CN109075406B - 温度传感器、电池系统和用于安装电池系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对电池系统（1）的温度进行测量的温度传感器（5），所述电池系统用于储存电能并且用于向机动车的电动马达供给电能。所述温度传感器（5）具有传感器头（6）以及与所述传感器头电耦合的连接线（7）。所述连接线（7）中的至少一个连接线至少部分地构造为弹簧元件（8）或者形成弹簧元件（8）的至少一部分，其中，所述弹簧元件（8）构造为螺旋弹簧状或者绞合的结构。此外，本发明涉及一种电池系统（1），该电池系统具有至少一个用于对至少一个电池单池（3）的温度进行测量的温度传感器（5），其中，所述温度传感器（5）具有至少一个弹簧元件（8），所述至少一个弹簧元件机械地连接到所述温度传感器（5）的传感器头（6）上并且如此被固定在电池管理系统（4）上，使得所述传感器头（6）由所述弹簧元件（8）挤压到所述电池系统（1）的电池单元（2）上的测量点（9）上。此外，本发明涉及一种用于安装这样的电池系统（1）的方法。

Description

温度传感器、电池系统和用于安装电池系统的方法
背景技术
电池系统、尤其是锂离子电池系统经常用作用于混合动力车或者电动车的驱动马达的蓄能器。熟知的锂离子电池系统具有多个锂离子电池单池，所述锂离子电池单池彼此电串联连接并且/或者并联连接。为了保证运行可靠性，这样的电池系统具有电池管理系统，借助于所述电池管理系统能够监控所述电池单池或者所述电池单池的参数、像比如电压、电流和电荷。
为了保证最佳的效率或者尽可能小的老化以及高的运行可靠性，已经经过考验的是，对电池系统的温度进行监控并且由此能够在预先给定的温度窗口之内调节所述电池系统的运行。在此，尤其对于各个电池单池的温度的监控很重要。在所述电池单池的所获取的温度的基础上，比如能够将用于对所述电池单池进行冷却的冷却装置调节到最佳的工作温度。此外，所获取的温度能够提供给所述电池管理系统，以用于在与温度有关的电池单池参数、像比如内电阻或者电流极限的基础上对所述电池单池进行效率预测。最后，由于锂离子电池单池中的锂的高的化学活性，为了保证运行可靠性而特别重要的是，所述电池单池不超过预先给定的最大温度，因为在所述最大温度之上存在提高的爆炸危险。
在实际上为了降低成本而已经经受考验的是，对于具有大量电池单池的电池系统来说借助于温度传感器在所述电池系统中对仅仅少数电池单池的温度进行监控或者对少数测量点上的温度进行监控。因此，为了将温度传感器集成到所述电池系统中，应该对所述温度传感器良好地热连接到所述测量点上的情况以及电耦合到所述电池管理系统上的情况加以考虑。热连接比如能够通过将所述温度传感器机械地压紧到所述测量点上或者像比如通过钎焊、熔焊、拧紧或者粘接进行的固定来建立。对于电耦合来说，使用插头系统、集成到柔性薄膜（Flexfolien）中或者将所述温度传感器的连接线钎焊到所述电池管理系统上。
对于所熟知的电池系统来说，所述温度传感器的集成尤其在借助于插头系统进行电耦合时经常引起高的成本。为了尤其是通过拧紧、钎焊或者铆接将所述温度传感器机械地连接到所述测量点上，经常需要所述测量点的麻烦的改动。与电池单池的直接的接触在此通常(i.d.R)是不可能的。此外，所熟知的温度传感器构造为刚性的或者基本上刚性的结构，因而在集成所述温度传感器时必须对测量点与所述温度传感器在所述电池管理系统上的连接点之间的间距的、已经小的偏差加以考虑，以用于保证对于温度的最佳的测量并且比如避免温度传感器与测量点之间的缝隙。此外，电池系统变得越来越复杂并且经常具有小的、用于温度传感器的结构空间，因而不一定使用符合标准的、而是专门地构造的温度传感器。这同样引起高的制造成本以及高的认证开销。
发明内容
本发明涉及一种按照权利要求1所述的用于对电池系统中的温度进行测量的温度传感器、一种按照权利要求4所述的用于储存电能并且用于向电动马达供给电能的电池系统以及一种按照权利要求10所述的用于安装这样的电池系统的方法。本发明的另外的特征和细节从从属权利要求、说明书和附图中得出。在此，结合所述按本发明的温度传感器所描述的特征和细节当然也结合所述按本发明的电池系统和所述按本发明的方法而适用并且相应地反之亦然，因而关于与各个发明方面相关的公开内容始终相互参照或者能够相互参照。
按照本发明的第一方面，提供一种用于对电池系统中的温度进行测量的温度传感器，所述电池系统用于储存电能并且用于向机动车的电动马达供给电能。所述温度传感器具有传感器头以及与所述传感器头电耦合的连接线。优选所述温度传感器具有两个连接线。所述连接线中的至少一个连接线至少部分地构造为弹簧元件或者形成弹簧元件的至少一部分，其中，所述弹簧元件构造为螺旋弹簧状或者绞合（verdrillt）的结构。
所述传感器头能够为了测量温度而与电池系统的测量点相接触。所述连接线尤其借助于钎焊与电池系统的电池管理系统如此电耦合，使得由所述传感器头所记录的温度能够通过电信号、比如根据所述温度传感器的变化的内电阻来提供给所述电池管理系统。
所述温度传感器具有至少一个拥有优选线性的弹簧常数的弹簧元件。优选所述弹簧元件构造用于沿着直线向里弹跳并且向外弹跳。弹簧力由此在与所述弹簧元件的压缩程度（Stauchungsgrad）无关的情况下始终指向同一个方向。所述弹簧元件机械地连接到所述传感器头上。这意味着，在所述弹簧元件中所储存的弹簧力被传递给所述传感器头。由此，所述传感器头能够通过所述弹簧元件用其弹簧力挤压到所述测量点上。优选如此测定所述弹簧力，从而避免所述传感器头比如由于在车辆的行驶期间的机械振动而从所述测量点上松脱。按照本发明能够规定，所述弹簧元件和所述连接线是不同的构件。在这种情况下优选的是，所述连接线具有至少一个柔性的或者容易变形的部分区域，在所述部分区域中，所述连接线比如构造为电缆状，以用于不会阻止所述弹簧元件的弹簧运动或者所述传感器头相对于所述电池管理系统的相对的可运动性。
所述按本发明的温度传感器具有以下优点：它能够用简单的措施并且成本低廉地制造或者安装，其中通过所述弹簧元件能够保证将所述传感器头线性地压紧到电池系统内部的测量点上并且由此可靠地测量所述温度。此外，这样的具有弹簧元件的温度传感器能够作为标准构件来提供并且尤其是在结构空间大受限制时并且在电池系统的电池单元与电池管理系统之间的间距可变时能够用于不同地构造的电池系统。
优选所述弹簧元件至少部分地由至少两个连接线的绞合（Verdrillung）所形成。为了避免短路，优选的是，所述连接线中的至少一个连接线具有外部的电绝缘层。通过所述绞合，所述连接线一起形成所述弹簧元件并且具有一种几何形状，该几何形状具有特别有利的有弹簧弹性的特性。由此，以简单的并且成本低廉的方式和方法来保证，所述温度传感器的传感器头能够用预先给定的或者足够的压力朝电池系统内部的测量点挤压。
特别优选所述温度传感器构造为NTC传感器。NTC传感器具有随着所述传感器头上的温度升高而减小的内电阻。这样的温度传感器成本低廉并且能够用简单的措施来制造并且良好地适合于对电池单元或者电池单池、尤其是锂离子电池单元或者锂离子电池单池进行温度测量。
按照本发明的第二方面，提供一种用于储存电能并且用于向机动车的电动马达供给电能的电池系统。所述电池系统具有：拥有至少一个能够充电的电池单池的电池单元、用于对所述电池系统进行监控的电池管理系统以及至少一个用于对所述至少一个电池单池的温度进行测量的温度传感器。所述温度传感器具有传感器头以及与所述传感器头电耦合的连接线。此外，所述温度传感器具有至少一个弹簧元件，所述至少一个弹簧元件机械地连接到所述传感器头上并且如此被固定在所述电池管理系统上，使得所述传感器头由所述弹簧元件挤压到所述至少一个电池单池的测量点上。
所述电池系统优选是本身封闭的系统，该系统为了防止外部的影响、像比如机械负荷或者湿气而比如被系统壳体围住或者包围并且具有用于接收或者输出电能的连接极。所述电池系统优选构造用于向机动车、像比如混合动力车或者电动车的电动马达供给电能。
所述电池单元具有至少一个能充电的电池单池、像比如锂离子电池单池。优选所述电池单池具有多个这样的电池单池，所述电池单池比如借助于所熟知的用于电池单池的单池连接器来彼此串联地或者并联地联接或者耦合，以用于提供所述电池单元的特定的额定电压以及额定电流强度。所述电池管理系统构造用于对所述电池系统进行监控。
为了测量所述至少一个电池单池的温度，所述电池系统具有至少一个带有传感器头的温度传感器以及与所述传感器头电耦合的连接线。所述传感器头为了测量温度而与所述电池系统的测量点处于接触之中。优选所述电池系统具有多个温度传感器，所述温度传感器为了测量不同的测量点的温度、尤其是为了确定不同的电池单池的温度而彼此隔开地布置在所述电池系统中。所述连接线尤其是借助于钎焊与所述电池管理系统如此电耦合，使得由所述传感器头所记录的温度能够通过电信号来提供给所述电池管理系统。
所述温度传感器具有至少一个拥有优选线性的弹簧常数的弹簧元件。优选所述弹簧元件构造用于沿着直线向里弹跳并且向外弹跳。由此，弹簧力能够在与所述弹簧元件的压缩程度无关的情况下始终指向同一个方向。所述弹簧元件机械地连接到所述传感器头上。这意味着，在所述弹簧元件中所储存的弹簧力被传递给所述传感器头。由此，所述传感器头通过所述弹簧元件用其弹簧力被挤压到所述测量点上。优选如此测定所述弹簧力，从而避免所述传感器头比如由于在车辆的行驶期间的机械振动而从所述测量点上松脱。按本发明能够规定，所述弹簧元件和所述连接线是不同的构件。在这种情况下优选的是，所述连接线具有至少一个柔性的或者容易地变形的部分区域，在所述部分区域中，所述连接线比如构造为电缆状，以用于不会阻止所述弹簧元件的弹簧运动或者所述传感器头相对于电池管理系统的相对的可运动性。
所述按本发明的电池系统具有以下优点：它能够用简单的措施并且成本低廉地安装，其中通过所述弹簧元件来保证将所述传感器头压紧到所述测量点上并且由此可靠地测量所述温度。此外，这样的具有弹簧元件的温度传感器能够作为标准构件来提供并且尤其是在结构空间大受限制时并且在电池单元与电池管理系统之间的间距可变时能够用于不同地构造的电池系统。
按照本发明的一种优选的改进方案，对于电池系统来说能够规定，所述温度传感器的连接线中的至少一个连接线至少部分地构造为所述弹簧元件。对于至少一个至少部分地构造为弹簧元件的连接线来说，不再需要单独的、用于将所述传感器头压紧到所述测量点上的弹簧元件。优选所有连接线各自或者一起构造为弹簧元件。所述构造为弹簧元件的连接线优选具有一种拥有良好的有弹簧弹性的并且导电的特性的材料。按照本发明能够规定，连接线具有多种材料，其中在这些材料中至少一个第一种材料具有特别好的导电性并且第二种材料具有特别好的有弹簧弹性的特性。这样的温度传感器能够用简单的措施并且成本低廉地制造，尤其是因为不需要额外的构件。
优选对于按本发明的电池系统来说，至少两个连接线彼此绞合。为了避免短路而优选的是，所述连接线中的至少一个连接线具有外部的电绝缘层。通过所述绞合，所述连接线一起形成所述弹簧元件并且具有一种几何形状，该几何形状拥有特别有利的有弹簧弹性的特性。由此，能够以简单的并且成本低廉的方式和方法来保证，所述温度传感器的传感器头以预先给定的或者足够的压力被朝所述测量点挤压。
对于按本发明的电池系统来说，能够进一步优选规定，所述至少一个弹簧元件构造为螺旋弹簧状和/或绞合的结构。“螺旋弹簧状”按照本发明是指一种几何形状，该几何形状构造为螺旋状地围绕着中心的纵轴线缠绕的结构。在此，按照本发明优选的是，所述弹簧元件相对于所述纵轴线的间距沿着所述纵轴线是恒定或者基本上是恒定的。这样的弹簧元件能够用简单的措施并且成本低廉地制造。
按照本发明的一种优选的改进方案，所述电池单元的至少一个测量点构造在所述电池单元的单池壳体、单池连接器或者单池盖上。作为替代方案或者补充方案，至少一个测量点能够直接构造在电池单池上。对于多个测量点来说，优选的是，所述测量点均匀地或者基本上均匀地分布。所述测量点越近地构造在所述电池单池处，就能够越精确地测量所述电池单池的温度。这样的尤其是处于单池壳体或者单池盖上的测量点具有以下优点：这些测量点直接与所述电池管理系统相邻。
按照本发明能够规定，所述连接线与所述电池管理系统的电路板电耦合并且/或者被保持在所述电池管理系统的电路板上。优选所述电路板构造用于接纳所述电池管理系统的另外的电子的组件或者模块。进一步优选所述电路板布置在所述电池管理系统的朝向电池单元的一侧上。优选所述连接线通过所述电耦合比如借助于钎焊点或者熔焊点被保持在所述电路板上。这样的布置成本低廉并且能够用简单的措施来制造或者安装。
对于按本发明的电池系统来说，优选传感器头尤其是借助于胶粘剂被固定在测量点上。作为替代方案，所述传感器头也能够通过其它的所熟知的措施、比如借助于钎焊点和/或熔焊点、夹紧连接或者类似连接被固定在所述测量点上。所述传感器头的、这样的在测量点上的固定具有以下优点：所述传感器头用简单的措施并且成本低廉地得到固定，以防止无意地从所述测量点上提起来。通过这种方式来保证特别可靠地测量所述温度。
按照本发明的一种优选的实施方式，对于电池系统来说所述电池单元在所述测量点上具有第一接触面，所述第一接触面与所述传感器头的第二接触面如此相一致，从而构造了电池单元和传感器头的共同的接触面。这意味着，所述第一接触面和所述第二接触面比如构造为板状或者平坦状。作为替代方案，所述第一接触面比如凹入地并且所述第二接触面凸出地构造有相一致的弯曲半径。由此，用简单的措施并且成本低廉地保证，所述第一接触面和所述第二接触面具有尽可能大的共同的接触面。由此保证良好的热传导并且由此保证特别可靠地测量所述测量点上的温度。
所有关于按照本发明的第一方面的温度传感器已经提到的优点当然也适用于按照本发明的第二方面的电池系统。
按照本发明的第三方面，提供一种用于安装按本发明的电池系统的方法。所述方法具有以下步骤：
-提供具有至少一个电池单池的电池单元；
-提供用于对所述电池系统进行监控的电池管理系统；
-将温度传感器的连接线电耦合并且机械地固定到所述电池管理系统上；并且
-如此相对于所述电池单元来布置所述电池管理系统，使得所述温度传感器的、背向于电池管理系统的传感器头由所述温度传感器的至少一个弹簧元件朝所述电池单元的测量点挤压。
优选提供一种具有多个彼此串联地并且/或者并联地连接的电池单池的电池单元。所述电池单元优选提供有将所述电池单池包围的单池壳体。所述电池管理系统具有用于连接或者电耦合所述至少一个温度传感器的连接线的连接点。所述电耦合优选通过钎焊、熔焊或者插接来进行。所述机械的固定优选借助于所述电耦合来进行。在将所述电池管理系统布置在所述电池单元上时如此对所述弹簧元件进行压缩，从而形成优选预定义的或者基本上预定义的弹簧力，所述弹簧力将所述传感器头朝所述测量点挤压并且由此阻止或者防止所述传感器头从所述测量点上提起来。优选所述传感器头通过另外的措施、像比如借助于粘合剂来固定在所述测量点上。用所述按本发明的方法能够用简单的措施并且成本低廉地安装电池系统，其中保证将所述传感器头附着在所述测量点上。此外，所述按本发明的方法具有所有已经结合按照本发明的第二方面的按本发明的电池系统描述过的优点。
附图说明
下面借助于附图对按本发明的电池系统的优选的实施方式进行更详细解释。附图相应地示意性地示出：
图1以侧视图示出了按本发明的电池系统的一种优选的实施方式；
图2a以侧视图示出了温度传感器的第一种实施方式；
图2b以侧视图示出了温度传感器的第二种实施方式；
图2c以侧视图示出了温度传感器的第三种实施方式；
图3a以侧视图示出了具有图2a的温度传感器的传感器装置；并且
图3b以侧视图示出了具有图2b的温度传感器的传感器装置。
具体实施方式
图1以侧视图示意性地示出了按本发明的电池单池1的一种优选的实施方式。所述电池单池1具有电池单元2，该电池单元则拥有多个彼此联接的电池单池3以及用于对所述电池系统1进行监控的电池管理系统4。所述电池单元2具有一拥有单池盖11的单池壳体10。在所述电池管理系统4与所述单池盖11之间布置多个拥有传感器头6的温度传感器5以及两个构造为弹簧元件8的连接线7。所述弹簧元件8如此被压缩，从而用预定义的力将所述传感器头6朝所述电池盖11上的测量点9挤压。由此保证对所述测量点9上的温度进行可靠的测量。
在图2a中示意性地以侧视图示出了按本发明的温度传感器5的第一种实施方式。所述温度传感器5具有一拥有椭圆形的纵剖面的传感器头6以及两个并排地布置的连接线7，所述连接线与所述传感器头6通电地耦合并且分别构造为彼此分开地绞合的弹簧元件8。
按本发明的温度传感器5的在图2b中示意性地以侧视图示出的第二种实施方式具有一拥有矩形的或者正方形的纵剖面的传感器头6以及两个并排地布置的连接线7，所述连接线与所述传感器头6通电地耦合并且分别构造为彼此分开地绞合的弹簧元件8。
在图2c中以侧视图示意性地示出了按本发明的温度传感器5的第三种实施方式。所述温度传感器5具有一拥有椭圆形的纵剖面的传感器头6以及两个并排地布置的连接线7，所述连接线与所述传感器头6通电地耦合。所述连接线7分别在与所述传感器头6相邻的区域中构造为绞合的弹簧元件8。当然，按照本发明在这种实施方式中也能够设置具有矩形的或者正方形的纵剖面的传感器头6。
在图3a中示意性地以侧视图示出了具有按照第一种实施方式的温度传感器5的传感器装置。所述平行于弹簧元件8并排地布置的单独地绞合的连接线7的、背向于拥有椭圆形的纵剖面的传感器头6的端部与未进一步示出的电池管理系统4的电路板12通电地耦合并且由此机械地被保持在所述电路板12上。所述传感器头6安放在未进一步示出的电池单元2的单池盖11的测量点9上。所述弹簧元件8如此被压缩，从而用所定义的或者基本上所定义的力将所述传感器头6朝所述测量点9挤压。
在图3b中示意性地以侧视图示出了具有按照第二种实施方式的温度传感器5的传感器装置。所述平行于弹簧元件8并排地布置的单独地绞合的连接线7的、背向于拥有矩形的或者正方形的纵剖面的传感器头6的端部与未进一步示出的电池管理系统4的电路板12通电地耦合并且由此机械地被保持在所述电路板12上。所述传感器头6安放在未进一步示出的电池单元2的单池盖11的测量点9上。所述弹簧元件8如此被压缩，从而用所定义的或者基本上所定义的力将所述传感器头6朝所述测量点9挤压。按照第二种实施方式的传感器头6与所述单池盖11具有比按照第一种实施方式的在图3a中示出的传感器头6大的共同的接触面。

Claims (11)

1.用于储存电能并且用于向机动车的电动马达供给电能的电池系统（1），具有：拥有至少一个能充电的电池单池（3）的电池单元（2）、以及用于对所述至少一个电池单池（3）的温度进行测量的温度传感器（5），其中，所述温度传感器具有传感器头（6）以及与所述传感器头（6）电耦合的连接线（7），
其中，
所述连接线（7）中的至少一个连接线至少部分地构造为弹簧元件（8）或者形成弹簧元件（8）的至少一部分，其中，所述弹簧元件（8）构造为螺旋弹簧状或者绞合的结构，并且其中，所述传感器头（6）由所述弹簧元件（8）挤压到所述至少一个电池单池（3）的测量点（9）上。
2.按权利要求1所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述弹簧元件（8）至少部分地由至少两个连接线（7）的绞合形成。
3.按权利要求1或2所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述温度传感器（5）构造为NTC传感器。
4.用于储存电能并且用于向机动车的电动马达供给电能的电池系统（1），具有：拥有至少一个能充电的电池单池（3）的电池单元（2）、用于对所述电池系统（1）进行监控的电池管理系统（4）以及至少一个用于对所述至少一个电池单池（3）的温度进行测量的温度传感器（5），其中，所述温度传感器（5）具有传感器头（6）以及与所述传感器头（6）电耦合的连接线（7），
其特征在于，
所述温度传感器（5）具有至少一个弹簧元件（8），所述至少一个弹簧元件机械地连接到传感器头（6）上并且如此被固定在电池管理系统（4）上，使得所述传感器头（6）由所述弹簧元件（8）挤压到所述至少一个电池单池（3）的测量点（9）上。
5.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述温度传感器（5）具有传感器头（6）以及与所述传感器头电耦合的连接线（7），
其特征在于，所述连接线（7）中的至少一个连接线至少部分地构造为弹簧元件（8）或者形成弹簧元件（8）的至少一部分，其中，所述弹簧元件（8）构造为螺旋弹簧状或者绞合的结构。
6.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述电池单元（2）的至少一个测量点（9）构造在所述电池单元（2）的单池壳体（10）、单池连接器或者单池盖（11）上。
7.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述连接线与所述电池管理系统（4）的电路板（12）电耦合并且/或者被保持在所述电池管理系统（4）的电路板（12）上。
8.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述传感器头（6）尤其是借助于胶粘剂被固定在所述测量点（9）上。
9.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，
所述电池单元（2）在所述测量点（9）上具有第一接触面，所述第一接触面与所述传感器头（6）的第二接触面如此相一致，从而构造电池单元（2）和传感器头（6）的共同的接触面。
10.用于安装按照权利要求1所述的电池系统（1）的方法，具有以下步骤：
-提供具有至少一个电池单池（3）的电池单元（2）；
-提供用于对所述电池系统（1）进行监控的电池管理系统（4）；
-将温度传感器（5）的连接线（7）电耦合并且机械地固定到所述电池管理系统（4）上；并且
-如此相对于所述电池单元（2）布置所述电池管理系统（4），使得所述温度传感器（5）的背向于电池管理系统（4）的传感器头（6）由所述温度传感器（5）的至少一个弹簧元件（8）朝所述电池单元（2）的测量点（9）挤压。
11.按权利要求4所述的电池系统（1），
其特征在于，所述传感器头（6）借助于粘合剂来固定在所述测量点上。
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