CN107112549A - 原电池和用于制造原电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有壳体（4）的原电池（2），在所述壳体中容纳有至少一个电池卷或者电池堆，并且所述原电池具有传感器（16）用于检测原电池（2）的压力。在这种情况下设置了，壳体（4）具有空隙，所述空隙由电池（2）的内部和外部之间的通孔构造，并且传感器（16）在电池（2）的外部直接地或者间接地紧固布置在这个壳体处。传感器（16），特别是微机电的系统，经过空隙与原电池（2）的内部处于接触中。此外，本发明提供了用于制造这样的原电池（2）的方法。

Description

原电池和用于制造原电池的方法

技术领域

本发明涉及一种原电池和一种用于制造原电池的方法。

背景技术

目前，监控电池组状态，例如监控用于电动车辆的电池组电池处的电压和温度是通过外部安设的传感器进行的。在推进的发展的范围内更重要的是，执行更精准的测量或者执行新式的测量参量的测量。这些用于控制电池组的健康状态的重要的测量参量之一是电池组内部压力，因为电池中压力的升高预示着故障和即将到来的失效。实现这样的测量能够通过将压力传感器引入电池中来进行。

电池组电池内部的环境条件不会肯定适合于传统的包装材料、浇铸料、电路板、胶粘剂或者凝胶。典型的耐受介质的传感器方案，例如用于车辆的排气系或者传动机构油的传感器方案却由于电池组电解质的明显不一致的化学方面是不适合的。

关注点在于，开发具有用于监控原电池的健康和安全的传感器的原电池，特别是开发具有用于检测原电池的压力的传感器的原电池。

由JP 2012-074198已知了具有多个电池组模块的能量产生设备，在所述能量产生设备中电池组模块的恶化经过在所述电池组模块中的压力测量来识别。在这种情况下，所述压力传感器是应用导电的橡胶的压力敏感的开关。

由DE 10 2012 207 999 Al公开了在所谓的袋式电池（袋=囊袋）中的压力传感器，其中所述压力传感器能够构造为微机电的系统。所述压力传感器要么从电池的内部要么从电池的外部粘贴至柔性的膜袋处。

发明内容

发明优点

在根据本发明的、具有壳体的原电池中设置的是，壳体具有空隙，在所述壳体中容纳有至少一个电池卷或者电池堆，并且在可能的情况下容纳液态的或者气态的电解质，并且所述原电池具有传感器以用于检测原电池的压力，所述空隙构造为在电池的内部和外部之间的通孔，所述传感器在电池的外部直接地或者间接地紧固布置在壳体处，特别是壳体的盖处，并且传感器经过所述空隙与原电池的内部并且在可能的情况下与原电池的液态的或者气态的电解质处于接触中。

有利地，根据本发明的传感器在这种情况下具有至电池的内部的直接的接触，并且能够直接地测量在所述原电池中的压力。传感器仍然布置在壳体的外部，以便简化电接触。

根据本发明，所述传感器此外是微机电的系统（MEMS）。在本发明的范围内，所述微机电的系统也能够称为微系统。所述微系统包括微型化的仪器、结构组件或者部件，所述部件具有优选地在微米范围内的组件，所述组件作为系统配合作用。在这种情况下，微机电的系统包括至少一个压力传感器，以及在可能的情况下也包括执行器和芯片上的控制电子设备。这样的微机电的系统例如能够在基体例如硅或者砷化镓上制造。微机电的系统具有以下优点，即所述系统基于其大小能够特别在花费上有利地制造。基于电气的和非电气的功能的集成，所述系统提供了大的功能范围。因此，压力传感器能够例如构造为压阻的压力传感器、构造为压电的压力传感器、构造为具有霍尔元件的压力传感器以及构造为电容的或者构造为电感的压力传感器，其中压阻的压力传感器形成了优选的实施方式。

壳体的空隙优选地具有在数量级从0. 1mm至5mm的尺寸，其中，该数据在圆形的横截面的情况下涉及直径或者涉及半径，并且在矩形的横截面的情况下涉及边长。

根据优选的实施方式，压力传感器经过至少一个、优选地多个第一键合线与评估单元处于连接中。因为压力传感器位于电池的外部，则第一键合线的紧固能够在壳体的成型之前或者之后，特别是在将电池卷装入壳体中并且将壳体利用壳盖闭锁之后进行。

评估单元能够例如包括ASIC（专用集成电路）或者微处理器，所述ASIC或者微处理器能够布置在壳体上，特别地布置在壳盖上，或者能够布置在压力传感器附近的电路板上。所述电路板能够具有其它的电线路，该电线路配设给用于确定原电池其它的运行参数的传感器，例如配设给用于确定电压或者温度的传感器。所述压力传感器原则上能够既布置在电池的上侧也布置在电池的围面处，然而优选地布置在其它电子的组件的附近，从而所述电线路与其它的电子组件的集成能够在共同的电路板上进行。所述传感器通常构建在端子的区域内，所述区域同时是用于电压传感器的典型的安装位置。

优选地，原电池是棱柱形的原电池，然而本发明不限于这个构造形式。圆形电池和扁平电池也是能够考虑的。根据此外优选的实施方式，壳体由形状稳定的材料，例如由铝构成。

根据实施方式，原电池包括基座元件，所述基座元件具有空隙，所述空隙与壳体的空隙共同形成了电池的内部和外部之间的通孔，其中基座元件使得所述传感器与所述壳体耦合。这种情况下，基座元件的空隙优选地重合地构造，或者几乎与壳体的空隙重合地构造。因此，传感器直接地紧固在基座元件处，并且基座元件再者直接地紧固在壳体处。在这种情况下能够设置的是，基座元件钎焊或者粘贴在壳体上，特别是壳盖上，并且传感器钎焊、压焊或者粘贴在基座元件上。

根据实施方式，基座元件由玻璃制造。把由玻璃制造的基座元件安设至由铝制造的壳体上，特别是安设至由铝制造的壳盖，该安设能够通过钎焊或者粘贴进行。安设传感器至基座元件上能够同样地通过钎焊进行，因为由硅钎焊和压接到玻璃上原则上也是可能的，并且形成了优选的实施方式。

特别由玻璃制造的基座元件例如借助涂层配设有耐受电解质的保护层。在这种情况下能够设置的是，仅仅基座元件的空隙利用耐受电解质的保护层涂装，或者额外地在基座元件和传感器之间和/或基座元件和壳体之间涂装边界面。作为附加方案或替代方案能够设置，传感器具有耐受电解质的保护层。

在锂离子电池组的情况下应用了涂层，所述涂层被保护免受氢氟酸。所述涂层能够例如具有Al₂O₃、镍铬铁合金或者钼合金。所述涂层能够例如借助于CVD（化学气相沉积）、PVD（物理气相沉积）或者也通过喷涂过程进行，其中CVD，特别是ALD（原子层沉积）是优选的。

根据实施方式，壳体具有壳盖，所述壳盖形成了壳体的壁部。在这种情况下，传感器优选地间接地或者直接地紧固在壳盖处。

根据优选的实施方式，所述壳体具有爆破膜。根据实施方式，传感器优选地间接地或者直接地紧固在爆破膜处。在这种情况下，所述爆破膜能够特别地布置在壳盖上。典型地，所述爆破膜构造得比围绕它的区域更薄，特别是比壳盖更薄。有利地，通过这个措施，进行到传感器上的热机械应力被减小。

根据优选的实施方式，传感器和在可能的情况下评估电子设备或者评估电子设备的至少一部分，例如ASIC布置在保护壳体下。作为替代方案，传感器和在可能的情况下一部分的或者完整的评估电子设备能够浇铸在浇铸料中。在这种情况下，保护壳体能够具有任意的形状，特别是节约位置地构造。

根据本发明的其它的方面，用于制造具有壳体的原电池的方法包括了以下步骤，在所述壳体中容纳有至少一个电池卷或者电池堆，并且在所述壳体中在可能的情况下容纳液态的或者气态的电解质，并且所述原电池具有传感器用于检测原电池的压力，其中传感器是微机电的系统：

a） 提供具有空隙的壳盖，所述空隙构造作为电池的内部和外部之间的通孔，

b） 在电池的外部直接地或者间接地紧固所述传感器到壳盖处，从而传感器能够经过空隙与原电池的内部处于接触中，

c） 引线键合所述传感器，用于建立与评估电子设备的电连接，在可能的情况下浇铸或者装扮传感器，并且

d） 紧固所述壳盖到电池的壳躯体处。

原电池适合用于装入到电池组模块中和/或电池组包中，在所述电池组模块和/或电池组包中，电池组电池或者说蓄电池单池典型地在空间上联合并且在电路技术上相互连接。多个模块能够例如形成电池组直接转换器，并且多个电池组直接转换器能够形成电池组直接逆变器，所述电池组直接逆变器被设定用于机动车的驱动系统的运行。所述机动车能够设计为纯的电动车辆，并且仅仅包括电气的驱动系统。作为替代方案，所述机动车能够设计为混合动力车辆车，所述混合动力车辆包括了电气的驱动系统和内燃机。在一些变型方案中能够设置，混合动力车辆的电池组能够在内部经过发电机利用内燃机的过剩的能量充电。外部能够充电的混合动力车辆（PHEV，插电式混合动力车辆）额外地设置了以下可能性，即电池组经过外部的电网充电。

附图说明

本发明的实施例在附图中表达，并且在随后的说明中具体地解释。图示：

图1是根据本发明的一种实施方式棱柱形的电池组电池，并且

图2至6是具有布置在其上的、根据本发明各种实施方式的传感器的原电池的壳体的详细视图。

具体实施方式

在本发明的实施例的随后的说明中，相同的或者相似的组件利用相同的或者相似的附图标记指代，其中在个别情况下省去了这些组件的重复的说明。附图仅仅示意性地表达了本发明的内容。

图1展示了根据本发明的一种实施方式的原电池2。原电池2接下来也简称为电池2。

原电池2具有壳体4，所述壳体包括了壳盖6和壳躯体8。在壳体4中布置了一个或者多个电池卷或者电池堆，这在图1中原电池2的透视性的外视图中是不能看见的。

所表达的原电池2原则上是已知的棱柱形的原电池2，例如锂离子电池，所述锂离子电池例如在电动车辆和混合动力车辆中与其它的原电池2联接成模块，以便准备提供车辆驱动。在这种情况下，在壳盖6上布置有端子10，以及爆破膜12和填入口14。经过端子10，原电池2由外部进行电接触。填入口14和爆破膜12基本上布置在壳盖6的中心，然而端子10放置在更周边。

在制造过程中，电池卷或者电池堆装入到壳体4中。据此例如通过焊接进行了壳体4与壳盖6的闭锁。在锂离子电池的所表达的情况下，液态的或者气态的电解质通过填入口14垂直地注入，并且随后达到电池卷内，所述电池卷吸足该电解质。

在壳体4处，特别是在壳盖6处，特别是在爆破膜12处，紧固有传感器16，所述传感器构造用于检测所述原电池2的压力。传感器16一方面与原电池2的内部22具有直接的接触，并且另一方面布置在壳体4的外部，这允许了特别简单的电接触。

图2展示了原电池2的壳体4的详细视图，所述原电池参考图1来说明。在这种情况下，壳体4的区段不必强制地配设有爆破膜12，如图1中所表达的那样，而是能够当然是壳体4的任意的部件，其中布置在壳盖6上是优选的。

所述壳体4具有空隙18，所述空隙形成了电池2的内部22和外部24之间的通孔20。在围绕壳体4的空隙18的区域内布置有基座元件26，所述基座元件同样地具有空隙28，所述空隙同样地构造了电池2的内部22和外部24之间的通孔20。基座元件26和壳体4在第一边界面30处相互接触，并且在第一边界面30处例如相互粘贴、钎焊或者熔焊。

基座元件26由玻璃，例如由碱石灰玻璃，特别是由具有化学成分Na₂O·CaO·6SiO₂的常规玻璃制造，所述碱石灰玻璃能够具有二氧化硅组分、氧化钠组分和氧化钙组分。基座元件26此外能够具有氧化硼组分和/或氧化铝组分，以便提高针对水、酸和碱的抵抗能力。在这种情况下例如也能够是硼硅酸盐玻璃，在所述硼硅酸盐玻璃中能够期待良好的化学稳定性和小的热膨胀系数。

在基座元件26上布置有例如钎焊或者压焊的传感器16。传感器16是第一类型的传感器16，其构造用于绝对压力测量。传感器16就此具有基准体积34，所述基准体积具有已知的压力，例如1 mbar。

基座元件26和传感器16在第二边界面32处相互接触。

传感器16具有第一接触区域36，所述接触区域与电池2的内部22处于直接的接触中，由此能够直接测量在壳体4内部的压力。特别地，传感器16在第一接触区域36中经过通孔20与原电池2的内部22，以及在可能的情况下与液态的或者气态的电解质处于接触中，所述电解质位于壳体4的内部22。

同样地，基座元件26在其空隙28的区域内与原电池2的内部22，以及在可能的情况下与液态的或者气态的电解质处于接触中，所述空隙一同形成了通孔20。在空隙28的区域内因此能够设置，基座元件26具有涂层，特别是针对以下情况，即基座元件26由玻璃制造。在这种情况下，所述涂层也能够延伸到传感器16上，并且延伸到基座元件26和传感器16之间的第二边界面32上，和/或延伸到基座元件26和壳体4之间的第一边界面30上。

此外，传感器16具有外部区域38，所述外部区域与壳体4或者说电池2的外部24处于直接的接触中。经过传感器16的外部区域38，进行了传感器16的电接触，如同参照图5和6具体说明地那样。

如同图2那样，图3展示了根据本发明的原电池2的壳体4的详细视图，其中传感器16在这种情况下是第二类型的传感器16，并且构造用于相对压力测量。传感器16又经过基座元件26间接地与壳体4耦合，并且如同参考图2说明的那样具有第一接触区域36和外部区域38，经过所述接触区域和外部区域使得传感器16一方面与电池2的内部22，并且另一方面与电池2的外部24直接地处于接触中。与图2中的实施方式相比，第二类型的传感器16没有包括基准体积34，从而相对于外部压力进行所述测量。

图4展示了另一种实施方式，在所述实施方式中传感器16，在这里例如再次是用于相对压力测量的、来自图3的第二类型的传感器16，经过第三边界面52直接耦合到壳体4处，其中，相比参考图2和3说明的实施方式没有应用基座元件26。

图5展示了原电池2的另一种实施例，其中参考图3说明的布置被扩展了其它的元件。

传感器16借助第一键合线40耦合至ASIC 42处，所述ASIC位于电路板44上。不仅传感器16而且包括ASIC 42和电路板44的评估单元位于保护壳体46的内部22中，所述保护壳体在外部的影响、例如大概压力波动或者机械的作用如变形前保护所述评估单元。替换保护壳体46也能够设置浇铸元件。利用所述浇铸元件，传感器16和评估单元由浇铸料包围。

在电路板44上能够布置有其它的元件，特别是其它的ASIC、微控制器、大约温度传感器和/或用于这样的元件的导体线路。

图6展示了其它的、作为替代方案的实施方式，在所述实施方式中仅仅电路板44的第一部件布置在保护壳体46中，并且电路板44的第二部件经过保护壳体46向外突出。为了向外的电接触，在电路板44的第二部件上设置了接触垫50。ASIC 42经过第二键合线48与接触垫50连接。作为替代方案，也能够设置钎焊球。

本发明不限于这里所说明的实施例和其中强调的方面。其实，在通过权利要求书给出的领域内，多个变型是可能的，所述变型位于专业人员的处理的框架内。

Claims (10)

1.一种具有壳体（4）的原电池（2），在所述壳体中容纳有至少一个电池卷或者电池堆，并且所述原电池具有传感器（16）以用于检测所述原电池（2）的压力，其中，所述壳体（4）具有空隙（18），所述空隙构造为在所述电池（2）的内部（22）和外部（24）之间的通孔（20），其中，所述传感器（16）在所述电池（2）的外部直接地或者间接地紧固布置在所述壳体（4）处，其中，所述传感器（16）经过所述空隙（18）与所述原电池（2）的内部（22）处于接触中，并且其中，所述传感器（16）是微机电的系统。

2.按照权利要求1所述的原电池（2），其特征在于，传感器（16）构造用于相对压力测量，或者，所述传感器（16）包括基准体积（34）并且构造用于绝对压力测量。

3.按前述权利要求中任一项所述的原电池（2），其特征在于，所述传感器（16）经过至少一个第一键合线（40）与评估单元处于连接中。

4.按前述权利要求中任一项所述的原电池（2），其特征在于，原电池（2）是棱柱形的原电池（2），并且壳体（4）由形状稳定的材料形成。

5.按前述权利要求中任一项所述的、具有基座元件（26）的原电池（2），所述基座元件具有另一个空隙（28），所述空隙与壳体（4）的空隙（18）共同形成了在所述电池（2）的内部（22）与外部（24）之间的通孔（20），其中，所述基座元件（26）使得所述传感器（16）与所述壳体（4）耦合。

6.按照权利要求5所述的原电池（2），其特征在于，基座元件（26）由玻璃制造。

7.按照权利要求5或者6所述的原电池（2），其特征在于，基座元件（26）、传感器（16）和/或在基座元件（26）和传感器（16）之间或者在基座元件（26）和壳体（4）之间的边界面（30、32）具有耐受电解质的保护层。

8.按前述权利要求中任一项所述的原电池（2），其特征在于，壳体（4）具有壳盖（6），所述壳盖形成了壳体（4）的壁部，并且传感器（16）间接地或者直接地紧固在壳盖（6）处。

9.按前述权利要求中任一项所述的原电池（2），其特征在于，传感器（16）布置在保护壳体（46）下，或者浇铸在浇铸料中。

10.一种用于制造具有壳体（4）的原电池（2）的方法，在所述壳体中容纳有至少一个电池卷或者电池堆，并且所述原电池具有传感器（16）以用于检测原电池（2）的压力，其中，所述传感器（16）是微机电的系统，所述方法具有以下步骤：

a） 提供具有空隙（18）的壳盖（6），所述空隙构造作为在所述电池（2）的内部（22）和外部（24）之间的通孔（20），

b） 在电池（2）的外部直接地或者间接地把所述传感器（16）紧固在壳盖（6）处，从而传感器（16）能够经过空隙（18）与原电池（2）的内部（22）处于接触中，

c） 引线键合所述传感器（16），以用于建立与评估电子设备的电连接并且

d） 把壳盖（6）紧固在电池（2）的壳躯体（8）处。