CN104205421B - 用于检测电池单元的温度的温度检测器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测电池单元（600）的温度的温度检测器（100）。在此该温度检测器（100）具有带有第一端部（102a）和第二端部（102b）的第一电导体（102），第一端部（102a）用于将该第一导体（102）与电池单元（600）的元件（106）连接，第二端部（102b）用于将该第一导体（102）连接到测量装置（108）的第一输入端（108a）上；以及带有第一端部（104a）和第二端部（104b）的第二电导体（104），第一端部用于将该第二导体（104）与电池单元（600）的所述元件（106）连接，第二端部用于将该第二导体（104）连接到测量装置（108）的第二输入端（108b）上。在此，该第一导体（102）通过该元件（106）与该第二导体（104）导电连接，以及当第一导体（102）的第一端部（102a）和第二导体（104）的第一端部（104a）与该元件（106）导电连接时，在第一导体（102）的第二端部（102b）和第二导体（104）的第二端部（104b）之间存在代表温度并且可通过测量装置（108）检测的电压（U）。

Description

用于检测电池单元的温度的温度检测器和方法

技术领域

本发明涉及用于检测电池单元的温度的温度检测器、涉及电池单元以及涉及用于检测电池单元的温度的方法。

背景技术

在电池模块或电池组中的电池单元的温度监控对于使用寿命和最佳运行来说以及同样对于锂离子单元的安全性监控来说是重要因素。

例如DE 20 2007 011 399 U1描述了一种带有浸入到电池单元的电池酸中的探头的电池监控系统，该探头具有温度传感器。

发明内容

在该背景下，利用本发明介绍了一种用于检测电池单元温度的温度检测器、一种电池单元以及一种用于检测电池单元的温度的方法。有利的扩展方案从后面的描述中得到。

为了对电池单元进行温度监控，可以使用在与电池单元的接触部位上的热电电压。在此，接触部位可以是温度检测器以及电池单元的整体组成部分。通过这种方式可以直接地并且无延迟地检测电池单元的温度。该温度检测器可以是热电偶的一部分或者是热电偶。在接触部位上的热电电压可以附加于或代替于温度监控地被用于电池诊断。

通过分析接触部位上的热电电压可以快速并且低成本地探测温度。电池单元的温度可以被用于单元监控和诊断。所需的测量线路可以容易地无附加组件地被安置，因为引线可以是温度检测器本身的一部分并且由此例如是测量探头本身的一部分。通过按照这里介绍的方案的温度检测器，能够实现线路的简单并且快速的应用以及能够以比粘贴上的热电偶更少时间延迟快速地检测在测量地点上的温度。因此不需要通过具有惰性的响应行为的外部温度传感器来测量直接在电池单元上的温度以及输送给分析单元，为此需要将温度传感器直接安置在电池单元上。有利地，温度检测器如下面进一步描述的一样，表现出非常快速的响应行为。

用于检测电池单元的温度的温度检测器具有下面的特征：

带有第一端部和第二端部的第一电导体，第一端部用于将该第一导体与电池单元的元件连接，第二端部用于将该第一导体连接到测量装置的第一输入端上；以及

带有第一端部和第二端部的第二电导体，第一端部用于将该第二导体与电池单元的所述元件连接，第二端部用于将该第二导体连接到测量装置的第二输入端上，其中该第一导体通过该元件与该第二导体导电连接，以及当第一导体的第一端部和第二导体的第一端部与该元件导电连接时，在第一导体的第二端部和第二导体的第二端部之间存在代表温度并且可通过测量装置检测的电压。

电池单元可以是用于以化学形式存储电能的电化学能量存储器。例如锂离子单元可以是锂离子电池。多个电池单元可以连接在一起成为电池。以对应的方式，温度检测器也可以被用于检测电池的温度。基于电池单元的内阻和/或在电池单元中电化学过程的过程热，电池单元可以具有与环境温度不同的温度。温度检测器的电导体例如可以是金属线或印制导线。该导体是导电的。当在电导体的两个相对的端部之间存在温度落差时，在导体中形成热电电压降。该第一导体可以被连接到电池单元的导电元件上。该元件可以是电池单元的组成部分。基于该元件被绑定到电池单元中，该元件可以具有电池单元内部中占主导的温度或者接近其的温度。第二导体同样可以连接到该元件上，以便通过该导体和该元件构成断开的电流回路。该电流回路可以通过测量装置来闭合。测量装置可以被构造用于执行电压测量。因为该元件和与其连接的导体第一端部处于共同的电压电势上，因此可以通过测量装置在该导体的相对的第二端部上提取并且分析不同的电压电势。可提取的电压电势与导体中的温度落差相关。通过这种方式可以从由测量装置提取的电压电势中推断出电池单元的温度。

第一和第二导体也可以被称为传感器线路。第一和第二导体可以直接引导至分析电子装置，该分析电子装置被靠近电池单元地定位或者可以被靠近电池单元地定位。分析电子装置可以布置在印制电路板、冲压栅格结构或电路载体上。在此，得到这两个导体在几个毫米或者一至几个厘米范围中的线路长度。例如可以实现在20mm至100mm之间的线路长度。但是线路长度的所述的值仅仅是示例性选择的并且也可以更短或更长。线路长度尤其是强烈地取决于结构性的边界条件。

温度检测器可以具有电池单元的元件。在此，第一导体的第一端部和第二导体的第一端部可以与该元件导电连接。这些导体的第一端部可以固定地与该元件连接。例如，这些第一端部可以接合到该元件上，例如焊接到该元件上。可以无添加物地实施焊接连接，例如借助激光焊接工艺。由于取消了添加物可以减少在电流回路中材料的数量并且可以实现关于电池单元的温度的可靠说明。

该元件可以具有导电的第一材料以及与第一材料不同的导电的第二材料。在此，第一导体的第一端部可以与第一材料连接，并且第二导体的第一端部可以与第二材料连接。这些材料可以直接相互传导地连接。这些材料可以布置在热流中，该热流可引起在材料之间的热电电压。热电电压可以通过导体来提取。热电电压可以在导体中被放大。因此在类型不同的连接上实现热电电压的提取。有利地，导体可以被类型相同地实施，也即例如由相同的材料制成。

该元件可以具有导电的第一材料。第二导体可以具有与第一材料不同的导电的第二材料。第一导体的第一端部和第二导体的第一端部可以与第一材料连接。电压电势在第一材料和第二材料的连接部位上可以是相同的。该电压降在第一导体和第二导体中可以是不同的。在这些导体的第二端部上可以提取不同的电压电势。因此，通过类型不同的导体提取在类型相同的连接处的热电电压。当仅仅可利用由一种材料制成的电池单元元件来安置所述导体时，这是有利的。

导电的第一材料和导电的第二材料可以具有不同的塞贝克系数。所述不同的材料例如可以是铝和铜。由此可以借助标准材料直接从与电池单元热耦合的电池单元元件中产生热电偶。

该元件可以实施为电池单元的电的电池端子。电池端子可以是电池单元的极。电池端子可以是从电池单元的外侧至电池单元的内部的金属连接。电池端子可以近似具有与电池单元内部一样的温度。

该元件可以被实施为电池单元的导电壳体。电池的壳体可以在内侧上直接与电池单元的存储介质接触。在壳体的外侧上，可以在使用两个导体的情况下检测直接与存储器介质温度相关的温度。

第一导体的第二端部以及代替或附加地第二导体的第二端部可以与电池单元热去耦。

第二端部可以布置为使得它们具有与电池单元不同的温度水平。第二端部例如可以布置在热沉上，以便在所述导体中实现大的温度差。

温度检测器可以具有用于测量电压的测量装置。在此，测量装置的第一端子可以与第一导体的第二端部导电连接并且测量装置的第二输入端可以与第二导体的第二端部导电连接。测量装置可以理解为例如电压计。测量装置可以具有大的内阻。测量装置可以被构造为集成电路。测量装置可以被构造用于为分析单元提供关于温度的信号，例如电压。分析单元可以被构造用于基于所述关于温度的信号来确定电池单元的温度的温度值。因此，测量装置可以结合导体被看作测量仪。

电池单元具有下面的特征：

原电池；以及

根据这里介绍的方案的温度检测器，其中该元件与原电池热耦合。

原电池可以是电池单元的电化学单元。电池单元可以具有多个原电池。原电池可以具有外罩。电池单元的与温度检测器的导体连接的元件例如可以是电池单元的穿过所述外罩的极，或者该元件可以是电池单元的外罩或壳体的导电部分。

用于检测电池单元的温度的方法具有下面的步骤：

提取在导电的第一材料和与第一材料不同的导电的第二材料之间的与温度相关的电压，其中在电池单元的元件上检测该温度，以及该元件至少具有第一材料；以及

利用该电压来确定该温度。

与温度相关的电压可以理解为基于塞贝克效应的热电电压。该电压可以代表在这些材料的接触点处的温度。该温度可以在利用处理准则的情况下加以确定。该处理准则例如可以补偿温度检测器的电压特性曲线的非线性走向，以便获得可进一步处理的信号。

附图说明

下面借助附图示例性地进一步阐述本发明。其中：

图1示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元的温度的温度检测器的框图；

图2示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元温度的方法的流程图；

图3a和3b示出了作为根据本发明实施例的温度检测器组成部分的电池端子和与该电池端子焊接的单元连接器的示图；

图4示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元的温度的温度检测器的示图；

图5示出了根据本发明另一实施例的用于检测电池单元的温度的温度检测器的示图；以及

图6示出了具有根据本发明实施例的温度检测器的电池单元的示图。

在本发明优选实施例的下面的描述中，针对在各个附图中所示的并且类似作用的元件使用相同或类似的参考标记，其中放弃对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元温度的温度检测器100的框图。该温度检测器具有第一电导体102和第二电导体104。该第一电导体102具有第一端部102a和相对的第二端部102b。第一导体102的第一端部102a被设置用于将第一导体102与电池单元的元件106连接。第一导体102的第二端部102b被设置用于将测量装置108的第一输入端108a连接到第一导体102上。第二电导体104具有第一端部104a和相对的第二端部104b。第二导体104的第一端部104a被设置用于将第二导体104与电池单元的元件106连接。第二导体104的第二端部104b被设置用于将测量装置108的第二输入端108b连接到第二导体104上。

当第一导体102的第一端部102a和第二导体104的第一端部104a与元件106导电连接时，第一导体102通过元件106与第二导体104导电连接。于是，在第一导体102的第二端部102b和第二导体104的第二端部104b之间存在可由测量装置108检测的电压，该电压代表元件106的温度。

测量装置108被构造用于检测该电压和输出与该电压对应的电压信号。该电压信号可以被分析装置分析。该分析装置被构造用于将由测量装置108检测的电压与代表电池单元的温度的温度值关联。附加地或代替地，分析装置可以被构造用于例如当检测的电压低于、达到或超过阈值时基于检测的电压来提供诊断信号。分析装置可以是测量装置108的一部分或者与测量装置108耦合。

图2示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元温度的方法200的流程图。该方法200具有提取的步骤202和确定的步骤204。在提取的步骤202中，提取在导电的第一材料和与第一材料不同的导电的第二材料之间的与温度相关的电压。在电池单元的至少具有第一材料的元件上检测温度。在确定的步骤204中，在利用电压的情况下并且可能在利用处理准则的情况下确定该温度。该处理准则可以包括在电压值与所关联的电池单元温度值之间的关联，其中所述电压值例如由根据图1描述的测量装置来检测并且提供。该方法的步骤202、204例如可以由根据图1描述的温度检测器来实施。

图3a和3b示出了作为根据本发明实施例的温度检测器组成部分的电池端子300和与该电池端子焊接的单元连接器302的示图。尤其是示出了单元连接器（302）在电池端子（300）上的接触部位的结构。

图3a示出了电池端子300和单元连接器302的共同的中心平面的剖视图。

电池端子300在这里示出的部分区域中作为由金属制成的实心圆柱来实施。电池端子300导电地连接图3a中未示出的电池单元的原电池。为此，将电池端子300设计为从电池单元的壳体中伸出。电池端子300与单元连接器302连接，以便将电池单元与至少一个这里未示出的另外的电池单元电互连。单元连接器302被实施为矩形板并且在所示区段中具有横向布置的通孔，该通孔在直径方面对应于电池端子300。电池端子布置在该通孔中并且通过焊缝304与单元连接器302进行材料决定的连接。通过焊缝304，这两个部件特别好地导电地相互连接。在所示的实施例中，所述焊缝被实施为围绕通孔的激光焊缝304。

电池端子300穿过单元连接器302并且在单元连接器302的上侧上与单元连接器302平齐地结束。焊缝304从该上侧被引入到在电池端子300和单元连接器302之间的接合部位中。

图3b示出了在图3a中所描述的的电池端子300和单元连接器302的俯视图。在单元终端上，电池端子300（按照该实施例为由Al或Cu材料制成的圆柱螺栓）与单元连接器302（按照该实施例由Al或Cu材料制成）接触。优选地，通过激光焊接工艺或其他材料决定的接合方法来制造该连接，或者端子螺栓300通过插塞连接（例如超声辅助的压入）来与单元连接器302连接。

如果在此情况下制造了类型不同的连接，在该连接情况下电池端子和单元连接器由不同材料、例如由不同金属制成，则在接合连接304处形成热电电压。例如电池端子300可以由铝制造，而单元连接器302可以由铜制造。在铝铜的情况下（其中塞贝克系数Al=3.5μV/K以及Cu=6.5μV/K），这里可以提取3μV电压/K温度升高，如后面借助图4进一步描述的。

图4示出了根据本发明实施例的用于检测电池单元温度的温度检测器100的示图。尤其是示出了在类型不同的连接处的热电电压的提取。

温度检测器100具有第一导体102、第二导体104、电池单元的元件106和电压测量仪108。第一导体102与元件106和电压测量仪108导电连接。元件106与第二导体104导电连接。第二导体104与电压测量仪108导电连接。这些组成部分共同地构成闭合的电流回路。导体102、104在该实施例中是导线。导体102、104可以是类型相同的，也即由相同的材料制造。元件106是电池单元的导电的组成部分并且作为电池端子300和单元连接器302如在图3中所描述地实施。电池端子300具有带有第一塞贝克系数的导电的第一材料。单元连接器302具有带有第二塞贝克系数的导电的第二材料。第一材料与第二材料不同。电池端子300通过激光焊接焊缝304与单元连接器302材料决定地并且导电地连接。第一导体102与电池端子300连接，第二导体104与单元连接器302连接。电池端子300从电池单元向外传导由于化学过程和/或由于在电池单元内部的内阻形成的热。单元连接器302导出热。由此，存在通过在第一材料和第二材料之间的接合部位304的热流。在第一材料内，形成取决于热的第一电压降。同样地在第二材料内，形成取决于热的第二电压降。这些电压降是不同的并且通过各自材料的塞贝克系数表现特征。在接合部位304处，第一材料和第二材料必须具有相同的电压电势，因为这些材料导电地相互连接。因此在第一导体102和第二导体与元件106连接的部位上分别存在不同的电压电势。这些电压电势的差由测量仪108通过导体102和102作为热电电压U提取。

在另外的实施例中，在类型不同的连接（例如Al和Cu）中，如图4中所示，测量线路102、104可以被焊接上。在电流流过该连接时，也即电流流经电池端子300至单元连接器302或者反过来时，在连接部位304上出现温度梯度。该温度梯度与流动的电流成比例（珀尔帖效应）。该温度梯度可以通过测量在接触部位304上的热电电压来加以测量，使得于是可以间接地也推断出流过接合部位304和由此流过单元连接器302或电池端子300的电流。

图5示出了根据本发明另一实施例的用于检测电池单元的温度的温度检测器100的示图。尤其是示出了通过导体102、104形式的类型不同的引入线在类型相同的连接上提取热电电压。

与图4的描述对应，按照该实施例的温度检测器100具有第一导体102、第二导体104、电池单元的元件106和电压测量仪108。第一导体102与元件106和电压测量仪108导电连接。元件106与第二导体104导电连接。第二导体104与电压测量仪108导电连接。这些组成部分共同地构成闭合的电流回路。与图4不同，第一导体102和第二导体104与电池端子300连接。电池端子300具有第一材料，而第二导体104具有第二材料。电池端子300和单元连接器302在该实施例中具有相同材料，因此在接合部位304中不能形成热电电压。这里，如图1中描述地，在第一和第二导体102、104的第一端部固定于其上的电池连接器300与第一和第二导体102、104的第二端部之间存在热落差。由于导体102、104的材料不同而在导体102、104中存在不同的电压降。在第一材料和第二材料之间的接触部位上电压电势是相同的，由此在导体102、104的第二端部之间存在热电电压U。热电电压U代表与电池单元热耦合的电池连接器300的温度。

如果连接是类型相同的，如图5中所示，则可以将引线材料类型不同地构造，使得在接触部位出现热电电压。为此，热电线路102、104尽可能紧密地定位并且优选以激光焊接点与电池端子300或单元连接器302焊接。在该情况下，引线102和/或104的材料可以有利地被选择为使得得到在测量部位上良好的材料决定的连接和尽可能有利的热电电压。有利地，这里选择在塞贝克效应系数方面具有大的差异的材料，以便能够测量较大的电压。

通过相同的方法（类型相同的连接）也可以测量在单元壳体（外壳）上的温度。为此，将导线对102、104直接焊接到壳体上或焊接到每个应当在其上测量温度的其他金属点上。

图6示出了具有根据本发明实施例的温度检测器100的电池单元600的示图。电池单元600具有第一极602和第二极106。第二极106是温度检测器100的组成部分，该温度检测器100如在图1中所描述的具有第一导体102、第二导体104、电池单元600的元件106和测量装置108。第一极602和第二极106与电池单元600电和热耦合。如在图5中所描述的，从具有第一塞贝克系数的第一材料至具有第二塞贝克系数的第二材料的过渡部位布置在第二极106上。该过渡部位也可以布置在与电池单元600导电耦合和热耦合的电池单元600壳体上。

所描述的并且在图中示出的实施例仅仅是示例性选择的。不同的实施例可以完全地或者关于单个特征地相互组合。一个实施例也可以通过另外的实施例的特征来补充。此外，本发明方法步骤可以被重复以及以不同于所描述的顺序地来实施。如果实施例包含在第一特征和第二特征之间的“和/或”逻辑连接，则这可以理解为：该实施例根据一种实施方式具有第一特征和第二特征并且根据另一实施方式仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。

Claims (9)

1.用于检测电池单元（600）的温度的温度检测器（100），其中该温度检测器（100）具有下面的特征：

带有第一端部（102a）和第二端部（102b）的第一电导体（102），所述第一端部（102a）用于将该第一电导体（102）与所述电池单元（600）的元件（106）连接，所述第二端部（102b）用于将该第一电导体（102）连接到测量装置（108）的第一输入端（108a）上；以及

带有第一端部（104a）和第二端部（104b）的第二电导体（104），该第二电导体的第一端部用于将该第二电导体（104）与所述电池单元（600）的所述元件（106）连接，该第二电导体的第二端部用于将该第二电导体（104）连接到所述测量装置（108）的第二输入端（108b）上，其中该第一电导体（102）通过该元件（106）与该第二电导体（104）导电连接，以及当第一电导体（102）的第一端部（102a）和第二电导体（104）的第一端部（104a）与该元件（106）导电连接时，在第一电导体（102）的第二端部（102b）和第二电导体（104）的第二端部（104b）之间存在代表温度并且可通过所述测量装置（108）检测的电压（U），

其中所述温度检测器包括所述电池单元的所述元件（106），其中所述第一电导体（102）的第一端部（102a）和所述第二电导体（104）的第一端部（104a）与该元件（106）导电连接，以及

其中该元件（106）具有导电的第一材料以及与所述第一材料不同的导电的第二材料。

2.根据权利要求1所述的温度检测器（100），其中所述第一电导体（102）的第一端部（102a）与所述第一材料连接，并且所述第二电导体（104）的第一端部（104a）与所述第二材料连接。

3.根据权利要求1所述的温度检测器（100），其中所述第一电导体（102）的第一端部（102a）和所述第二电导体（104）的第一端部（104a）与所述第一材料连接。

4.根据权利要求1至3之一所述的温度检测器（100），其中导电的所述第一材料和导电的所述第二材料具有不同的塞贝克系数。

5.根据权利要求1至3之一所述的温度检测器（100），其中该元件（106）实施为所述电池单元（600）的电的电池端子（300）或者实施为所述电池单元（600）的导电壳体。

6.根据权利要求1至3之一所述的温度检测器（100），其中所述第一电导体（102）的第二端部（102b）和/或所述第二电导体（104）的第二端部（104b）与所述电池单元（600）热去耦。

7.根据权利要求1至3之一所述的温度检测器（100），具有用于测量所述电压（U）的所述测量装置（108），其中该测量装置（108）的第一输入端（108a）与所述第一电导体（102）的第二端部（102b）导电连接并且该测量装置（108）的第二输入端（108b）与所述第二电导体（104）的第二端部（104b）导电连接。

8.电池单元（600），具有下面的特征：

原电池；以及

根据权利要求1至7之一所述的温度检测器（100），其中该元件（106）与所述原电池热耦合。

9.用于检测根据权利要求8所述的电池单元（600）的温度的方法（200），其中该方法具有下面的步骤：

提取（202）在导电的所述第一材料和导电的所述第二材料之间的与温度相关的电压（U），其中在所述电池单元（600）的所述元件（106）上检测该电压（U）；以及

利用该电压（U）来确定该温度。