CN103180701A - 用于检测蓄能器的温度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测尤其是用于机动车中的电化学蓄能器（1）的温度的装置，包括温度传感器单元（30）。所述蓄能器（1）包括一个或多个电池（10），所述电池分别具有两个用于其电接触导通的连接端子（11、12），通过连接元件（20）电接触导通电池。为了检测相应于电池（10）内部温度的温度，温度传感器单元（30）的相应的温度传感器（31、32）设置在蓄能器（1）的至少一个电池（10）的连接端子（11、12）上。

Description

用于检测蓄能器的温度的装置

技术领域

本发明涉及一种用于检测电化学蓄能器的温度的包括温度传感器单元的装置。

背景技术

电化学蓄能器的功率与其运行温度有关。这尤其、但不仅适用于使用锂离子电池的蓄能器。在机动车环境中使用的蓄能器通常包括许多电池，其彼此串联和/或并联地电连接，以便能够提供规定的输出电压和规定的输出电流。在目前开发的储存模块中电池基于开头所提的锂离子技术。理想的是使这种电池在＋5°和40°C之间的温度范围内运行。当电池的运行温度超过温度上限，则老化加速，以致往往不能维持所要求的寿命。相反，当电池的运行温度低于温度下限，则电池的功率显著降低。另外，在此温度范围中电池只能低效率地运行。因此当蓄能器用于机动车环境中时蓄能器将被调温。

为了尽可能精确和有效地对电池调温，需要尽可能精确地检测电池的实际温度。基于检测到的电池的实际温度来调温，以便冷却或加热电池。调节借助两点调节器来进行。在冷却电池时，通过两点调节器在所测得的温度超过规定的上限时接入冷却装置并在低于下限重又关闭。在加热时，即在低于另一规定的下限时接入加热装置并在超过该极限值时关断加热装置。

所测得的电池的实际温度越精确地相应于电池内部的实际温度，就可更精确地确定调节的极限值。因此调节也可优化地进行。相反，电池内部的实际温度与所测得的实际温度偏差越大，则必须考虑更大的用于调节的故障时间。由此调节精度降低并且还可导致冷却装置或加热装置经常的接入和关断。因此，一方面使电池内部温度剧烈波动，这可对其寿命起限制作用。另一方面，为冷却和加热需要附加能量，调节越不精确，附加能量就越多。

US4,572,878提出将温度传感器设置在用于接触蓄能器的电线的连接元件的下侧上。当电线电气和机械地固定到蓄能器的相配的连接端子上时，该温度传感器检测蓄能器壳体外侧上的温度。该措施的缺点在于不能精确检测蓄能器内部的温度。

另外，US2010/0073005A1提出将温度传感器设置在印刷电路板上。该印刷电路板在此与蓄能器的电池的连接端子相邻设置。印刷电路板除了包括温度传感器之外还包括其它用于监测和控制蓄能器的电子元件。虽然温度传感器通过导热材料与电池之一的壳体热耦合，但由于热阻无法真正通过连接装置的小的横截面检测到电池的内部温度。

发明内容

因此，本发明的任务在于提出一种装置，借助该装置可精确检测尤其是用于机动车中的电化学蓄能器的温度。

该任务通过根据权利要求1的特征的装置得以解决。有利的方案由从属权利要求给出。

本发明提供一种用于检测尤其是用在机动车中的电化学的蓄能器的温度的装置，包括温度传感器单元。所述蓄能器包括一个或多个电池，所述电池分别具有两个用于其电接触导通的连接端子，所述连接端子通过连接元件被电接触导通。为了检测相应于电池内部温度的温度，温度传感器单元设置在蓄能器的至少一个电池的连接端子上。

本发明从下述认识出发：连接端子构成电池的这样的区域，该区域基于其与设置在电池内部的电极和电解质的电连接也与这些温度敏感的元件在热技术上最佳地连接。由此可确保通过温度传感器单元可以检测到相应于电池内部温度的温度。因此与现有技术相比，分析温度传感器单元的温度信号的调节电路可以以更高精度工作，其原因在于，由温度传感器单元检测到的温度信号更好地再现电池内部的温度曲线的动态。

优选温度传感器单元的温度传感器设置在电池的、与相关电池的壳体具有电连接的连接端子上。连接端子与相关电池的壳体的电的及因此的热连接削弱了端子温度，该端子温度在不连接到壳体（相对置的端子）上时因高的电流脉冲与电池内部温度相比显示出增大的温度跳跃。根据测试结果正是这种削弱特性确保为调节提供这样的温度值，其呈现模拟电池内部的温度曲线动态。

应指出，也可在不与壳体电连接的连接端子上测得代表电池内部的温度。虽然借此较差地检测系统的动态，但这可简单借助相应的分析软件来被顾及到。

在第一种方案中，温度传感器单元的温度传感器直接设置在所述至少一个电池的其中一个连接端子上。由此可通过温度传感器以尽可能小的误差检测存在于电池内部的温度。在该方案的一种构型中，温度传感器在连接元件的盲孔中直接设置在该连接端子上。

在第二种方案中，温度传感器单元的温度传感器设置在与连接端子其中之一导电且导热连接的连接元件上。该方案允许简化地制造蓄能器，因为连接端子和连接元件之间可形成全表面的电连接。

在该方案中特别适宜的是，温度传感器在连接端子和连接元件的连接区域之外设置在连接元件上。这种在所谓“电流阴影（Stromschatten）”中的布置确保更好地模拟存在于电池内部的温度。尤其是温度信号不受暂时流经的高电流影响，这种高电流会导致不稳定的调节行为。

适宜的是，连接元件为此具有构造在连接端子和连接元件的连接区域之外的凸起部，温度传感器设置在该凸起部上。另外，将温度传感器设置在连接元件凸起部上还允许空间优化地安装温度传感器。尤其是无需将凸起部和连接元件设置在连接元件的一个共同的平面中。相反，凸起部可相对于连接元件的该平面呈角度地定向，由此侧面上电接触导通连接端子和连接元件需要较少的空间。

在另一种有利的构型中，连接元件是电池连接器或者是模块连接器，其中所述电池连接器将两个电池的连接端子彼此电连接，通过所述模块连接器，蓄能器尤其是通过插拔连接装置能够被电接触导通。因此，通过电池连接器，电池在蓄能器内彼此电气地或并联地连接。模块连接器用于从外部接触蓄能器。

另外适宜的是，温度传感器单元包括至少两个温度传感器，其在不同的电池上检测温度，所述至少两个温度传感器的温度信号可被传输给用于分析的逻辑电路。在温度传感器单元中设置多个温度传感器例如能够发现蓄能器的电气连接中的可能的故障。尤其能够通过比较相应的温度信号发现故障。在蓄能器内的多个位置上检测多个温度信号还允许更精确地调节加热装置或冷却装置。

在另一种适宜的构型中，第一温度传感器与一个电池的一个连接端子热耦合，该连接端子与构造为模块连接器的连接元件电连接，并且第二温度传感器与一个电池的一个连接端子热耦合，该电池的两个连接端子分别与构造为电池连接器的连接元件电连接。由此可在电接触导通蓄能器时确定电气连接中的故障。这是尤为重要的，因为蓄能器的模块连接器往往与可拆卸或插拔的连接装置连接。不良的电连接导致接触电阻增大，这能反映于升高的温度中。由第二温度传感器检测到该升高的温度。当第一和第二传感器的温度信号存在差异时，就已经可通过逻辑电路将其分析为存在故障的指示。

附图说明

下面借助附图中的实施例详细说明本发明。附图如下：

图1为蓄能器的示意性侧视图；

图2为图1的蓄能器的电池的局部示意和透视剖面图；

图3为根据图2的根据本发明设有温度传感器的电池的剖面侧视图；

图4为根据本发明装置的第一种实施方案的局部俯视图；

图5a、5b为根据本发明装置的第二种实施方案的局部俯视图和侧视图；

图6a、6b为根据本发明装置的第三种实施方案的局部俯视图和侧视图；

图7a、7b为根据本发明装置的第四种实施方案的局部俯视图和侧视图；

图8为根据本发明装置的第五种实施方案的俯视图。

具体实施方式

图1以侧视图示出电化学蓄能器1的示意图，其例如用于电池运行的机动车中。在该实施例中，蓄能器1包括六个相继设置的、棱柱形的电池10。原则上电化学蓄能器也可包括多个圆柱形的电池。

每个电池10具有两个连接端子11和12。第一连接端子11例如是电池的正极，第二连接端子12是电池的负极。通常，正极与电池的壳体电连接。在图1的侧视图中只能看到两个连接端子11、12中的各一个。在图1所示的实施例中，电池10这样相继设置，使得一个电池10的第一连接端子11相邻于相邻电池10的第二连接端子12。通过将两个彼此相邻设置的连接端子11、12并排设置，可利用连接元件20串联连接电池。也可能的是，将两个彼此相邻设置的相同的连接端子11、11或12、12并排设置，以便并联连接相邻的电池。因而电蓄能器可提供更大的电流。

设有附图标记21的连接元件20是电池连接器并且分别连接相邻电池的两个并排的连接端子11、12。设有附图标记22的连接元件是模块连接器，通过其可从外部接触电池10的总电路。该外部接触通过插拔连接装置或其它可拆卸的连接装置来实现。

通常，电池10总体设置在一个壳体中，为简单起见未在图1中示出该壳体。也未示出冷却装置和加热装置，其集成于壳体中，以便在蓄能器1运行时将电池保持在规定的温度范围内。

目前，用于机动车中的蓄能器1的电池10通常基于锂离子技术。这种电池在＋5°C至＋40°C的温度范围中运行。高于＋40°C的温度可导致电池寿命的减少。低于＋5°C的温度导致相应电池在运行中功率的减少和效率的降低。该问题也同样适用于（可能具有其它温度极限的）其它类型的电池。

本说明书中所提到的电池10的规定温度范围可理解为内部温度、即电池内部进行电化学过程之处的温度。越精确地测量相应电池10内部的实际温度，就可越精确地冷却或加热蓄能器1的电池10。

在了解常见电池的结构的情况下更易于理解根据本发明设置的温度传感器单元30的至少一个温度传感器31、32和由此产生的优点。下文尤其是针对具有棱柱形壳体的锂离子电池，在此所说明的原理也可转移到其它类型的电池上。

图2以示意图示出一个单个电池10的透视图。图3同样以示意图示出图2的电池的侧向剖面图。在电池10的壳体17内部设置所谓的电池绕组15。该电池绕组包括阴极层和阳极层堆叠，所述阴极层和阳极层分别通过分隔层彼此分开。通过卷曲电极堆叠和随后的变形（向相对置的两侧施加压力）形成电池绕组，使得电池绕组大致具有电池10壳体17的造型。在将电池绕组15放入壳体17中后，向壳体17中充入电解质。为了防止各个绕组层之间短路，通过相应的绝缘层（所谓的分隔）使绕组层彼此间电绝缘。该电绝缘也往往导致垂直通过电极堆叠层的导热率较低。由此形成较高的热阻和因此电池绕组15内部和壳体侧壁18之间的温差，以致无法在侧壁18上测得电池10内部的实际温度。与此相对，由于没有绝缘层在电池10的端面19上不产生这种热绝缘。

在电池绕组15的端面上焊有一个所谓的集流管13，该集流管13具有L形形状。借助其垂直的支臂13a集流管通过焊接/钎焊与电池绕组15的电极层叠（Elektrodenlaminat）电连接。集流管的水平延伸的支臂13b通过焊接和/或铆接连接装置14与位于其上的连接端子电连接。在该实施例中，第一连接端子11与电池绕组15电连接。在第一连接端子11的背离电池10的一侧上导电地安装连接元件12（例如通过焊接或钎焊）。该连接元件20在此是电池连接器21，其建立与相邻的、在图2和3中未示出的电池10的第二连接端子12的电连接。另外，根据本发明，温度传感器单元30的温度传感器31直接安装在第一连接端子11上。

通过将第一连接端子11经由连接装置14和集流管13直接热连接到电池绕组15上，温度传感器31发出相应于电池内部温度的温度信号。该电池的内部温度在此可理解为电池10进行电化学过程之处的温度。

图4至7在不同的实施例中示出温度传感器单元30的温度传感器31可设置在蓄能器1的电池10的连接端子11、12的哪些位置上。

在根据图4和5a、5b的实施例中，温度传感器单元的温度传感器31直接设置在蓄能器1的电池10的第一连接端子11上。在根据图4的第一种实施例中，这样构造电池连接器21，使得其并非全表面地、而是仅示例性地只接触连接端子11、12的一半。温度传感器单元30的温度传感器31设置在第一连接端子11剩余的一半中。

与此相对，在根据图5a、5b的第二种实施例中，温度传感器31设置在电池连接器21的一个盲孔23中，该电池连接器21全表面地与连接端子11、12连接。在此从图5b的横截面图可看出，温度传感器31如何在盲孔23内部设置在连接端子11上。由于设置在盲孔23内部，温度传感器31被保护以防受到机械损坏。

这种将温度传感器直接设置在电池的一个连接端子上的实施方式的优点在于，从相关电池10的内部直至连接端子11上的温度传感器31的热传导路径只须克服最小热阻。因此可检测到最佳地相应于电池内部温度的温度值。

在根据图6和7的实施例中示出温度传感器31的一种替换布置。温度传感器31分别设置在电池端子21上，该电池端子与两个相邻电池10的连接端子11、12导电和导热连接。

在根据图6a和6b的第三种实施例中，温度传感器31设置在紧邻连接端子11上方的电池连接器21上。与此相反，在图7a和7b的第四种实施例中，温度传感器31这样设置在电池连接器21的一个凸起部24上，使得温度传感器31位于电池连接器21和第一连接端子11之间的连接表面之外。例如由图7b的侧视图可见，凸起部24和电池连接器21位于一个共同的平面中。凸起部24也可相对于电池连接器21呈角度设置并且例如相对于电池10的上侧向上竖起，只要这出于空间原因是适宜的。图6和7所示布置的优点在于，电池连接器21和连接端子11、12可全表面地彼此连接，使得与根据图4和5的第一种方案相比在连接区域中形成较小的电流密度。通过将温度传感器31设置在电池连接器21的凸起部24上使该温度传感器31位于“电流阴影”中，因此由温度传感器31检测到的温度值不受或仅略微受到流经电池连接器21的电流和由此产生的欧姆损耗功率的影响。

在图4至7所示的实施例中示出与电池连接器21相互作用的温度传感器31。但原则上温度传感器31也可直接或间接通过连接元件20设置在与模块连接器22连接的连接端子上。

图8示出根据本发明装置的另一种实施例的俯视图。在此示出图1中示例性的六个相继设置的电池10的俯视图。电池10经由其相应的连接元件11、12上通过电池连接器21和模块连接器22以已知方式彼此串联连接。在该实施例中，温度传感器单元30包括两个温度传感器31、32。温度传感器31设置在与电池连接器21电耦合的连接端子11上。与此相对，温度传感器32与电池10的一个连接端子11连接，该连接端子与模块连接器22电连接用于在外部接触蓄能器1。通过温度传感器32检测温度，该温度不仅与相关电池的内部温度有关，而且也与插拔连接装置的温度有关。因此，在模块连接器22的插拔连接装置出故障时，温度传感器32与温度传感器31相比检测到更高的温度，温度传感器31仅检测相关电池10的内部温度。如将温度传感器31、32的其他温度信号传输给用于进一步分析的逻辑电路，则可在强烈的温度差异下推导出蓄能器经由模块连接器22的接触故障。相反，如与模块连接器22的电连接无故障，则温度传感器31、32应发出近似相等的温度信号。

将温度传感器31、32的温度信号输送到的逻辑电路例如可设置在印刷电路板上，该印刷电路板设置在蓄能器1电池10的上方或侧面。

在另一种未示出的实施方案中，通过不仅仅为单个或一些电池10设置温度传感器，而是在所有电池10上以所述方式设置温度传感器可在监测和调节蓄能器的电池时达到进一步改善的精度。

原则上也可在一个蓄能器1中实现图4至7中所说明的各种方案。

根据本发明的措施允许更精确地调节电池的温度以便优化其寿命。也可检测电池、电气的电池连接器和电模块连接器的安全关键温度。基于更精确的温度检测可进行更有效的温度调节。

附图标记列表

1     蓄能器

10    电池

11    第一连接端子

12    第二连接端子

13    接触弓形件

14    接触弓形件和连接端子之间的连接装置（焊接和/或铆接连接装置）

15    电池绕组

16    接触弓形件和电池绕组之间的连接装置（集流管）

17    壳体

18    侧壁

19    端面

20    连接元件

21    电池连接器

22    模块连接器

23    盲孔

24    连接元件的凸起部

30    温度传感器单元

31    温度传感器

32    温度传感器

Claims (10)

1.用于检测尤其是用在机动车中的电化学的蓄能器（1）的温度的装置，包括温度传感器单元（30），其特征在于，所述蓄能器（1）包括一个或多个电池（10），所述电池分别具有两个用于其电接触导通的连接端子（11、12），所述连接端子通过连接元件（20）被电接触导通，为了检测相应于电池（10）内部温度的温度，在蓄能器（1）的至少一个电池（10）的连接端子（11、12）上设置温度传感器单元（30）的相应的温度传感器（31、32）。

2.根据权利要求1的装置，其特征在于，温度传感器单元（30）的温度传感器（31）设置在电池（10）的、与相关电池（10）的壳体（17）具有电连接的连接端子（11）上。

3.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，温度传感器单元（30）的温度传感器（31）直接设置在所述至少一个电池（10）的其中一个连接端子（11、12）上。

4.根据权利要求3的装置，其特征在于，温度传感器（31）在连接元件（20）的盲孔（23）中直接设置在该连接端子（11、12）上。

5.根据权利要求1或2的装置，其特征在于，温度传感器单元（30）的温度传感器（31）设置在与连接端子（11、12）其中之一导电且导热连接的连接元件（20）上。

6.根据权利要求5的装置，其特征在于，温度传感器（31）在连接端子（11、12）和连接元件（20）的连接区域之外设置在连接元件（20）上。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于，连接元件（20）具有构造在连接端子（11、12）和连接元件（20）的连接区域之外的凸起部（24），温度传感器（31）设置在该凸起部上。

8.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，连接元件（20）是电池连接器（21）或者是模块连接器（22），其中所述电池连接器将两个电池（10）的连接端子（11、12）彼此电连接，通过所述模块连接器蓄能器（1）尤其是通过插拔连接装置能够被电接触导通。

9.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，温度传感器单元（30）包括至少两个温度传感器（31、32），所述至少两个温度传感器在不同的电池（10）上检测温度，所述至少两个温度传感器（31、32）的温度信号能被传输给用于分析的逻辑电路。

10.根据权利要求8和9的装置，其特征在于，第一温度传感器（31）与一个电池（10）的一个连接端子（11）热耦合，该连接端子（11）与构造为模块连接器（22）的连接元件（20）电连接，并且第二温度传感器（32）与一个电池（10）的一个连接端子（11）热耦合，该电池的两个连接端子（11、12）分别与构造为电池连接器（21）的连接元件（20）电连接。

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