用于電流元件的裹膜,電化學蓄能器,電化學蓄能系統(tǒng),用于包裹電流元件的柔性膜和用 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于電流元件（410）的裹膜（400）。所述裹膜（400）具有至少一用于檢測裹膜（400）的膨脹狀態(tài)的力傳感器（420,430）。
【專利說明】用于電流元件的裹膜，電化學蓄能器，電化學蓄能系統(tǒng)，用于包裹電流元件的柔性膜和用于確定電化學蓄能器的狀態(tài)參數(shù)的方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電流元件的裹膜，電化學蓄能器，電化學蓄能系統(tǒng)，用于包裹電流元件的柔性膜和用于確定電化學蓄能器狀態(tài)參數(shù)的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著總是更多地咨詢可選擇的驅(qū)動方案，電驅(qū)動越來越成為關(guān)注的焦點。在這方面研制鋰離子電池成為現(xiàn)代汽車驅(qū)動的關(guān)鍵技術(shù)。鋰離子電池以不同的結(jié)構(gòu)形式或電池類型存在。在這里一個特殊的實施例是所謂的囊電池(袋式電池)(Pouch — Zelle) (Pouch=囊或袋)或者咖啡囊電池。如同名稱已經(jīng)解釋的那樣，囊電池是非形狀穩(wěn)定的，其電池繞組焊入到柔性的“膜囊”里面。
[0003]但是使用柔性外殼由于系統(tǒng)帶來一些挑戰(zhàn)。因此電池的封縫必需在電池的整個使用壽命上是密封的。這是困難的，因為電池在循環(huán)時“呼吸”，即其厚度根據(jù)充電狀態(tài)是不同的。此外在電池內(nèi)部與環(huán)境之間由于空氣壓力變化和電池呼吸存在交變的壓力差。此外例如在脫氣中表現(xiàn)出來的老化過程也可能導致囊電池膨脹。明顯的重量優(yōu)勢、空間上可非常有效地實現(xiàn)的疊摞和大的縱橫尺寸比，由此可以使熱量非常好地向外排出，由此由于在產(chǎn)氣時電池可能膨脹被視為威脅安全性。因此電池封縫可能在故障情況和由此引起的電池內(nèi)部過壓時非有意識地打開。同時在最差情況下可燃氣體如電解液或者破碎物可能向外排出，這可能導致火災或者爆炸。為了監(jiān)控這種威脅安全的狀態(tài)，用于囊電池的傳感器具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在這個背景下，通過本發(fā)明設想一種如主權(quán)利要求所述的用于電流元件的裹膜、一種電化學蓄能器，一種電化學蓄能系統(tǒng)，一種用于包裹電流元件的柔性膜和一種用于確定電化學蓄能器狀態(tài)參數(shù)的方法。由各從屬權(quán)利要求和下面的描述給出有利的擴展結(jié)構(gòu)。
[0005]建議一種膜，它對于測量技術(shù)地檢測囊電池的物理參數(shù)、例如機械應力、氣體壓力、電池溫度等等發(fā)揮功能。為此所述膜可以設計成傳感器、尤其力傳感器，或具有一傳感器并且形成囊電池的包裹殼的一部分或者可以安置在囊電池包裹殼的外側(cè)面或內(nèi)側(cè)面上。在相應的按照本發(fā)明的方法中，一個或多個測得的測量參數(shù)例如可以用于確定電池的充電狀態(tài)或者說SOC (State of Charge)和/或健康狀態(tài)或者說SOH (State of Health),以及可選擇附加地用于安全性重要的檢驗電池的氣密性(密封性)。
[0006]通過檢測相對敏感的囊電池的壓力比或機械變形，能夠直接預測電池的充電狀態(tài)、其健康狀態(tài)以及缺陷的存在、例如外部壓力升高或變形、非密封性等。例如，能夠在乘客保護方面隨時更換囊電池，例如當在電池中超過確定的氣體壓力的時候。通過在這里建議的方法也可以在電池的拆出狀態(tài)讀出囊電池的內(nèi)部應力測量或氣體壓力測量，由此可以實現(xiàn)更安全的電池回收。按照在這里所建議方案實現(xiàn)的電池外側(cè)面上的機械變形檢測帶來附加的優(yōu)點，使所述傳感器不處于電解液下并因此無需單獨保護。由此可以明顯簡化這個傳感器的包裝。此外，所述傳感器和其導線可以直接組合到囊電池的加工過程里面。按照本發(fā)明的傳感器或力傳感器的特征在于非常小的結(jié)構(gòu)高度，并因此不妨礙在囊電池里面的電池化學變化過程或外部包裹殼的變形。因為引線可以一起印刷，使傳感器在這個特殊的實施例中無需附加的結(jié)合(聯(lián)接)過程，這在常見的傳感器中是必需的。由于檢測壓力比，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)電池單元受控地更快速地充電和放電。如果對于在這里所建議的裹膜使用力傳感器作為氣體壓力傳感器，也可以檢測例如由于分層可能引起的囊電池的打開，即伴有氣體壓力損失的損壞。
[0007]有利地，通過功能化已經(jīng)存在的層、加入附加的功能化的膜或者印刷囊電池的內(nèi)部或外部包裹殼，能夠有效且盡可能成本有利地測量在囊電池里面或上面的機械應力、壓力或力、PH值、電池半壓(半電壓)(Halbzellenspannung)和/或溫度影響。在此可以通過力傳感器實現(xiàn)測量，它例如可以具有膨脹測量帶(電阻應變片)(DMS)。在測量囊電池里面的溫度時為了更準確的測量結(jié)果可以在使用在電池里面分成的膜陣列的條件下進行局部測量或多次測量。用于電流元件的裹膜的特征在于，所述裹膜具有至少一用于檢測裹膜的膨脹狀態(tài)(伸展狀態(tài))的力傳感器。
[0008]所述裹膜可以由彈性的和電絕緣的材料、例如由適合的塑料制成。所述裹膜例如可以由矩形袋構(gòu)成，它在一側(cè)為了插入電流元件到裹膜里面可以敞開。在插入電流元件以后可以這樣封閉袋的敞開側(cè)，使電流元件流體密封、尤其氣密地被裹膜包圍。關(guān)于力傳感器可以理解為用于檢測膨脹變形的力接收器或者測量裝置。所述力傳感器可以與裹膜一樣彈性變形并且例如彈性變形地構(gòu)成，用于檢測施加在力傳感器測量部位上的拉力。所述力傳感器可以與裹膜的至少一局部部位固定連接。由于固定的連接所述力傳感器可以隨著裹膜的膨脹同樣膨脹，由此基于與膨脹相關(guān)檢測的在力傳感器上的拉力可以推斷裹膜的膨脹度和相關(guān)的膨脹狀態(tài)。所述裹膜的膨脹可以歸因于在被裹膜包圍的電流元件的電解液中的化學和/或物理過程。例如鋰在電極中的填充可能導致膨脹并且相應地利用S0C檢測確定電流元件的充電狀態(tài)，或者由于老化過程可能導致在電解液中產(chǎn)氣，由此使裹膜膨脹和伸展，因為由于裹膜的流體密封性使氣體不能向外逸出。
[0009]按照一實施例，所述力傳感器可以具有膨脹測量帶。該膨脹測量帶的特征是，在微小變形時其電阻已經(jīng)變化。因此可以通過很少的成本費用且特別快速且可靠地檢測裹膜的膨脹(伸展)。
[0010]所述力傳感器尤其可以設置在裹膜的表面上。在此所述力傳感器可以位于通過裹膜形成的用于電流元件的袋的外側(cè)面上或內(nèi)側(cè)面上。由此以簡單的方式使力傳感器的位置適配于特殊要求。由此使力傳感器例如通過布置在裹膜內(nèi)側(cè)面上可以免受損傷。而通過布置在外側(cè)面上可以避免傳感器與電解液接觸并由此防止電解液可能著火。因為在這里無需注意這個事實，只能將不影響電池化學的材料加入到電池里面，存在自由選擇材料的優(yōu)點。
[0011]按照一實施例，所述力傳感器設置在裹膜的中心部位，在此定義“中心部位”指的是俯視面、即最大膨脹表面的中心部位，其中所述力傳感器不必一定設置在裹膜上，而是也可以在這個裹膜的法向上設置在內(nèi)部部位。備選或附加地可以使另一力傳感器設置在裹膜的邊緣部位。在此邊緣部位指的是在裹膜的俯視面中包圍中心部位的部位。在此所述邊緣部位可以由用于電流元件的至少一電觸點的過孔部位構(gòu)成。由此以簡單的方式、即通過適合的定位力傳感器或者另一力傳感器，可以獲得關(guān)于電流元件的不同狀態(tài)的重要信息。如果電流元件例如是電池組的一部分，具有相互緊貼的電流元件，則通過布置力傳感器在裹膜主側(cè)面的中心部位能夠檢測所謂的電池呼吸和相關(guān)的交替產(chǎn)生的裹膜膨脹與松弛，這能夠推斷電流元件的充電狀態(tài)。而布置另一力傳感器在邊緣部位、例如靠近通過裹膜形成的袋的插入孔，則能夠測量電流元件的老化狀態(tài)或健康狀態(tài)，因為在這里，在相鄰電池的壓力不作用于裹膜上的地方，所測得的膨脹可以驗證由于老化引起的電解液脫氣過程。由此能夠通過相同的傳感器監(jiān)控電流元件的不同狀態(tài)，這些傳感器僅僅設置在包圍電流元件的裹膜的不同位置上。
[0012]此外，所述裹膜可以具有理論破壞位置，其中用于力傳感器電連接的電觸點設置在理論破壞位置部位。根據(jù)力傳感器在裹膜內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面上的布置可以形成用于傳感器電觸點的從內(nèi)向外的過孔部位，或者可以使電觸點在外面越過理論破壞位置導引。在兩種情況下通過裹膜膨脹引起的理論破壞位置損壞引起觸點斷裂。例如理論破壞位置可以設置在形成袋的裹膜的用于電流元件插入孔部位，穿過裹膜例如也可以導引用于電流元件本身電連接的其它觸點。通過這個實施例得到用于電流元件狀態(tài)檢測的附加可能性，通過例如由于在理論破壞位置上的傳感器觸點斷裂可以發(fā)送關(guān)于電流元件危險狀態(tài)的警示信號給所連接的安全系統(tǒng)。
[0013]一種用于將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能器具有下列特征:
電流元件；
如上所述實施例的裹膜，其中所述裹膜包圍電流元件，其中，所述裹膜的膨脹狀態(tài)代表電流元件的狀態(tài)參數(shù)。
[0014]為了電流元件的電連接，所述電化學蓄能器還可以具有兩個觸點，其中一個觸點可以構(gòu)成陽極，另一個構(gòu)成陰極。所述電流元件例如可以是鋰離子電池。所述電流元件可以是所謂的咖啡囊電池或囊電池(pouch=囊或袋)的一部分，其特征在于，它不是形狀穩(wěn)定的，即通過裹膜具有柔性的外層(外殼)。在這個實施例中所述電池具有更輕的重量并且可以節(jié)省空間地安裝，但是由于裹膜的高要求需要特別可靠的缺陷監(jiān)控，它能夠通過在這里建議的方案保證。所述裹膜如上所述可以由袋構(gòu)成，在其中在電化學蓄能器加工過程中可以插入具有電解液的電池繞組，并且接著焊接或者另外流體密封地封閉其開孔。陽極和陰極例如可以在這種封閉縫上穿過裹膜并由此保證電池繞組的電連接。通過裹膜膨脹狀態(tài)代表的狀態(tài)參數(shù)可以是用于電化學蓄能器的充電狀態(tài)的值或者用于老化或健康狀態(tài)的值。
[0015]在所述電化學蓄能器中所述電流元件的電觸點可以與力傳感器的電接頭導電連接。此外，電流元件的另一個電觸點可以與力傳感器的另一個電接頭導電連接。所述力傳感器可以有利地通過電流元件的觸點以運行電壓或者一般以電能被供電。附加或備選地可以傳遞關(guān)于電流元件觸點的信息或數(shù)據(jù)給力傳感器，或者由力傳感器發(fā)送。
[0016]此外，所述電化學蓄能器也可以具有至少另一傳感器、尤其溫度傳感器、PH值傳感器和/或電池半壓-測量傳感器或者另一力傳感器。在此所述電流元件的電觸點與至少另一傳感器的電接頭導電連接。因此其它傳感器能夠集成在電化學蓄能器、例如囊電池里面。所述至少一傳感器可以通過電池電壓供電。至少一傳感器的信號通訊可以通過電源線實現(xiàn)。按照這個實施例可以檢測許多測量值，由此例如利用冗余值可以以簡單的方式驗證測量結(jié)果。
[0017]一種用于將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能系統(tǒng)具有下列特征:
許多如上所述的電化學蓄能器，它們以疊摞的形式設置；和
用于使許多電化學蓄能器的每個蓄能器在疊摞中固定位置的框架裝置。
[0018]所述電化學蓄能系統(tǒng)例如可以作為蓄電池使用，用于驅(qū)動電動車或者混合動力車。為此，利用框架裝置疊摞式地設置許多電化學蓄能器組成電池組。所述電池組可以這樣構(gòu)成，使各個電化學蓄能器通過各自裹膜的主側(cè)面相互緊密包裝，并且電化學蓄能器的所有觸點指向同一方向地從框架裝置伸出來，由此在那里可以容易地截取在電化學蓄能器系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓。
[0019]本發(fā)明還實現(xiàn)一種用于包裹電流元件的柔性膜，其中，所述柔性膜具有力傳感器。所述柔性膜可以在表面上具有力傳感器。備選地也可以使力傳感器焊接到柔性膜里面。所述柔性膜與力傳感器例如可以在單獨的加工方法中制成并且為了完成上述的裹膜在適合的位置上固定、例如粘接在裹膜上。這種柔性膜可以提供用于力傳感器的附加保護，并且改善力傳感器與裹膜表面的固定連接。
[0020]一種用于確定將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能器的狀態(tài)參數(shù)的方法，其中，所述電化學蓄能器具有被裹膜包圍的電流元件，并且包括下列步驟:
檢測裹膜的膨脹狀態(tài)；和基于膨脹狀態(tài)確定狀態(tài)參數(shù)。
[0021]本方法的各個或所有步驟例如可以由控制器執(zhí)行，它可以通過機動車的CAN總線與電化學蓄能器連接。為了確定狀態(tài)參數(shù)例如可以使用適合的算法。所述控制器可以設計成，在相應的裝置中執(zhí)行或轉(zhuǎn)換按照本發(fā)明方法的步驟。通過本發(fā)明的控制器形式的這個實施例也可以快速且有效地解決基于發(fā)明提出的任務。
[0022]在此控制器可以理解為電設備，它處理傳感器信號并且據(jù)此給出控制器信號和/或數(shù)據(jù)信號。所述控制器可以具有接口，它們可以符合硬件和/或符合軟件地構(gòu)成。對于符合硬件的結(jié)構(gòu)所述接口例如可以是所謂的系統(tǒng)ASIC的一部分，它含有控制器的不同功能。但是也能夠使接口是自身的、集成的開關(guān)電路，或者至少部分地由分立元件組成。在符合軟件的結(jié)構(gòu)中所述接口可以是軟件模塊，它們例如除了其它軟件模塊之外在微處理器上存在。
[0023]按照本方法的實施例在檢測步驟中檢測在裹膜主側(cè)面的中心部位中的第一膨脹狀態(tài)和/或檢測在裹膜主側(cè)面的邊緣部位中的第二膨脹狀態(tài)。相應地可以在確定步驟中確定基于第一膨脹狀態(tài)的第一狀態(tài)參數(shù)和/或確定基于第二膨脹狀態(tài)的第二狀態(tài)參數(shù)，其中，第一狀態(tài)參數(shù)可以代表電化學蓄能器的充電狀態(tài)，第二狀態(tài)參數(shù)可以代表電化學蓄能器的老化狀態(tài)。通過在電化學蓄能器的不同重要位置上同時檢測狀態(tài)可以避免關(guān)于裹膜膨脹原因的誤解釋。此外可以在有效地配置測得的測量值以后找到適用于各自狀態(tài)的措施。由此對于例如描述電化學蓄能器的充電狀態(tài)的測量值可以推斷實際存在的壓力比，并且例如導入電化學蓄能器的更快速充電或放電。用于檢測充電狀態(tài)的力傳感器例如可以中心地設置在裹膜的主側(cè)面上，在那里力傳感器可以與電池組中的所有電池的“呼吸”共同作用地檢測富有意義的(有說服力的)膨脹測量值。另一方面，因為從屬的力傳感器設置在不受電池呼吸影響的邊緣部位，通過描述電化學蓄能器老化狀態(tài)或健康狀態(tài)的測量值可以確定，電化學蓄能器由于脫氣過程在下一次維修時要更換。
[0024]具有程序編碼的計算機程序產(chǎn)品也是有利的，程序編碼可以存儲在可機器讀出的載體上、例如半導體存儲器、硬盤存儲器或者光學存儲器上，并且用于按照上述實施例執(zhí)行本方法，如果在計算機或者裝置上執(zhí)行程序產(chǎn)品的時候。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]下面借助于附圖示例地詳細解釋本發(fā)明。附圖示出:
圖1A-1C囊電池的不同實施例圖；
圖2電化學蓄能系統(tǒng)的立體圖；
圖3圖2的電化學蓄能系統(tǒng)的框架部件立體圖；
圖4A電化學蓄能器的原理圖，具有按照本發(fā)明實施例的裹膜；
圖4B圖4A的電化學蓄能器的局部原理圖；
圖5電化學蓄能器的局部原理圖，具有按照本發(fā)明另一實施例的裹膜；
圖6電化學蓄能器的局部原理圖，具有按照本發(fā)明另一實施例的裹膜；
圖7電化學蓄能器的局部原理圖，具有按照本發(fā)明另一實施例的裹膜；
圖8A-8C 電化學蓄能器的不同接通可能性的原理圖，具有按照本發(fā)明實施例的裹膜；
圖9按照本發(fā)明實施例的用于確定電化學蓄能器的狀態(tài)參數(shù)的方法的流程圖。
[0026]在下面的本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述中對于在不同附圖中示出的且功能類似的部件使用相同或近似的附圖標記，其中省去這些部件的重復描述。

【具體實施方式】
[0027]圖1A至圖1C示出商業(yè)上通用的囊電池100的不同實施例的草圖。由附圖中可以看出，電池100實施成所謂的軟包裝，即沒有剛性外殼，而是具有柔性的外層或裹膜。圖1C示出在產(chǎn)氣下膨脹的軟包裝100。當電池100老化達到臨界點并且電池要無效的時候，在氣體內(nèi)部壓力可能引起軟包裝破裂和有害的電池組成部分排出之前，一般出現(xiàn)這種產(chǎn)氣。
[0028]圖2以立體圖示出電化學蓄能系統(tǒng)200。電化學蓄能系統(tǒng)200包括許多囊電池100形式的電化學蓄能器，如同在圖1A至1C中示例示出的那樣。電化學蓄能器100以平放疊摞的形式設置并且通過框架裝置210固定在其各自的位置上。囊電池100被框架裝置210這樣地框住，僅僅用于電連接電化學蓄能系統(tǒng)200的觸點220突出于框架裝置210的上棱邊。在底部部位里面框架裝置210具有排氣通道230，用于從電化學蓄能系統(tǒng)200里面排出熱量。
[0029]圖3利用另一立體圖示出在圖2中所示的電化學蓄能系統(tǒng)框架裝置的框架部件300?？蚣懿考?00設計成，與另一這種框架部件一起夾層(疊層)式地框住囊電池,其中框架部件300的凈尺寸要足夠大，由此不妨礙由于囊電池的充電和放電引起的所謂的電池呼吸。在這里所示的框架部件300實施例設計成在圖2中所示的框架裝置的中間部件，并且除了用于上述的排氣通道230以外還包括用于連接框架部件300與另一框架部件或者用于框架裝置的封閉板連接的螺栓過孔310、用于導引通過電化學蓄能系統(tǒng)的冷卻流體的冷卻通道320的通孔、用于適合地密封電池組的彈性體密封330和作為用于被框架部件300框住的囊電池膨脹的自由空間的缺口 340。在圖3中的框架部件300的視圖示出，在以這種方式設計的電化學蓄能系統(tǒng)中各個囊電池在其主表面上接觸并且對應于各個電池的各自充電狀態(tài)在整個電池疊摞中存在交變的壓力并且使它們穿過橫交于框架部件300取向的力路徑延伸。
[0030]圖4A以原理圖示出按照本發(fā)明實施例的電化學蓄能器100。電化學蓄能器100由囊電池構(gòu)成并且例如可以用于在圖2中所示的電化學蓄能系統(tǒng)。電化學蓄能器100包括裹膜400、電流元件410、第一膜傳感器或力傳感器420、第二膜傳感器或力傳感器430以及用于電連接電流元件410的第一電極440和第二電極445。在圖4A所示的電化學蓄能器100的實施例中，在視圖上部示出的電極440形成陰極，在附圖下部示出的電極445形成陽極。如上所述，裹膜400包圍電流元件410,但是在這里為了清晰僅僅示出包圍電流元件410的框架。在附圖中可見的裹膜400部位在這里同時表示裹膜邊緣部位的端部段。電流元件410具有電池繞組，用于由化學能產(chǎn)生電能。此外示出附加觸點450，用于第二力傳感器430的供電。為此第二力傳感器430通過第一接頭460與附加觸點450連接，并且通過第二接頭470與陽極445連接。第一力傳感器420的供電在圖4A的視圖中未示出。例如它可以設置在對于眼睛看不到的裹膜400內(nèi)側(cè)面上。
[0031]由圖4A看出，第一力傳感器420設置在裹膜400的中心部位，其中開頭所述，術(shù)語“中心部位”指的是在裹膜的俯視圖中中間的部位。在此俯視圖是具有最大伸展的裹膜表面。因此第一力傳感器420位于結(jié)合圖3解釋的許多相互疊摞的囊電池100的力路徑上。第一力傳感器420在此測量一個力，它通過在圖4A的視圖中未示出的電池層、即由許多囊電池100組成的疊摞的體積變化產(chǎn)生。該力例如可以電容地、壓阻地或電阻地檢測，對于電阻的檢測例如在使用觸摸屏的條件下，它響應使兩個導電層按地點地連接的壓力，或者利用分壓器。這樣獲得的測量值通過適合的評價能夠確定電化學蓄能器100的S0C。第二力傳感器430位于裹膜400邊緣部位中的力路徑以外，并因此位于一個位置，在該位置電池100的裹膜400可以無阻礙地通過疊摞的另外的電池100延展。在這個位置上可以檢測囊電池100的氣體內(nèi)壓的影響，并且是通過氣體內(nèi)壓在裹膜400里面引起的膨脹。因此在這里通過適合的評價測得的測量值可以確定電化學蓄能器100的健康狀態(tài)。在這里所示的實施例中第二力傳感器430印刷在裹膜400上。備選地也可以施加上用于力檢測的MEMS元件，并且是在裹膜400的內(nèi)側(cè)面或者外側(cè)面上。對于第一力傳感器420和第二力傳感器430分別以在傳感器里面使用的膨脹測量帶(應變片)(DMS)為基礎實現(xiàn)檢測。
[0032]原則上兩個膜傳感器420，430可以施加在裹膜400的內(nèi)側(cè)面或外側(cè)面上。在此溫度探測可以獨立地通過膜傳感器實現(xiàn)，例如局部地或者通過陣列。探測例如可以以電阻方式地實現(xiàn)，通過一電阻，它只通過溫度變化。按照在附圖中未示出的電化學蓄能器100的一個實施例，第一力傳感器420或第二力傳感器430或者兩個力傳感器420，430的接頭460，470在傳感器420，430內(nèi)置地布置時向外導引。備選地可以使接頭460，470僅僅定位在囊電池100的裹膜400內(nèi)部，并且在囊電池100內(nèi)部連接在電化學蓄能器100的主電流導線或者電源線上。當然，所使用的膜傳感器420，430的接頭460，470可以在囊電池100上面或者也可以在其內(nèi)部導引。
[0033]圖4B利用另一原理圖示出圖4A的電化學蓄能器100的局部。細節(jié)圖以第二力傳感器430為例示出囊電池100的前端部位或在圖4A中的視圖右側(cè)部位，用于表明在這個實施例中選擇的膜傳感器的接通變化。在圖4B中的視圖是在囊電池100外部裹膜400上的橫剖面并且如同圖4A—樣示出囊電池100的內(nèi)部狀況。如上所述，力傳感器430通過第一接頭460與附加觸點450連接并且通過第二接頭470與陽極445連接。如圖4B所示，陰極440、陽極445以及附加觸點450在裹膜400邊緣部位的一個側(cè)面上穿過。封縫或封框負責流體密封地封閉裹膜400并且將金屬觸點440，445，450和裹膜400內(nèi)側(cè)面的例如導電覆層擠壓到一起。通過這種方式可以在流體密封的封閉時實現(xiàn)電池100以及傳感器430的電接通。在膜焊連接部位中的焊縫撕裂或者其它失效時，例如由于在電元件410中強烈脫氣使一個或所有電觸點440，445，450斷開。由此釋放的信號例如可以指示電池管理系統(tǒng)，電池有缺陷。備選地也可以在電化學蓄能器100的任意其它位置設有這個功能。觸點440，445，450在這里印刷在裹膜400內(nèi)部表面上。在此觸點440，445，450超出裹膜400邊緣延伸。
[0034]圖5利用圖4B的電化學蓄能器100局部的另一原理圖示出第二傳感器430的另一接通可能性。除了附加觸點450，在這里使用另一附加觸點500。與在圖4B中所示的囊電池100的實施例不同，在這里傳感器430的第二接頭470不與陽極445連接，而是與另一附加觸點500連接。
[0035]圖6和7以力傳感器430為例示出細節(jié)圖，用于表示膜傳感器的可能的接通變型，該傳感器在這里由集成的氣體壓力傳感器構(gòu)成。視圖仍然示出在囊電池100外部裹膜400的橫剖面。在兩個附圖中在這里力傳感器或氣體壓力傳感器430通過獨立加入的載體膜600構(gòu)成。膜600是柔性的并因此不妨礙在力傳感器460中使用的膨脹測量帶膨脹。如同由圖6和7中的視圖看到的那樣，柔性載體膜600完全遮蓋或包圍傳感器430。備選地也可以在載體膜600上應用MEMS傳感器兀件(MEMS=mikroelektromechanisches System微機電系統(tǒng))，用于檢測膨脹。
[0036]圖6示出電化學蓄能器100的實施例，具有膜應用的氣體壓力傳感器430，其中第一接頭460和第二接頭470分別形成獨立的觸點，用于氣體壓力傳感器430的供電。
[0037]在圖7中示出的實施例與圖6中的實施例不同在于，在這里第一接頭460使氣體壓力傳感器430與陰極440連接。
[0038]圖8A至8C示出具有裹膜的電化學蓄能器的力傳感器的不同接通可能性的原理圖。附圖分別以橫剖面圖示出已經(jīng)在圖4B至7中所示的電化學蓄能器100的局部，以90度翻轉(zhuǎn)。在這里要示例地表明力傳感器430與陰極440的接通。力傳感器430在圖8A至8C中所示的實施例中總是設置在裹膜400的外側(cè)面上。
[0039]圖8A示出在力傳感器430接通之前的初始狀況。對此的要求是在力傳感器430電接頭與電極440之間建立可靠的電接觸。
[0040]圖8B示出通過導電膠連接800建立接觸。導電膠連接800在力傳感器430的電接頭與電極440之間建立導電連接。
[0041]圖8C示出通過沖壓接觸方式或者透穿接觸810建立接觸。在這里為了橋接使用粘接的附加膜820。如果在裹膜400的焊縫部位建立接通，也可以省去附加膜820。備選地代替附加膜820也可以使用稠膜膏、結(jié)合絲和結(jié)合帶。
[0042]圖9示出一種方法900的流程圖實施例，其用于確定電化學蓄能器的至少一狀態(tài)參數(shù)。該方法在借助于上述附圖解釋的電化學蓄能器中使用，它具有由裹膜包圍的電流元件。在第一步驟910中檢測裹膜的膨脹狀態(tài)。在此裹膜的膨脹狀態(tài)可以同時或錯時地在裹膜的不同位置上、例如在中心部位和邊緣部位中檢測，以便可以檢測電化學蓄能器的不同狀態(tài)參數(shù)。以膨脹狀態(tài)為基礎可以在下面的步驟920中確定電化學蓄能器的至少一狀態(tài)參數(shù)。相應地通過以裹膜中心部位的測量為基礎被確定的狀態(tài)參數(shù)可以推斷電化學蓄能器的充電狀態(tài)，而以裹膜邊緣部位的測量為基礎被確定的狀態(tài)參數(shù)給出電化學蓄能器老化狀態(tài)或健康狀態(tài)的指示。
[0043]這樣地設計該方法900，考慮這個事實，在囊電池組內(nèi)部，壓力和力的相互影響。如果所使用的膜傳感器通過電池電壓供電，方法900也提供有效力的測量值。方法900可以包括，最好通過電源線實現(xiàn)信號通訊，其中傳感器或集成的評價電子裝置的兩個觸點連接在電池電極上。按照另一實施例，這樣設計方法900，狀態(tài)監(jiān)控(超過臨界基準值)通過評價單元(ASIC)給出警示信號到電池管理系統(tǒng)，或者實現(xiàn)內(nèi)壓傳感器或氣體壓力傳感器與外部壓力的周期性平衡。方法900也可以包括，將檢測到的氣密性損失或者臨界的健康狀態(tài)通知中心機動車控制器和/或例如通過警示燈通知司機，或者在檢測到嚴重的氣密性損失或者臨界的健康狀態(tài)時實現(xiàn)損壞的電池的斷聯(lián)或者橋接。此外一個實施例示出通過調(diào)整功能執(zhí)行(低壓)外部壓力傳感器的測量值與囊電池傳感器或者氣體內(nèi)壓傳感器的測量值的調(diào)整(比較)。在另一實施例中，所述調(diào)整例如在跟隨電池基本狀態(tài)期間進行。在另一用于計算測量值的實施例中也使用特征曲線簇，它含有至少一例如由測量行駛中獲得的、試驗的數(shù)據(jù)值，由此可以執(zhí)行囊電池-膜傳感器系統(tǒng)的針對特定樣車的調(diào)整。備選地也可以省去氣體壓力傳感器并且通過充電或放電循環(huán)上的平均來計算健康狀態(tài)或氣體壓力。
[0044]可以與傳感器膜是否設置在囊電池里面或上面無關(guān)地使用方法900，并且能夠在由于產(chǎn)生的負荷造成外裹膜撕裂之前使用膜傳感器，以監(jiān)控機械應力。相應地可以實現(xiàn)安全性隱患的最小化?；趬毫Ρ鹊臋z測，可以實現(xiàn)電池的可監(jiān)控的快速的充電和放電。
[0045]所述的和在附圖中所示的實施例只是示例選擇的。不同的實施例可以獨立地或者以各個特征為基礎相互組合。也可以通過其它實施例的特征補充實施例。此外按照本發(fā)明的方法步驟可以重復以及以不同于所述順序地執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電流元件(410)的裹膜(400)，其特征在于，所述裹膜具有至少一用于檢測裹膜的膨脹狀態(tài)的力傳感器(420，430 )。
2.如權(quán)利要求1所述的裹膜(400)，其中，所述力傳感器(420，430)具有膨脹測量帶。
3.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裹膜(400)，其中，所述力傳感器(420，430)設置在裹膜的表面處。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裹膜(400)，其中，所述力傳感器(420，430)設置在裹膜的中心部位并且另一力傳感器(420，430)設置在裹膜的邊緣部位，其中所述邊緣部位由用于電流元件(410)的至少一電觸點(440，445)的過孔部位構(gòu)成。
5.如上述權(quán)利要求中任一項所述的裹膜(400)，其中，所述裹膜(400)具有理論破壞位置，其中用于力傳感器(420，430)的電連接的電觸點設置在所述理論破壞位置部位中。
6.一種用于將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能器(100)，其中，所述電化學蓄能器具有下列特征: 電流元件(410)； 如上述權(quán)利要求任一項所述的裹膜(400)，它包圍電流元件，其中，所述裹膜的膨脹狀態(tài)代表電流元件的狀態(tài)參數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的電化學蓄能器(100)，其中，所述電流元件的一電觸點與力傳感器的電接頭導電地連接。
8.如權(quán)利要求7所述的電化學蓄能器(100)，具有至少另一傳感器、尤其溫度傳感器、PH值傳感器和/或電池半壓測量傳感器，其中所述電流元件的電觸點與至少另一傳感器的電接頭導電地連接。
9.一種用于將化學轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能系統(tǒng)(200)，其中，所述電化學蓄能系統(tǒng)具有下列特征:許多如權(quán)利要求6所述的電化學蓄能器(100)，它們以疊摞的形式設置；和用于使許多電化學蓄能器的每個蓄能器在疊摞中固定位置的框架裝置(210)。
10.一種用于包裹電流元件(410)的柔性膜(600)，其中，所述柔性膜具有力傳感器(420，430)。
11.一種用于確定將化學能轉(zhuǎn)換成電能的電化學蓄能器(100)的狀態(tài)參數(shù)的方法(900)，其中，所述電化學蓄能器具有被裹膜(400)包圍的電流元件(410)，并且其中，所述方法包括下列步驟: 檢測(910)裹膜的膨脹狀態(tài)；和 基于膨脹狀態(tài)確定(920)狀態(tài)參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在檢測步驟(910)中檢測在裹膜(400)的主側(cè)面的中心部位中的第一膨脹狀態(tài)和/或檢測在裹膜的主側(cè)面的邊緣部位中的第二膨脹狀態(tài)，并且其中，在確定步驟(920)中基于第一膨脹狀態(tài)確定第一狀態(tài)參數(shù)和/或基于第二膨脹狀態(tài)確定第二狀態(tài)參數(shù)，其中，第一狀態(tài)參數(shù)代表電化學蓄能器(100)的充電狀態(tài)，和第二狀態(tài)參數(shù)代表電化學蓄能器的老化狀態(tài)。
【文檔編號】H01M10/42GK104272493SQ201380024991
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月14日
【發(fā)明者】J.施奈德, R.哈斯, F.亨里齊 申請人:羅伯特·博世有限公司