CN105226227A - 用于量取在电池单体中的电压和温度的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电池单体（10）的电压和温度进行检测的装置，所述电池单体（10）包括一壳体（32），该壳体用电解质来填注或者该壳体容纳着被包装的电池绕组（12），所述电池绕组（12）的外包装用电解质来填注。阳极（26）和阴极（28）分别设有电压分接头（22、24）。一温度传感器（20）处于所述壳体（32）中，该温度传感器（20）就像所述电压分接头（22、24）一样与在所述壳体（32）中的接头相连接。

Description

用于量取在电池单体中的电压和温度的装置

技术领域

本发明涉及一种用于量取在电池单体中的电压和温度的装置。

背景技术

锂离子电池通常包括大量单个的棱柱形的单体，所述单体的规格比如通过德国汽车工业协会（VDA）得到标准化。在运行过程中必须对所述电池单体进行监控。为此，要在连接元件上安置不同的传感器、比如温度传感器或者电压分接头（Spannungsabgriffe），其中所述连接元件在由电池单体组合成电池模块或者电池组的复合体的内部在各个电池单体之间要么以串联的方式要么以并联的方式建立电的接触。

所述电池单体可以包括一金属的壳体，在该金属的壳体中可以加入比如电池绕组的形式或者也可以是堆叠布置（Stapelanordnung）的形式的电极团（Elektrodenensemble）。通常借助于电流收集器将这些电极团中的多个电极团彼此并联地连接起来。所述电流收集器被导引到所述相应的电池单体的壳体的外侧面上，并且在那里形成连接终端。在所述电池单体的内部留下的空腔用电解质来填注。电池单体的电位由于其结构形式也可以抵靠在所述壳体上，由此可能需要比如通过绝缘漆来实现的电绝缘。

US2011/0244281A1涉及一种可充电的电池。一种电极装置比如通过电极板元件（11）的堆叠结构的制造来产生，所述电极板元件（11）构造为薄板或者薄膜、分离器及另一电极板。第一电流收集器和第二电流收集器与所述电极装置的两个端部相连接，其中所述第一电流收集器具有第一连接件和第一突起、第一连接孔和第一保险丝。在一个转角区域之内所述第一连接件和所述第一突起彼此相碰，在该转角区域之内这两个元件相对于彼此直角地伸展。

US2009/0305125A1涉及一种电池组。大量电池单体的负接头和正接头在彼此连接的状态中被安置在金属壳体中。所述金属壳体设有正极侧的和负极侧的、外部的接头。所述外部的接头和所述单体接头彼此通过导线相连接。所述金属壳体配备了电压显示连接元件。这个电压显示连接元件和电压测量导线从相应的电池单体的、正极侧和负极侧延伸出来并且彼此相连接。借助于所述电压显示连接器来获得个体的电池单体的各种充电状态，从而可以防止所述电池单体被过度充电。

DE102011104958A1涉及一种集成了电池单体的测量传感器线路和一种平衡电阻。所述电池单体包括一具有外表面的壳体，此外包括一种阳极的材料、一种阴极的材料以及一种被包含在所述壳体中的电解质。此外，设置了一正接头和一负接头。在此设置了一扁平的第一导线，该扁平的第一导线被安装在所述壳体的外表面上，其中所述扁平的第一导线的一个端部与所述正接头处于电的接触之中，并且所述扁平的第一导线的另一个端部在所述壳体的边缘的附近终止，从而能够与第一线路导线相连接。此外，设置了一扁平的第二导线，该第二导线被施加在所述壳体的外表面上，其中所述扁平的第二导线的一个端部与所述负接头处于电的接触之中，并且所述扁平的第二导线的另一个端部在所述壳体的边缘的附近终止，从而能够与第二线路导线相连接。

发明内容

按照本发明，建议一种用于对在电池单体上的电压和温度进行检测的装置，所述电池单体包括一壳体，所述壳体用电解质来填注或者所述壳体容纳着一电池绕组，所述电池绕组的包装用电解质来填注，其中在所述壳体的内部之中，阳极和阴极分别设有电压分接头，此外在所述壳体中接纳了一温度传感器，该温度传感器就像所述电压分接头一样与在所述壳体中的接口相连接。

在本发明主题的另一种有利的改进方案中，所述接口构造为插塞件，该插塞件被埋入到所述壳体的壳体壁中。所述构造为插塞件的接口可以很容易地从所述壳体的外侧面来接触。所述构造为插塞件的接口的接触口被接纳在壳体壁中。所述构造为插塞件的接口的接触口如此被埋入到所述相应的壳体壁中，使得所述接口没有伸出超过所述壳体壁，并且因此可以对壳体并且由此对所述电池单体进行密封的包装。如果将所述接触口比如掏制到所述用作壳体的底部的壳体壁中，那就可以举例来讲从下侧面对包括多个在电方面彼此连接的电池单体的电池组进行标准化的接触。

尤其是所述构造为插塞件的接口被气密地接纳在所述壳体中。如果所述电压分接头的线路或者所述连接线路在所述构造为插塞件的接口与所述温度传感器之间从所述壳体的内部延伸穿过—在所述壳体中接纳了所述电解质—，那么需要的是，不仅所述构造为插塞件的接口而且所述连接线路都应该被气密地蒙上，这一点比如用热熔-塑料包覆注塑层来进行。除了这里示范性地提到的材料之外，也可以考虑其它的塑料包覆材料，用于不仅将所述构造为插塞件的接口气密地埋入到所述壳体壁中，而且将在所述电压分接头及温度传感器与所述构造为插塞件的接口之间的连接线路气密地包覆起来。

在遵循按本发明所建议的解决方案的情况下，材料融合地将所述阳极和/或阴极上的电压分接头分别与这些所分配的电流收集器连接起来。所述材料融合的连接比如通过超声波焊接、激光焊接或者通过粘合来实现。

所述按本发明所建议的、用于对电池单体上的电压和温度进行检测的装置可以有利地用在这样的电池单体上，所述电池单体比如在电方面彼此连接的情况下被合并为电池模块或者完整的电池组。这样的、包括按本发明所建议的装置的电池单体、电池模块或者电池组相应地在电动的动力传动系或者动力部分传动系的牵引电池的范围内用在混合动力车（HEV）、插电式混合动力车（PHEV）或者电动车（EV）中。

本发明的优点：

利用所述按本发明所建议的解决方案，可以以有利的方式在硬箱（Hardcase）-壳体的内部在非常靠近生产位置的地方检测对于与电压相对应的信号以及温度信号的截取情况。由此尤其可以在进行温度检测时以有利的方式避开干扰的影响，比如散热给环境以及由于所需要的热传导引起的测量距离的惯性。由此又可以快速地并且在没有显著的歪曲的情况下记录关于电压和温度的、各个信号值的数值变化，并且将其传输给所述接口。

通过所述尤其构造为插塞件的、所定义的、被掏制到所述壳体的壳体壁之一中的接口，所述信号可以被向外传输，从而可以容易地、尤其在安装所述设有按本发明所建议的装置的电池单体之前对其进行检查。此外，完成了另一种在试验台中占据测试过程时用于电池单体的监控可能性。通过所述按本发明所建议的解决方案，可以取消后来将传感器、尤其是温度传感器以及分接头、尤其是电压分接头固定在单体连接器上的过程。以往将所述传感器安置在所述壳体的外部并且将所述相应的电压分接头或者温度传感器安置在所述壳体的外部，这一方面导致额外的空间位置需求，并且另一方面引起装配小零件。这些缺点可以通过所述按本发明所建议的解决方案来避开。此外，信号值采集要精确得多，因为可以在更加靠近所述电压信号或者温度信号的、相应的数值的、产生位置的地方进行测量。在一种通常包括一定数目的在电方面彼此连接的电池单体的电池模块的内部，可以通过相应的、比如标准化地统一地布置在所述电池模块的电池单体的下侧面或者较窄的一侧上的插塞连接，而将信号通过相应的插塞连接器和/或电缆束来传输给控制仪、比如模块控制器或者电池管理系统。

所述可以通过按本发明所建议的解决方案来得到改进的壳体一方面是直接用将电池绕组包围起来的电解质来填注的壳体。通过塑料包套或者类似的部件以及将所述以有利的方式构造为插塞件的接口气密地掏制到所述壳体的壳体壁中这种方式，可以有利地对于所述密封加以考虑。此外，存在着装入袋式单体（Pouchzellen）的可行方案，对于所述袋式单体来说，所述电解质被接纳在所述电极团的、袋状的包装中。在这种情况中，所述电解质通过所述电极团的-通常是袋子的形式的-外包装与所述壳体分开，从而一方面可以取消比如由在所述电压分接头与所述温度传感器之间的连接导线的热熔塑料构成的包套，并且另一方面可以取消所述构造为插塞件的、标准化的、所定义的接口。

所述按本发明所建议的构思也可以转移到较大的标准组件上。因此，—为了举例—可以将多个子元件、也就是代表着所述子元件的电池单体、比如10个或者12个袋式单体合并为一个复合体。这样的、由多个电池单体-这里构造为袋式单体-构成的复合体通常也被称为电池模块。多个电池模块又形成了一种牵引电池的电池组。

附图简要说明

下面借助于附图对本发明进行详细描述。附图示出：

图1是一种电极团的俯视图和侧视图；

图2在这里同样是在图1中示出的、被接纳在壳体中的电极团的俯视图和侧视图；

图3是被接纳在外包装中的电池盖（袋式单体）的俯视图和侧视图；并且

图4同样是在图3中以俯视图和侧视图示出的、被接纳在壳体中的袋式单体的俯视图和侧视图。

具体实施方式

图1示出了电极团的俯视图和侧视图。

一种电池单体10包括一电池绕组12，在阳极26的那面通过第一电流收集器16来接触所述电池绕组12。在所述第一电流收集器16与所述电池绕组12之间的电的连接在所述阳极26的那面通过铝制嵌体（Aluminium-Inlay）17来实现。在对置的侧面上，也就是在阴极28的一侧，所述电池单体10的电池绕组12通过第二电流收集器18来接触。电池绕组12与第二电流收集器18之间的电的连接如在图1中示出的那样通过铜制嵌体19来进行。在阳极26那面的第一电流收集器16逐渐转变为第一连接终端38，而在所述阴极28那面设置的第二电流收集器18则逐渐转变为第二连接终端40。

从按照图1的图示中可以得知，在所述阳极26的那面设置了第一电压分接头22，并且在所述阴极28的那面设置了第二电压分接头24。所述两条用于连接该电压分接头22到24的连接线路伸展到所定义的接口，所述接口在按照图1的实施变型方案的情况中构造为插塞件30。除此以外，所定义的接口-这里构造为插塞件30-与温度传感器20相连接，该温度传感器在所述电池单体10的、在图1中示出的实施例中被放入到所述第二电流收集器18中。

从所述电池单体10的、在图1中示出的实施变型方案中可以得知，代表着所定义的接口的插塞件30处于所述电池单体10的电池绕组12的、与连接终端38或者40对置的一侧上。用附图标记31来表示代表着所定义的接口的、插塞件30的接触口。

从按照图2的图示中可以得知，所述电池单体10的、在图1中示出的电池绕组12被放入到壳体32中。从按照图2的图示中不仅可以得知所述电池单体10的壳体32的俯视图而且可以得知所述壳体32的侧视图。所述在图1和2中示出的电池单体是一种被接纳在构造为硬箱-壳体的壳体32中的电池单体。这意味着，所述电池绕组12被放入到所述电解质所在的壳体32中，其中通过两个处于在所述阳极26的那面以及所述阴极28的那面的电流收集器16和18来电接触所述电池绕组12。因此，所述电解质填满在所述壳体32内部的、在将所述电池绕组12连同电流收集器16和18安装在所述壳体32中之后留下的空腔。

从按照图2的图示中得知，对于这样的类型的电池单体10来说，所述代表着所定义的接口的插塞件30被埋入到所述壳体32的壳体壁36中。因此，所述壳体32的壳体壁36具有与所述插塞件30相一致的开口34，其中所述壳体32是硬箱-壳体。所述代表着所定义的接口的插塞件30被气密地埋入到这个开口34中。此外，按照这种实施变型方案，在所述电压分接头22、24之间的、穿过处于所述壳体32中的电解质来延伸的连接线路设有气密的包套，所述气密的包套比如可以由热熔-塑料材料来制成。所述连接线路上的气密的包套从所述电压分接头22、24或者所述温度传感器20穿过所述壳体32的内室延伸到代表着所定义的接口的插塞件30。所述插塞件30的接触口31-在被气密地埋入到所述壳体壁36的开口34中的情况下-平坦地处于所述壳体壁36的外侧面上，在图2里所示出的实施例中处于所述壳体32的下侧面也就是底部侧上。

在图1和2里所示出的情况中，所述电解质与所述壳体32处于连接之中，因而所述壳体32并非是无电位的或者说并非是绝缘的（potentialfrei），而是可以在其外侧面上比如设有绝缘漆层的构造的绝缘介质。

在图2里所示出的状态中，所述两个连接终端38或者40处于所述壳体32的上侧面上，而所述插塞件30的接触口31则处于所述壳体32的下侧面上。用附图标记42来表示所述壳体32的、用电解质来填注的空腔，在安装所述电池绕组12连同与该电池绕组12相连接的电流收集器16和18之后、并且在安装所述代表着所定义的接口的插塞件之后，在所述电池单体10的壳体32中留下所述空腔。

图3示出了按照另一种电池单体类型的电池单体、也就是袋式单体的另一种实施变型方案。

正如在图3中所示出的那样的袋式单体14包括一包含电池绕组12的电极团，所述电池绕组被外包装、比如袋子所包围。所述电解质处于所述袋式单体14的这个袋子的内部，使得接纳为袋式单体的壳体无电解质，因为这个壳体被所述电池绕组12的外包装所接纳。图3示出，外包装44具有展平的端部，所述展平的端部在所述阳极26及阴极28的侧面上延伸。在所述袋式单体14的上侧面上存在着所述第一连接终端38以及所述第二连接终端40。所述在袋式单体14的侧面上延伸的电流收集器16或者18在触头48处与所述袋式单体14相连接。折弯的板片50或者52用于示出所述电流收集器16或者18的触头48。在所述阳极26的那面可以布置由铝或者铝合金制成的所述折弯的第一板片50以及折弯的第二板片52，而所述两个处于阴极28的那面的、折弯的板片50或者52则可以由铜或者由包含铜材料的合金制成。通过铝制嵌体17或者铜制嵌体19，使得所述两个电流收集器16或者18与所述袋式单体14的电极团导电地连接。从按照图3的图示中得知，所述在这种实施变型方案中代表着所定义的接口的插塞件30通过连接线路与第一电压接头22和所述第一电流收集器16的下侧面并且与所述处于第二电流收集器18的下侧面上的第二电压分接头24相连接。被设置在所述阴极28的那面的温度传感器20同样与所述代表着所定义的接口的插塞件30相连接。从图4中可以得知在图3所示出的袋式单体14的、在安装在壳体32中之后的情况。

与按照图2的图示相类似，在图4中示出，在所述电池单体10的袋式单体14安装在所述壳体32中的状态中，所述第一连接终端38以及所述第二连接终端40处于所述壳体32的上侧面上，并且可以从外面进行电接触。所述被接纳在外包装44中的袋式单体14以及所述在这种实施变型方案中也代表着向外的、所定义的接口的插塞件30处于所述按照在图3和4中的图示的电池单体10的、壳体32的内部之中。在所述代表着所定义的接口的插塞件30的、安装的状态中，该插塞件被放入到一个相对于所述插塞件30的几何形状互补地构成的开口34中。所述用于连接代表着所定义的接口的插塞件30的连接线路从所述第一电压分接头22或者所述第二电压分接头24以及所述温度传感器20穿过在所述电池单体的这种实施变型方案中无电解质的空腔46来延伸。因为在所述电池单体10的这种实施变型方案中所述空腔46无电解质，所以，将所述插塞件30气密地埋入到所述壳体32的壳体壁36中的做法，与将所述插塞件30和所述第一电压分接头22及所述第二电压分接头24之间的连接线路气密地包裹起来的做法一样，都是多余的。

除此以外，从按照图4的图示中可以得知，所述两个电流收集器16或者18在所述触头58处通过一对折弯的板片50或者52与所述袋式单体14导电地连接。如果现在将所述电池单体10按照在图1和2中所示出的实施变型方案并且按照在图3和4中所示出的实施变型方案合并成电池单体或者电池组，则其彼此间的电的连接通过串联连接或者并联连接来进行。在将电池单体按照上面所描述的实施变型方案合并成用于混合动力车（HEV）、插电式混合动力车（PHEV）或者电动车（EV）的牵引电池中的电池模块或者电池组之后，通过实施所述按本发明所建议的解决方案，存在着以下可行方案：直接地或者通过电缆束的中间线路使所述电池模块或者电池组标准化地在相应的、被掏制在所述壳体32的壳体壁36中的接触口31处来与接头相接触，并且与电池模块的模块控制器或者与电池管理系统的控制仪相接触。在所述电压分接头22、24上所检测到的、代表着电压的信号以及通过所述处于电池单体10的壳体32的内部之中的温度传感器20所检测到的温度按照所述按本发明的解决方案相应于在那里实际上存在的数值，也就是说没有被歪曲，或者没有通过测量链的惯性而另外地受到影响。

所述代表着所定义的接口的插塞件30的接触口31不仅可以被安置在下侧面上，也就是被安置在所述壳体32的壳体底部上，或者也可以处于所述电池单体10的壳体32的、较窄的侧壁上。利用所述按本发明所建议的解决方案能够实现较高程度的标准化，使得所述两种类型的电池单体10按照在图1和2中的图示并且在附图中按照与所述袋式单体14相关的第3点、第4点得到了保证。可以通过所述按本发明所建议的解决方案在测试过程中紧挨着在安装之前或者紧挨着在连接成电池模块之前来接触所述电池单体10，并且关于在这些电池单体中出现的运转参数对其进行监控。

按照所述按本发明所建议的构思，也可以将多个电池单体10合并成一个较大的标准组件、比如一个电池模块或者一个电池组。如果比如将10个或者更多个袋式单体14在电方面联接成一个复合体，那么这样的复合体就比如代表着一个电池模块。又可以将多个电池模块合并为混合动力车的、插电式混合动力车的或者电动车的牵引电池的电池组。

本发明不局限于这里所描述的实施例以及其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所说明的范围之内可以存在大量的、处于专家行为的范围内的改动方案。

Claims (10)

1.用于对于电池单体（10）的电压和温度进行检测的装置，所述电池单体（10）包括一壳体（32），该壳体用电解质来填注或者该壳体容纳着电池绕组（12），所述电池绕组（12）的外包装用电解质来填注，其特征在于，在所述壳体（32）的内部中，阳极（26）和阴极（28）分别设有电压分接头（22、24），在所述壳体（32）中接纳了一温度传感器（20），该温度传感器（20）就像所述电压分接头（22、24）那样与在所述壳体（32）中的接口（30）相连接。

2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接口（30）构造为插塞件，该插塞件被埋入到所述壳体（32）的壳体壁（36）中。

3.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述插塞件（30）的接触口（31）处于所述壳体壁（36）中。

4.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述插塞件（30）被气密地接纳在所述壳体（32）中。

5.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在一方面所述插塞件（30）与另一方面所述温度传感器（20）及电压分接头（22、24）之间的连接线路设有气密的包套。

6.按前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电压分接头（22、24）在所述阳极（26）和/或阴极（28）上与电流收集器（16、18）材料融合地连接。

7.按前一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述材料融合的连接通过超声波焊接、激光焊接或者通过粘合来产生。

8.具有多个电池单体（10）的电池模块，所述电池单体（10）具有按权利要求1到7中任一项所述的装置。

9.具有多个电池单体（10）的电池组，所述电池单体（10）具有按权利要求1到7中任一项所述的装置。

10.按权利要求1到7中任一项所述的装置的、在混合动力车（HEV）、插电式混合动力车（PHEV）或者电动车（EV）的牵引电池的电池模块或者电池组上的应用。