farbänderung nur eines gasempfindlichen Farbstoffs zu erfassen, was eine erhöhte Genauigkeit zur Folge haben kann.In exemplary embodiments, a plurality of receiver channels can also be used in order to detect the color change of only one gas-sensitive dye, which can result in increased accuracy.

6c) zeigt eine Vorderseitenansicht und 6d) eine Seitenansicht der optischen Sensorkomponente 210 in dem Gehäuse 110 des elektrischen Energiespeichers 100. Eine gasdurchlässige Membran 520 mit hoher chemischer Beständigkeit ist als Trennschicht zwischen dem Elektrolyt 320 und dem optischen Sensorkomponente 210 vorgesehen. 6c ) shows a front view and 6d ) a side view of the optical sensor component 210 in the case 110 of the electrical energy storage 100 . A gas permeable membrane 520 with high chemical resistance is used as a separating layer between the electrolyte 320 and the optical sensor component 210 intended.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Membran 520 selektiv durchlässig für Wasserstoff. Wasserstoff diffundiert durch die selektive Membran 520 und führt zu einer Farbänderung im Farbstoff oder in einem Farbumschlagsmaterial des Arrays 610. Unterschiedliche Konzentrationen von Wasserstoff bewirken in den verschiedenen Feldern des Arrays unterschiedliche Farbänderungen, die durch den Multispektralsensor 410 erfasst werden können. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Membran für mehrere Gase durchlässig sein, die dann in den verschiedenen Feldern des Arrays verschiedene Farbänderungen bewirken. Bei anderen Ausführungsbeispielen können verschiedene Felder des Arrays mit verschiedenen Membranabschnitten, die selektiv für verschiedene Gase durchlässig sind, versehen sein.In this embodiment, the membrane is 520 selectively permeable to hydrogen. Hydrogen diffuses through the selective membrane 520 and results in a color change in the dye or in a color change material of the array 610 . Different concentrations of hydrogen cause different color changes in the different fields of the array, which are caused by the multispectral sensor 410 can be recorded. In other exemplary embodiments, the membrane can be permeable to several gases, which then cause different color changes in the different fields of the array. In other exemplary embodiments, different fields of the array can be provided with different membrane sections which are selectively permeable to different gases.

Wie in 6d) gezeigt ist, befindet sich auf der von der Membran 520 abgewandten Seite der Sensorkomponente 210 das transparente, durchsichtige Fenster 310, das in das Gehäuse 110 integriert ist. Mit Hilfe des Fensters 310 können die Farbänderungen der Farbumschlagsmaterialien 210 von außen über den Multispektralsensor 410 gemessen werden.As in 6d ) is located on that of the membrane 520 remote side of the sensor component 210 the transparent, see-through window 310 that is in the case 110 is integrated. With the help of the window 310 can change the color of the color change materials 210 from outside via the multispectral sensor 410 be measured.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers in der Form eines Batteriepacks 700, der eine Mehrzahl von Batteriezellen 100 in einem Gehäuse 710 umfasst. Der Batteriepack 700 weist die Mehrzahl von Batteriezellen 100 und mindestens eine Sensorkomponente 720 für eine Gasmessung, wie sie hierin beschrieben ist, auf. Die Sensorkomponente kann einzelne oder alle Merkmale der hierin beschriebenen Sensorkomponenten aufweisen, wobei lediglich zu Veranschaulichungszwecken in 7 eine elektrische Sensorkomponente 220, eine optische Sensorkomponente 210 und ein drahtloses Modul 240 gezeigt sind. Die elektrische und/oder optische Sensorkomponente 210, 220 können Merkmale und Funktionalitäten wie sie in den 2 bis 6 beschrieben sind, aufweisen. 7th shows a schematic representation of an electrical energy store in the form of a battery pack 700 , of a plurality of battery cells 100 in one housing 710 includes. The battery pack 700 has the plurality of battery cells 100 and at least one sensor component 720 for a gas measurement as described herein. The sensor component can have individual features or all of the features of the sensor components described herein, with FIG 7th an electrical sensor component 220 , an optical sensor component 210 and a wireless module 240 are shown. The electrical and / or optical sensor component 210 , 220 features and functionalities as described in the 2 to 6th are described.

Bei dem in 7 gezeigten Beispiel ist/sind die Sensorkomponenten nicht in dem Gehäuse der einzelnen Batteriezellen 100 angeordnet, sondern in dem Gehäuse des Batteriepacks. Bei den Batteriezellen 100 können mit der Zeit Mikroleckagen entstehen, durch die das Gas aus den Gehäusen der einzelnen Batteriezellen 100 in das Gehäuse 710 des Batteriepacks entweichen kann. Dies kann durch die Sensorkomponente 720, die in dem Gehäuse des Batteriepacks 700 angeordnet ist, erfasst werden. Die Sensorkomponente kann anstelle der Sensorkomponenten in den einzelnen Batteriezellen 100 oder zusätzlich zu denselben vorgesehen sein.The in 7th The example shown is / the sensor components are not in the housing of the individual battery cells 100 arranged, but in the housing of the battery pack. With the battery cells 100 Over time, micro-leaks can occur, through which the gas can escape from the housings of the individual battery cells 100 in the housing 710 the battery pack can escape. This can be done by the sensor component 720 that are in the housing of the battery pack 700 is arranged to be detected. The sensor component can be used instead of the sensor components in the individual battery cells 100 or be provided in addition to the same.

Gassensoren oder Gassensorkomponenten wie sie hierin beschrieben sind, können beispielsweise als Metalloxid-Sensoren (MOX-Sensoren), Feldeffekttransistorsensoren (FET-Sensoren), Microthermal Conductivity Sensors (MTCS-Sensoren) oder Farbumschlagssensoren implementiert werden.Gas sensors or gas sensor components as described herein can be implemented, for example, as metal oxide sensors (MOX sensors), field effect transistor sensors (FET sensors), microthermal conductivity sensors (MTCS sensors) or color change sensors.

Gassensoren bzw. Gassensorkomponenten können beispielsweise in einzelne Batteriezellen integriert werden, außerhalb der Batteriezellen 100 in einem Batteriepack, der mehrere Batteriezellen enthält, oder in einen Akku-Pack, wie z.B. einen Akku-Pack 700. Gassensoren bzw. Gassensorkomponenten können somit gleichermaßen in Batterien, die aus mehreren Zellen bestehen, oder in Batteriepacks integriert werden.Gas sensors or gas sensor components can be integrated into individual battery cells, for example, outside the battery cells 100 in a battery pack containing several battery cells or in a battery pack, such as a battery pack 700 . Gas sensors or gas sensor components can thus be integrated into batteries that consist of several cells or into battery packs.

Bei allen hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen kann ein zusätzlicher gasempfindlicher Sensor oder können mehrere zusätzliche gasempfindliche Sensoren, wie z. B. ein aufgedruckter Gassensor, der auf einem Wärmeleitfähigkeitsprinzip basiert, in den Energiespeicher eingebaut werden. Ferner können weitere Sensoren integriert werden, die ausgebildet sind, um andere physikalische Parameter zu erfassen, wie z.B. die Temperatur, den Druck und/oder die Feuchte.In all of the embodiments described herein, an additional gas-sensitive sensor or several additional gas-sensitive sensors, such as. B. a printed gas sensor, which is based on a thermal conductivity principle, can be installed in the energy storage device. Further sensors can also be integrated which are designed to detect other physical parameters, such as temperature, pressure and / or humidity.

Allgemeine Merkmale der Erfindung:General features of the invention:

Weitere Merkmale der Erfindung sind nachfolgend aufgelistet:

• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um ein oder mehrere Gase zu erfassen.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um ein Einzelgas und/oder eine Stoffgruppe zu erfassen.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um einen Gassensor oder mehrere Gassensoren zu umfassen.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um ein oder mehrere Gassensorprinzipien zu verwenden.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um einen Gassensor oder Gassensoren mit einem oder mehreren weiteren Sensoren, wie z.B. einem Temperatursensor, einem Drucksensor, einem Feuchtesensor, usw., zu kombinieren.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um die Selektivität auf ein oder mehrere Gase durch eine Membran, einen Aufnehmer oder sogar beides herbeizufügen.
• Ausführungsbeispiele können kann ausgebildet sein, um die Elektronik von dem Aufnehmer zu trennen.
• Ausführungsbeispiele können ausgebildet sein, um ein oder mehrere Gase in einem elektrischen Energiespeicher wie z.B. einer Batterie, in einem Akkumulator oder Batteriepack zu erfassen.
• Ausführungsbeispiel können ausgebildet sein, um Energiespeicher automatisch und berührungslos über ein drahtloses Modul, z. B. über ein RFID-Modul, zu identifizieren.

Further features of the invention are listed below:

• Embodiments can be designed to detect one or more gases.
• Embodiments can be designed to detect a single gas and / or a group of substances.
• Embodiments can be designed to include a gas sensor or a plurality of gas sensors.
• Embodiments can be designed to use one or more gas sensor principles.
• Embodiments can be designed to combine a gas sensor or gas sensors with one or more further sensors, such as a temperature sensor, a pressure sensor, a humidity sensor, etc., for example.
• Embodiments can be designed to bring about the selectivity to one or more gases through a membrane, a sensor or even both.
• Embodiments can be designed to separate the electronics from the transducer.
• Embodiments can be designed to detect one or more gases in an electrical energy store such as a battery, in an accumulator or battery pack.
• Embodiment can be designed to automatically and contactlessly energy storage via a wireless module, eg. B. via an RFID module to identify.

Technisches Anwendungsgebiet der Erfindung:Technical field of application of the invention:

Technische Anwendungsgebiete der Erfindung sind nachfolgend aufgelistet:

• Alle Bereiche in denen Energiespeicher wie Batterien oder Akkus verwendet werden, wie z.B. Computern, Tablets, Smartphones, Unterhaltungselektronik im Allgemeinen, E-Scooter, E- Bike, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Schifffahrt
• Batterieidentifikation beispielsweise im Recyclingverfahren
• Brennstoffzellen
• Leckagemessung in einem H₂-Speicher
• chemische Industrie
• Medizintechnik
• Maschinenbau
• Sicherheitstechnik
• usw.

Technical fields of application of the invention are listed below:

• All areas in which energy storage devices such as batteries or accumulators are used, such as computers, tablets, smartphones, entertainment electronics in general, e-scooters, e-bikes, automobiles, aerospace, shipping
• Battery identification, for example in the recycling process
• fuel cells
• Leakage measurement in an H ₂ storage tank
• chemical industry
• Medical technology
• Mechanical engineering
• Security technology
• etc.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.Although some aspects have been described in connection with a device, it goes without saying that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Analogously, aspects that have been described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or details or features of a corresponding device. Some or all of the method steps can be carried out by a hardware device (or using a hardware device). Apparatus). In some embodiments, some or more of the most important process steps can be performed by such an apparatus.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is to be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to other skilled persons. It is therefore intended that the invention be limited only by the scope of protection of the following patent claims and not by the specific details presented herein with reference to the description and explanation of the exemplary embodiments.

Literatur:

Finegan, D. P. et al. In-operando high-speed tomography of lithium-ion batteries during thermal runaway. Nat. Commun. 6:6924 doi: 10.1038/ncomms7924 (2015) .
https://www.elektroniknet.de/elektronik/power/gefaeh rd ung spotenzial-von-li-ionen-zellen-92479.html
https://www.elektroniknet. de/elektronik-a utomotive/elektromobilitaet/massnahmen-gegenden-thermal-runaway-155692.html
Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review; Xuning Feng, Minggao Ouyang, Xiang Liu, Languang Lu, Yong Xia und Xiangming He; Tsinghua University, Beijing 100084, China; http://dx.doi.org/10.1016/j.ensm.2017.05.013
Electrochemical-thermal analysis of 18650 Lithium Iron Phosphate cell; L.H.Saw, Yonghuang Ye, A.A.O. Tay; Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, National University ofSingapore, 117576 Singapore, Singapore; Energy Conversion and Management 75 (2013) 162 - 174 .
Thermal behavior study of discharging/charging cylindrical lithium-ion battery module cooled by channeled liquid flow; Chunrong Zhao, Wenjiong Cao, Ti Dong, Fangming Jiang; Chinese Academy of Sciences (CAS), Guangzhou 510640, Guangdong, PR China und University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China; https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.083
Graunke, T.; Schmitt, K.; Raible, S.; Wöllenstein, J.: »Towards Enhanced Gas Sensor Performance with Fluoropolymer Membranes«. In: Sensors, 16 (10), PII: E1605, S. 1-20 2016 . https://doi. org/1 0.3390/s16101605
Graunke, T.; Schmitt, K.; Wöllenstein, J.: »Organic Membranes for Selectivity Enhancement of Metal Oxide Gas Sensors«. In: Journal of Sensors, Bd. 2016, Article ID 2435945, S. 1-22, 2016 . http://dx.doi.org/10.1155/2016/2435945
Graunke, T.; Schmitt, K.; Busch, S.; Raible, S.; Wöllenstein, J.: »Towards an empirical model for the prediction of the selectivity of polymer membranes«. In: Proc. Eurosensors XXXII, Graz, 2018.
Ultrasensitive and fast single wavelength plasmonic hydrogen sensing with anisotropic nanostructured Pd films https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.06.013
Gas detection by means of surface plasmon resonance https://doi.org/10.1016/0250-6874(82)80008-5
Dräger Röhrchen und CMS Handbuch

Literature:

Finegan, DP et al. In-operando high-speed tomography of lithium-ion batteries during thermal runaway. Nat. Commun. 6: 6924 doi: 10.1038 / ncomms7924 (2015) .
https://www.elektroniknet.de/elektronik/power/gefaeh rd ung spotenzial-von-li-ionen-zellen-92479.html
https: //www.elektroniknet. de / electronics-automobiles / electromobility / measures-areas-thermal-runaway-155692.html
Thermal runaway mechanism of lithium ion battery for electric vehicles: A review; Xuning Feng, Minggao Ouyang, Xiang Liu, Languang Lu, Yong Xia, and Xiangming He; Tsinghua University, Beijing 100084, China; http://dx.doi.org/10.1016/j.ensm.2017.05.013
Electrochemical-thermal analysis of 18650 Lithium Iron Phosphate cell; LHSaw, Yonghuang Ye, AAO Tay; Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, National University of Singapore, 117576 Singapore, Singapore; Energy Conversion and Management 75 (2013) 162 - 174 .
Thermal behavior study of discharging / charging cylindrical lithium-ion battery module cooled by channeled liquid flow; Chunrong Zhao, Wenjiong Cao, Ti Dong, Fangming Jiang; Chinese Academy of Sciences (CAS), Guangzhou 510640, Guangdong, PR China and University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China; https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.083
Graunke, T .; Schmitt, K .; Raible, S .; Wöllenstein, J .: "Towards Enhanced Gas Sensor Performance with Fluoropolymer Membranes". In: Sensors, 16 (10), PII: E1605, pp. 1-20 2016 . https: // doi. org / 1 0.3390 / s16101605
Graunke, T .; Schmitt, K .; Wöllenstein, J .: "Organic Membranes for Selectivity Enhancement of Metal Oxide Gas Sensors". In: Journal of Sensors, Vol. 2016, Article ID 2435945, pp. 1-22, 2016 . http://dx.doi.org/10.1155/2016/2435945
Graunke, T .; Schmitt, K .; Busch, S .; Raible, S .; Wöllenstein, J .: "Towards an empirical model for the prediction of the selectivity of polymer membranes". In: Proc. Eurosensors XXXII, Graz, 2018.
Ultrasensitive and fast single wavelength plasmonic hydrogen sensing with anisotropic nanostructured Pd films https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.06.013
Gas detection by means of surface plasmon resonance https://doi.org/10.1016/0250-6874(82)80008-5
Dräger tubes and CMS manual

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

Finegan, D. P. et al. In-operando high-speed tomography of lithium-ion batteries during thermal runaway. Nat. Commun. 6:6924 doi: 10.1038/ncomms7924 (2015) [0089]Finegan, D.P. et al. In-operando high-speed tomography of lithium-ion batteries during thermal runaway. Nat. Commun. 6: 6924 doi: 10.1038 / ncomms7924 (2015) [0089]
L.H.Saw, Yonghuang Ye, A.A.O. Tay; Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, National University ofSingapore, 117576 Singapore, Singapore; Energy Conversion and Management 75 (2013) 162 - 174 [0089]L.H. Saw, Yonghuang Ye, A.A.O. Tay; Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, National University of Singapore, 117576 Singapore, Singapore; Energy Conversion and Management 75 (2013) 162-174 [0089]
Chunrong Zhao, Wenjiong Cao, Ti Dong, Fangming Jiang; Chinese Academy of Sciences (CAS), Guangzhou 510640, Guangdong, PR China und University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China; https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.083 [0089]Chunrong Zhao, Wenjiong Cao, Ti Dong, Fangming Jiang; Chinese Academy of Sciences (CAS), Guangzhou 510640, Guangdong, PR China and University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, PR China; https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2017.12.083 [0089]
Graunke, T.; Schmitt, K.; Raible, S.; Wöllenstein, J.: »Towards Enhanced Gas Sensor Performance with Fluoropolymer Membranes«. In: Sensors, 16 (10), PII: E1605, S. 1-20 2016 [0089]Graunke, T .; Schmitt, K .; Raible, S .; Wöllenstein, J .: "Towards Enhanced Gas Sensor Performance with Fluoropolymer Membranes". In: Sensors, 16 (10), PII: E1605, pp. 1-20 2016 [0089]
Graunke, T.; Schmitt, K.; Wöllenstein, J.: »Organic Membranes for Selectivity Enhancement of Metal Oxide Gas Sensors«. In: Journal of Sensors, Bd. 2016, Article ID 2435945, S. 1-22, 2016 [0089]Graunke, T .; Schmitt, K .; Wöllenstein, J .: "Organic Membranes for Selectivity Enhancement of Metal Oxide Gas Sensors". In: Journal of Sensors, Vol. 2016, Article ID 2435945, pp. 1-22, 2016 [0089]

Claims

Ein elektrischer Energiespeicher (100, 700) mit einem geschlossenen Gehäuse (110, 710) und zumindest einer in dem Gehäuse angeordneten gasempfindlichen Sensorkomponente (120, 210, 220, 510, 720), die ausgebildet ist, um auf ein Gas (130) in dem Gehäuse anzusprechen, um zu ermöglichen, Informationen über eine Gaskonzentration in dem Gehäuse zu erfassen.An electrical energy store (100, 700) with a closed housing (110, 710) and at least one gas-sensitive sensor component (120, 210, 220, 510, 720) which is arranged in the housing and is designed to respond to a gas (130) in to respond to the housing to enable information about a gas concentration in the housing to be detected.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 1, der mindestens eine gasdurchlässige Membran (520) aufweist, durch die die zumindest eine Sensorkomponente von einem Elektrolyten (320) in dem elektrischen Energiespeicher separiert ist.The electrical energy storage according to Claim 1 , which has at least one gas-permeable membrane (520) by means of which the at least one sensor component is separated from an electrolyte (320) in the electrical energy store.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 2, bei dem die gasdurchlässige Membran selektiv für ein zu erfassendes Gas permeabel ist.The electrical energy storage according to Claim 2 , in which the gas-permeable membrane is selectively permeable to a gas to be detected.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die gasdurchlässige Membran ein chemisch inertes Material umfasst.The electrical energy storage according to Claim 2 or 3 wherein the gas permeable membrane comprises a chemically inert material.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die gasdurchlässige Membran aus einem thermoplastischen Polykondensat oder aus einem Fluorpolymer besteht.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 4th , in which the gas-permeable membrane consists of a thermoplastic polycondensate or a fluoropolymer.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die zumindest eine Sensorkomponente mehrere Sensorkomponenten aufweist, die ausgebildet sind, um auf mehrere verschiedene Gase in dem Gehäuse anzusprechen.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 5 , in which the at least one sensor component has a plurality of sensor components which are designed to respond to a plurality of different gases in the housing.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zumindest eine Sensorkomponente eine Sensorkomponente aufweist, die ausgebildet ist, um auf eines oder mehrere Gase aus der Gruppe, die aus CO₂, CO, CH₄, Ethan, Ethen und/oder H₂ besteht, anzusprechen.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 6th , in which the at least one sensor component has a sensor component which is designed to respond to one or more gases from the group consisting of CO ₂ , CO, CH ₄ , ethane, ethene and / or H ₂ .

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die zumindest eine Sensorkomponente eine Sensorkomponente aufweist, die ausgebildet ist, um ansprechend auf das Gas in dem elektrischen Energiespeicher ein elektrisches Signal zu erzeugen und das elektrische Signal drahtgebunden oder drahtlos zu einer Elektronik, die sich außerhalb dem elektrischen Energiespeicher befindet, zu kommunizieren.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 7th , in which the at least one sensor component has a sensor component which is designed to generate an electrical signal in response to the gas in the electrical energy store and to communicate the electrical signal in a wired or wireless manner to electronics located outside the electrical energy store .

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die zumindest eine Sensorkomponente eine Sensorkomponente aufweist, die ausgebildet ist, um zumindest einen Parameter zu messen, der von dem in dem Gehäuse vorliegenden Gas abhängt, wobei der zumindest eine Parameter elektrochemisch, elektrisch, gravimetrisch, thermometrisch, magnetisch und/oder optisch ist.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 8th , in which the at least one sensor component has a sensor component which is designed to measure at least one parameter that depends on the gas present in the housing, the at least one parameter being electrochemical, electrical, gravimetric, thermometric, magnetic and / or optical is.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der die zumindest eine Sensorkomponente eine Sensorkomponente aufweist, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 7th that the at least one sensor component has a sensor component whose optical properties depend on the gas in the housing.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 10, bei dem das Gehäuse ein optisch transparentes Fenster (310) aufweist, wobei die optischen Eigenschaften durch das optisch transparente Fenster erfassbar sind.The electrical energy storage according to Claim 10 , in which the housing has an optically transparent window (310), the optical properties being detectable through the optically transparent window.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 10 oder 11, der einen optischen Detektor (350, 410) aufweist, um die von dem Gas in dem Gehäuse abhängigen optischen Eigenschaften zu erfassen.The electrical energy storage according to Claim 10 or 11 having an optical detector (350, 410) to detect the optical properties dependent on the gas in the housing.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 12, bei dem der optische Detektor, eine Photodiode, ein Photodiodenarray, einen Farbsensor, ein Farbsensorarray, einen Polarisationssensor oder einen Multispektralsensor (410) mit einem Multispektralfilter aufweist.The electrical energy storage according to Claim 12 in which the optical detector comprises a photodiode, a photodiode array, a color sensor, a color sensor array, a polarization sensor or a multispectral sensor (410) with a multispectral filter.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, der eine breitbandige Lichtquelle (340) oder eine schmalbandige Lichtquelle (340) aufweist.The electrical energy store according to one of the Claims 10 to 13th , which has a broadband light source (340) or a narrowband light source (340).

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, ein Farbumschlagsmaterial (210, 610) aufweist, dessen optische Eigenschaften von dem in dem Gehäuse vorliegenden Gas abhängt.The electrical energy store according to one of the Claims 10 to 14th , in which the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, has a color change material (210, 610), the optical properties of which depend on the gas present in the housing.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 15, bei dem die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, mehrere verschiedene Farbumschlagsmaterialien aufweist, die für verschiedene Gase empfindlich sind.The electrical energy storage according to Claim 15 , in which the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, comprises several different color change materials which are sensitive to different gases.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 15, bei dem die Farbumschlagsmaterialien als Array (610) auf einem Träger angeordnet sind, wobei Farbänderungen der verschiedenen Farbumschlagsmaterialien in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen liegen.The electrical energy storage according to Claim 15 , in which the color change materials are arranged as an array (610) on a carrier, color changes of the different color change materials being in different wavelength ranges.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Sensorkomponente, deren optische Eigenschaften von dem Gas in dem Gehäuse abhängen, plasmonische Strukturen (510) aufweist.The electrical energy store according to one of the Claims 11 to 14th , in which the sensor component, the optical properties of which depend on the gas in the housing, has plasmonic structures (510).

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 10, 15, 16 oder 18, bei dem die optische Eigenschaften Reflexions-, und/oder Transmissionsspektren als spektrale Eigenschaften und/oder Polarisationseigenschaften umfassen.The electrical energy store according to one of the Claims 10 , 15th , 16 or 18th , in which the optical properties include reflection and / or transmission spectra as spectral properties and / or polarization properties.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, der mehrere gasempfindliche Sensorkomponenten aufweist, die auf mehreren unterschiedlichen Messprinzipien basieren.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 19th , which has several gas-sensitive sensor components based on several different measuring principles.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, der ferner zumindest einen Sensor zum Messen physikalischer und/oder chemischer Parameter aufweist, der von einer Gaskonzentration verschieden ist.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 20th which also has at least one sensor for measuring physical and / or chemical parameters that is different from a gas concentration.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 20, bei dem der von der Gaskonzentration verschieden physikalische Parameter der Druck in dem elektrischen Energiespeicher, die Temperatur des elektrischen Energiespeichers oder eine Feuchte in dem elektrischen Energiespeicher ist.The electrical energy storage according to Claim 20 , in which the physical parameter different from the gas concentration is the pressure in the electrical energy store, the temperature of the electrical energy store or the humidity in the electrical energy store.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, der eine RFID-Einheit (240) zur Identifikation, Spannungsversorgung und/oder Datenübertragung aufweist.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 22nd , which has an RFID unit (240) for identification, voltage supply and / or data transmission.

Der elektrische Energiespeicher gemäß Anspruch 23, bei dem die Sensorkomponente und die RFID-Einheit in einen Schaltungschip integriert sind.The electrical energy storage according to Claim 23 , in which the sensor component and the RFID unit are integrated in one circuit chip.

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem das Gehäuse das Gehäuse einer Batteriezelle (100) ist.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 24 , in which the housing is the housing of a battery cell (100).

Der elektrische Energiespeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem das Gehäuse das Gehäuse eines Batteriepacks (700) ist, in dem eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeicher angeordnet sind.The electrical energy store according to one of the Claims 1 to 24 , in which the housing is the housing of a battery pack (700) in which a plurality of electrical energy stores are arranged.

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Zustands eines elektrischen Energiespeichers nach einem der Ansprüche 1 bis 26, mit folgenden Merkmalen: Erfassen einer Gaskonzentration in dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers durch Verwendung der gasempfindlichen Sensorkomponente, die in dem Gehäuse des Energiespeichers angeordnet ist; und Bestimmen des Zustands des elektrischen Energiespeichers unter Verwendung der erfassten Gaskonzentration.A method for determining a state of an electrical energy store according to one of the Claims 1 to 26th , having the following features: detecting a gas concentration in the housing of the electrical energy store by using the gas-sensitive sensor component which is arranged in the housing of the energy store; and determining the state of the electrical energy store using the detected gas concentration.