CN111095009A - 具有集成传感器和/或致动器的电化学电池和电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电化学电池和包括一个或更多个电化学电池的电池组，其具有集成的传感器和/或致动器，尤其包括用于监测电化学电池或锂离子电池组的运行和/或在这种电池或这种电池组中触发动作的应用，以保护电池或电池组。电化学电池(1)包括限定内部容积的封闭壳体(2)和布置在其中的梁(3)，梁具有分别连接到容纳隔板的两个正电输出端子和负电输出端子的交替的正电极和负电极，梁(3)被浸渍有电解质并且还通过连接装置(4)连接到电输出端子中的一个电输出端子(5)。它还包括一个或更多个自供电传感器和/或致动器元件(20至24)，每个被布置成与选自壳体(2)、梁(3)、连接装置(4)和输出端子(5)中的一个部件接触，并且能够测量相对于其周围环境的物理或化学量值，和/或对其周围环境产生物理作用或物理效应。

Description

具有集成传感器和/或致动器的电化学电池和电池组
技术领域
本发明涉及一种电化学电池和一种具有一个或更多个电化学电池的电池组，所述电化学电池具有内置的传感器和/或致动器。本发明特别应用于监测电化学电池或锂离子电池的运行，和/或用于触发这种电化学电池或这种电池组中的动作，目的在于确保电池或电池组的安全。
背景技术
在电池组中布置传感器以例如检测温度的升高是已知的。更一般地，在电池组中设置传感器以便帮助管理电池组和/或电池组中包含的电化学电池的安全性是已知的。
然而，已知的设备通常需要辅助布线系统，用于传感器的供电，以及用于传感器和外部之间的通信，也就是说，由传感器向外部发送信息以及由传感器接收源自外部的信息。
更一般地，已知的设备需要使用复杂的设备，而且对其包括的电池组或电化学电池的电化学性能有影响，以便能够访问关于电池组或其电化学电池的运行的关键信息。
这种复杂的设备和上述布线系统实际上需要在电化学电池的壳体中使用密封的布线引线，布线引线是故障或内部或外部污染的来源，特别是在电池的核心处使用布线引线的情况下。
然而，这种关键信息非常重要，尤其是有助于理解电化学电池中正在发生的情况，以及有助于管理这些电池的安全性和寿命，例如，在可能引起火灾或可能由于机械冲击(振动、冲击等)而引起的不正确使用的情况下，确保电池组或电池组中的一个电池的安全性。在这种不正确使用的情况下，上述布线和/或通信系统本身可能失效。
能够收集的一些重要的关键信息来源于电化学电池的以下部件或区域：在该部件或区域，难以在对电池的运行没有冲击的情况下获得访问权限。在传感器没有位于重要位置诸如电化学电池的核心处的情况下，所收集的信息是不准确的。
而且，例如在诸如以上讨论的不正确使用的情况下，重要的是在电池组或电化学电池的某些位置处设置致动机构，以便在电池的最核心处起作用，从而确保后者的安全。
发明内容
因此，本发明的目的之一是特别解决上述问题。特别地，本发明的目的是提供一种电化学电池和电池组，电化学电池和电池组设置有用于测量信息和/或致动的装置，用于监测电池或电池组的运行和/或影响电池或电池组的运行的装置，以便确保电池或电池组的安全。
因此，本发明提供了一种电化学电池，电化学电池包括限定内部容积的封闭壳体，在所述内部容积中布置有电极板组，所述电极板组包括分别连接到正电输出端子和负电输出端子的并且位于隔板两侧的交替的正电极和负电极，所述电极板组被电解质浸渍，并且还通过连接装置连接到每个电输出端子。
电化学电池还包括一个或更多个自供电传感器和/或致动器元件，每个自供电传感器和/或致动器元件布置成与包括壳体、电极板组、连接装置和输出端子的组中的一个接触，并且能够测量与其环境相关的物理或化学量和/或对其环境产生作用或物理效应的物理或化学量。
在现有技术中，传感器和/或致动器由电化学电池本身或由外部电源供电，与现有技术不同，向根据本发明的电化学电池中内置的传感器和/或致动器供应的电力不依赖于由包含其的电化学电池产生的能量，而是来自其自身的自主电源，因此独立于来自电化学电池的任何电源。
更具体地说，术语“自供电”是指传感器和/或致动器元件具有它们自己的电源，并且既不由包含其的电化学电池供电，也不由外部电源供电。因此，传感器和/或致动器元件包括内部电源系统，例如二次电池和/或一次电池类型的内部电源系统。
根据一些实施例，电化学电池还包括单独采用地或根据所有技术上可能的组合的一个或更多个以下特征：
-至少一个传感器和/或致动器元件包括所述二次电池和/或一次电池类型的供电系统；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够测量被检测气体或液体的量、和/或被检测气体或液体的成分、和/或盐浓度、和/或电导率、和/或机械应力、和/或温度、和/或压力、和/或机械变形、和/或电势的传感器；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够产生位移、和/或力、和/或温度变化、和/或压力变化、和/或电流、和/或电压、和/或一种或更多种物质或一种或更多种化合物的释放、和/或电磁信号的发出、和/或机械信号的发出的致动器；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够根据外部命令和/或在达到由所述至少一个传感器和/或致动器元件或由另一所述传感器和/或致动器元件测量的阈值时，对其环境产生作用或物理效应的致动器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够存储信息的存储器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够从外部无线地接收信息的接收器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够将信息无线地发射到外部的发射器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件能够从第一功耗等级模式(或睡眠模式)和大于第一功耗等级的第二功耗等级模式(或运行模式)中的一个切换到另一个；
-传感器和/或致动器元件能够在-40℃至+250℃，且优选-20℃至+80℃的温度范围上运行；
-传感器和/或致动器元件能够在相对于外部压力的相对压力(基本上等于15巴)下运行；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有内接在小于或等于125mm3的体积内的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有最大尺寸小于或等于5mm的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有内接在小于或等于5mm3，优选地小于或等于1mm3的体积中的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有最大尺寸基本上在1000μm和100nm之间的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被封装在，或全部或部分涂覆有用于相对于其环境进行化学保护和/或绝缘的材料，诸如例如铝、金属合金等金属材料、陶瓷材料、聚合物，金属合金为例如不锈钢，聚合物为例如聚烯烃；
-至少一个传感器和/或致动器元件在其表面处集成到与其接触的部件的材料中，或者例如通过粘合或嵌入成型或焊接与其一体地制成；
-电化学电池是锂离子型的；
-电极板组围绕轴向卷绕轴卷绕，且至少一个传感器和/或致动器元件被布置成与轴向卷绕轴接触；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置在与正电极和/或负电极和/或隔板接触的电极板组的一个端部处；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置在位于壳体和电极板组的一个端部之间的未占用空间中，诸如断路器区域或电流连接区域；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置在电流连接区域中，与连接装置和/或输出端子接触；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置在电极板组的芯部，与正电极和/或负电极和/或隔板接触，和/或被布置在电解质中；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置成抵靠壳体且在壳体外部；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被布置成抵靠壳体外部的至少一个输出端子；
-根据一个有利的实施例，电化学电池包括限定内部容积的封闭壳体，在该内部容积内布置有电极板组，该电极板组包括分别连接到两个正电输出端子和负电输出端子并布置在隔板两侧上的交替的正电极和负电极，所述电极板组浸渍有电解质并通过连接装置连接到一个电输出端子，电化学电池包括一个或更多个传感器和/或致动器元件，每个传感器和/或致动器元件布置成与包括壳体、电极板组、连接装置和输出端子的组内的部件接触，并且能够测量与其环境相关的物理量或化学量和/或对其环境产生作用或物理效应，并且其中至少一个传感器和/或致动器元件是自供电的。
根据第二方面，本发明还提供一种电池组，该电池组包括并联和/或串联电连接的一个或更多个电化学电池，至少一个电化学电池是如上所述的电化学电池。
在第三方面，本发明还涉及一种电池组，该电池组包括并联和/或串联电连接的多个电化学电池。
在第一变型中，至少两个电化学电池布置在支撑结构中，并且电池组至少包括布置成与支撑结构接触的第一自供电传感器和/或致动器元件，该第一自供电传感器和/或致动器元件能够测量与其环境相关的物理量和/或对其环境产生作用或物理效应。
根据该第一变型的一些实施例，电池组还包括单独采用地或根据所有技术上可能的组合的一个或更多个以下特征：
-支撑结构包括结构零件，诸如第一保持板和第二保持板，在第一保持板和第二保持板之间布置电化学电池，并且第一传感器和/或致动器元件被布置成与一个所述结构零件接触；
支撑结构包括具有多个壁的外壳，并且第一传感器和/或致动器元件被布置成与外壳的一个壁接触；
第一传感器和/或致动器元件被内置到支撑结构中，或者例如通过粘合或嵌入成型或焊接而与所述支撑结构的表面成为一体。
在第二变型中，至少两个电化学电池通过电连接零件电连接在一起，并且电池组还包括至少一个第二自供电传感器和/或致动器，第二自供电传感器和/或致动器被布置成与电连接零件接触，能够测量与其环境相关的物理量和/或对其环境产生作用或物理效应。
根据该第二变型的一个实施例，第二传感器和/或致动器元件集成到电连接零件中，或者例如通过粘合或嵌入成型或焊接与所述电连接零件的表面成为一体。
根据第一变型或第二变型的一些实施例，电池组还包括单独采用地或根据所有技术上可能的组合的一个或更多个以下特征：
-所述至少一个传感器和/或致动器元件包括所述二次电池和/或一次电池类型的供电系统；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够测量被检测气体或液体的量、和/或被检测气体或液体的成分、和/或盐浓度、和/或电导率、和/或机械应力、和/或温度、和/或压力、和/或机械变形、和/或电势的传感器；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够产生位移，和/或力，和/或温度变化，和/或压力变化，和/或电流，和/或电压，和/或一种或更多种物质或一种或更多种化合物的释放，和/或电磁信号的发出，和/或机械信号的发出的致动器；
-至少一个传感器和/或致动器元件是能够根据外部命令和/或在达到由所述至少一个传感器和/或致动器元件或由另一所述传感器和/或致动器元件测量的阈值时，对其环境产生作用或物理效应的致动器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够存储信息的存储器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够从外部无线地接收信息的接收器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件包括能够将信息无线地发射到外部的发射器；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件能够从第一功耗等级模式(或睡眠模式)和大于第一功耗等级的第二功耗等级模式(或操作模式)中的一个切换到另一个；
-传感器和/或致动器元件能够在-40℃至+250℃，且优选-20℃至+80℃的温度范围上运行；
-传感器和/或致动器元件能够在相对于外部压力的相对压力(基本上等于15巴)下运行；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有内接在小于或等于125mm3的体积内的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有最大尺寸小于或等于5mm的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有内接在小于或等于5mm3，优选小于或等于1mm3的体积中的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件具有最大尺寸基本上在1000μm和100nm之间的形状；
-至少一个所述传感器和/或致动器元件被封装在，或全部或部分涂覆有用于相对于其环境进行化学保护和/或绝缘的材料，诸如例如铝、金属合金等金属材料、陶瓷材料、聚合物，金属合金为例如不锈钢，聚合物为例如聚烯烃。
因此，根据本发明的电化学电池和电池组能够以完全自主的方式，以精确的方式并且不影响电池或电池组的运行来收集关键信息和/或执行特定动作，以便监测电池或电池组的运行和/或作用于其运行，以便能够确保该电池或电池组的安全性。的确，为了实现这一点，根据本发明的电化学电池和电池组不需要辅助的有线电源或通信系统，也不需要复杂的设备，这些设备在异常运行情况下可能是有缺陷的。
此外，不必在电化学电池壳体上使用密封的电线引线的事实消除了在电化学电池中心处使用密封的电线引线的情况下，内部故障或外部故障或污染的来源。
关键信息的内部收集不会影响电池的电化学性能，因此不会影响电池组的电化学性能。
由传感器元件提供信息和/或由致动器元件采取的动作尽可能在靠近反应发生的地方进行，这使得可以获得高度精确的信息和/或以高度精确的方式进行动作，从而最小化测量动力学，并因此基本上不影响电化学电池的测量或性能，诸如比能量密度和体积能量密度。
传感器和/或致动器元件的微米或甚至纳米尺寸允许集成到诸如电化学电池的芯部处(特别是集成到电极板组中)等重要的区域中。
在致动器元件的情况下，这提供了通过产生能够在潜在异常情况期间确保该电池的安全性的物理化学现象而作用于电化学电池的芯部处的可能性。
通过阅读以下描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，所述描述通过非限制性示例的方式，参考以下附图给出。
附图说明
图1：以横截面观察的根据本发明的电化学电池的示例的图示；
图2：根据本发明的电池组的示例的图示。
具体实施方式
在本说明书中，图1示出了通常为圆柱形形状的锂离子电化学电池的示例，图2示出了包括几个这种电化学电池的电池组。然而，除了明确提及的情况，本说明书中提出的所有注意事项适用于具有除锂离子电池之外的类型、并且具有不同于严格圆柱形形状的其它形状的电化学电池，以及包含其它类型的电化学电池的电池组。
图1示出了根据本发明的电化学电池1的示例，其为Li离子型，并且通常具有圆柱形的形状。
电池1包括限定内部容积的封闭壳体2，电极板组3布置在内部容积中。该电极板组3包括分别连接到包含输出端子5的正电输出端子和负电输出端子的交替的正电极和负电极，且正电极和负电极围绕隔板。电极板组3浸渍有电解质。此外，该电极板组3通过连接装置4连接到电输出端子5。
图2示出了包括几个电化学电池的电池组，其中只有电池1和电池10具有附图标记。图2中的电池组的电池1与图1中所示的电池1相同。电池10和其它未提及的电池也可以与电池1相同，尤其是在根据本发明的传感器和/或致动器元件的集成方面，如将在下文中更详细地描述的，或者电池10和其它未提及的电池也可以与电池1不同，也就是说不包含这样的传感器和/或致动器元件，或者仅集成这样的传感器和/或致动器元件的一部分，或者集成这样的传感器和/或致动器元件但不同地定位。
因此，电池1包括至少一个传感器和/或致动器元件，传感器和/或致动器元件被布置成与电池1的部件2至部件5中的一个接触。该传感器和/或致动器元件在其传感器功能中能够测量与其环境相关的物理量或化学量，和/或在其致动器功能方面能够对其环境产生作用或物理效应。
因此，电池1的相关部件2至5是壳体2、电极板组3、连接装置4和至少一个输出端子。可选地，在通常为圆柱形的电化学电池1的情况下，电极板组3围绕轴向卷绕轴6卷绕，并且该轴向卷绕轴6可以是相关部件列表的一部分，因此传感器和/或致动器元件与该轴向卷绕轴6接触。
在所示的示例中，七个传感器和/或致动器元件20至26被示出与电池1的部件2至6中的一个接触。
因此：
-传感器和/或致动器元件20被布置成与卷绕轴6接触；
-传感器和/或致动器元件21被布置成与连接装置4接触，例如在电极板组3的一个端部处与正电极和/或负电极和/或隔板接触；
-传感器和/或致动器元件22，24均设置在位于壳体2与电极板组3的一个端部之间的未占用空间中，例如用于传感器和/或致动器元件22的断路器区域7和用于传感器和/或致动器元件24的电流连接区域8(在这种情况下，传感器和/或致动器元件24例如与连接装置4和/或输出端子5接触)；
-传感器和/或致动器元件23布置成与电极板组3接触，例如在该电极板组3的芯部处，与正电极和/或负电极和/或隔板接触，和/或布置在电解质中；
-传感器和/或致动器元件25(在图2中可见)布置成在壳体2外部与壳体2接触；
-传感器和/或致动器元件26被布置成在壳体2外部与两个输出端子5，9中的至少一个接触。
传感器和/或致动器元件20可以更精确地定位在未占用空间区域中，在轴向卷绕轴6处，与后者接触，并且可选地与该区域中的游离电解质和/或游离气体接触。
这种定位允许传感器和/或致动器元件20在其传感器功能中优先提供与所讨论的区域中的气体或液体的压力、温度或化学成分有关的信息。在其致动器的功能中，传感器和/或致动器元件20可以例如产生电流或电压、应力、力、机械位移、物质或化合物的释放、或者电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件21可以更精确地定位，以便与正极和/或负极和/或隔板集成一体，在该区域中与游离电解质和/或游离气体接触或接触。
在其传感器功能中，这种定位允许传感器和/或致动器元件21优先提供电压、压力、温度或该区域中气体或液体的化学成分。在其致动器功能中，传感器和/或致动器元件21可以例如产生应力、应变、机械位移(例如，导致部件的断裂或断开)、电流或电压、物质或化合物的释放、或电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件22可以更精确地定位在未占用空间区域诸如断路器区域7中，与其接触和/或与该区域中的游离电解质和/或游离气体接触，在该区域处结合在壳体2的材料本身中或在其表面处与其成为一体。
这种定位允许传感器和/或致动器元件22在其传感器功能中优先提供与该区域中的气体或液体的压力、应力、应变、温度或化学成分有关的信息。在其致动器的功能中，传感器和/或致动器元件22可以例如产生应力、力、机械位移(其可导致部件的断裂或断开)、电流或电压、物质或化合物的释放、或甚至电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件23可以更精确地定位，以便刚性地连接到正极和/或负极和/或隔板，在该区域中与游离电解质和/或游离气体接触，例如通过在电极的生成阶段期间直接结合。
这种定位允许传感器和/或致动器元件23在其传感器功能中优先提供与所讨论的区域中的气体或液体有关的电压、压力、温度或化学成分信息。在其致动器功能中，传感器和/或致动器元件23可以例如产生应力、应变、机械位移(其可以导致部件的断裂或断开)、电流或电压、能够分解或熔解或溶解周围材料的物质或化合物的释放、电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件24可以更精确地定位在未占用空间区域中，例如在电流连接区域8中，通过集成到内部连接装置4或壳体2中或在其表面处，与该区域中的游离电解质和/或游离气体接触。
这种定位允许传感器和/或致动器元件24在其传感器功能中优先提供与所讨论区域中的气体或液体的压力、应力、应变、温度或化学成分有关的信息。在其致动器功能中，传感器和/或致动器元件24可以例如产生应力、力、机械位移(其可导致部件的断裂或断开)、电流或电压、物质或化合物的释放、或甚至电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件25可以更精确地定位在电化学电池外部的壳体2的表面上或表面中。
这种定位允许传感器和/或致动器元件25在其传感器功能中优先提供压力、应力、应变、温度信息。在其致动器功能中，传感器和/或致动器元件25可以例如产生电流或电压，或者电磁或机械信号的发出。
传感器和/或致动器元件26可以更精确地定位在电化学电池外部的输出端子5，9中的任一个上或任一个中。
这种定位允许传感器和/或致动器元件26在其传感器功能中优先提供温度信息。在其致动器功能中，传感器和/或致动器元件26可以例如产生电流或电压，或者电磁或机械信号的发出。
此外，根据本发明的电池组，其示例在图2中示出，还包括一个或多个传感器和/或致动器元件，传感器和/或致动器元件在其传感器功能中能够测量与其环境相关的物理或化学量，和/或在其致动器功能中能够对其环境产生作用或物理效应。
如上所述，电池组包括一个或更多个电化学电池1，10。在这些电化学电池1、10中，一个或更多个可以是上述类型的，其本身集成了一个或更多个如上所述的传感器和/或致动器元件。
作为选择，或者组合地(如图2中的情况)，在存在本身结合有一个或更多个传感器和/或致动器元件20至26的一个或更多个电化学电池1的情况下，根据本发明的电池组可包括尤其通过电连接零件14而并联和/或串联地电连接的两个或更多个电化学电池1，10，电连接零件14本身能够形成母线型或一组母线的电连接装置的一部分。电池组还包括第一传感器和/或致动器元件27和/或第二传感器和/或致动器元件28。
电池1，10布置在支撑结构中，并且第一传感器和/或致动器元件27布置成与支撑结构12，13接触。
支撑结构可包含结构零件12，13，诸如图2中所示的第一保持板和第二保持板12，13，在第一保持板12和第二保持板13之间布置电化学电池1至10，然后可以将第一传感器和/或致动器元件27放置成与这些板12，13中的一个接触，在这种情况下是与图2中的板12接触。
支撑结构还可包括具有多个壁的外壳。第一传感器和/或致动器元件27然后可以被布置成与外壳的一个壁接触。
而不管支撑结构如何，电池组也可以包括如上所述的第二传感器和/或致动器元件28。该第二传感器和/或致动器元件28可以布置成与连接零件14接触，或者更一般地与母线连接装置接触。
第一传感器和/或致动器元件和第二传感器和/或致动器元件27，28的定位允许第二传感器和/或致动器元件在它们的传感器功能中优先提供温度信息。在其致动器功能中，第一传感器和/或致动器元件和第二传感器和/或致动器元件27，28可以例如产生电流或电压，或甚至发出电磁或机械信号。
在说明书的其余部分中，除非另有说明，否则我们使用术语传感器和/或致动器元件来表示内置于或抵靠电池1的传感器和/或致动器元件20至26，以及内置于电池组中但不在电池1中的第一传感器和/或致动器元件和第二传感器和/或致动器元件27，28。
传感器和/或致动器元件20至28是自供电型的。它们不需要使用外部电源。更具体地说，术语“自供电”是指传感器和/或致动器元件具有它们自己的电源，并且既不由容纳他们的电化学电池供电，也不由外部电源供电。因此，传感器和/或致动器元件包括内部电源系统，例如二次电池和/或一次电池类型的内部电源系统。可以单独或组合地考虑其它内部电源系统，诸如使用超级电容、压电元件、电容器等的系统。
传感器和/或致动器元件20至28在其传感器功能上可以是能够测量一个或更多个以下信息的类型：
-被检测气体或液体的量，
-被检测气体或液体的组成，
-盐浓度，
-电导率，
-机械应力，
-温度，
-压力，
-机械变形，
-电势。
传感器和/或致动器元件20至28在其致动器功能中可以是能够对其环境产生一个或更多个以下作用或一个或更多个以下物理效应的类型：
-位移，
-力，
-温度变化，
-压力变化，
-电流，
-电压，
-一种或更多种物质或一种或更多种化合物的释放，
-电磁信号的发出，
-机械信号的发出。
在其致动器功能中，由传感器和/或致动器元件20至28对其环境产生的作用或物理效应可以由外部命令触发。作为选择或组合地，在其传感器功能中，其也可在达到由传感器和/或致动器元件20至28或由这些传感器和/或致动器元件20至28中的另一个测量的阈值时被触发。
可以提供包括存储器的传感器和/或致动器元件20至28，使得可以存储信息，无论该信息是从外部接收的信息，还是由传感器和/或致动器元件20至28本身在其传感器功能中测量的信息。
还可以规定传感器和/或致动器元件20至28能够通过无线接收器无线地从外部接收信息和/或通过无线发射器无限地发射信息。
传感器和/或致动器元件20至28还可以被配置为能够在待机或睡眠模式中运行，即，在低于与运行模式相对应的第二能耗等级的第一能耗等级模式下运行，也就是说，在该模式下，传感器和/或致动器元件20至28能够执行其传感器功能和/或致动器功能。
因而，传感器和/或致动器元件20至28能够从第一功耗等级模式(或待机或睡眠模式)以及第二功耗等级模式(或操作模式)中的一个切换到另一个。
传感器和/或致动器元件20至28可以在高温范围内运行。它们优选地能够在-40℃至+250℃，且更优选-20℃至+80℃的温度范围内运行。
此外，传感器和/或致动器元件20至28能够在相对于外部压力的相对压力(基本上等于15巴)下运行。
传感器和/或致动器元件20至28具有微米或甚至纳米的尺寸。
优选地，传感器和/或致动器元件20至28提供一个或更多个以下尺寸特征：
-它们的整体形状内接在小于或等于125mm3的体积中；
-它们的整体形状具有小于或等于5mm的最大尺寸；
-它们的整体形状内接在小于或等于5mm3，优选小于或等于1mm3的体积中；
-它们的整体形状具有基本上在1000μm和100nm之间的最大尺寸。
这种尺寸使得可以将这些传感器和/或致动器元件20至28集成到部件的芯部中，特别是集成到电极板组3的芯部中。
传感器和/或致动器元件20至28被封装在保护材料中，或者全部或部分地涂覆有这种材料。该保护材料能够相对于环境为传感器和/或致动器元件20至28提供例如化学性质、和/或电绝缘、和/或密封的保护。它可以是例如金属材料，如铝，或金属合金，如不锈钢。它还可以是陶瓷材料或聚合物，例如聚烯烃。
通常可以规定，传感器和/或致动器元件20至28集成到与其接触的部件的材料中，或者在其表面处例如通过粘合或嵌入成型或焊接与部件形成一体。
因此，传感器和/或致动器元件20至26可以集成到电池1的相应部件2至6中，或者在该部件2至6的表面处成为一体。此外，第一传感器和/或致动器元件27可以被内置到电池组的支撑结构中或者与该支撑结构的表面成为一体。最后，第二传感器和/或致动器元件28可以被内置到电池组的连接零件14中或者与该连接零件的表面成为一体。
下面给出根据本发明的电化学电池或电池组的构造的示例。
实施例1
电池包括如图1所示定位的至少一个传感器和/或致动器元件22(位置的细节见上文)。
该传感器和/或致动器元件22是压力传感器，压力传感器由铝保护，压力传感器焊接到壳体上且测量1mm3。
当压力达到15巴的阈值时，单独的致动器元件(未示出)或传感器元件22本身(在这种情况下，其为传感器和致动器元件22)将信号无线地发送到包含电化学电池的外部电池组管理系统。电池组管理系统然后可以使用分流电路或开关来切断或转移电流。
实施例2
电池组包括至少一个如图2所示定位的传感器和/或致动器元件28(位置的细节见上文)。该传感器和/或致动器元件28是嵌入在聚合物基体中的、插入模制的温度传感器。
当达到80℃的阈值时，单独的致动器元件(未示出)或传感器元件28本身(在这种情况下，其为传感器和致动器元件28)向电池组管理系统无线地发送信号。电池组管理系统然后可以通过分流器或开关切断或转移电流。
实施例3
电化学电池包括至少一个如图1所示定位的传感器和/或致动器元件20(位置的细节见上文)。该传感器和/或致动器元件20是气体传感器，由不锈钢保护，测量大约1mm3，并且粘合到中心轴。
该传感器20存储其定期测量的数据，该数据然后可用于电化学电池的报废分析的情况。
实施例4
电化学电池包括至少一个传感器和/或致动器元件23和如图1所示定位的传感器和/或致动器元件22(位置的细节见上文)。传感器和/或致动器元件23是聚合物保护的温度传感器，测量大约1mm3，并且布置在电极板组的芯部，与正电极接触。传感器和/或致动器元件22是致动器，其运行和作用将在下文解释。
处于待机或睡眠模式的传感器23存储其测量的数据。该数据可以被无线地传输到包含电化学电池的电池组管理系统。然后，电子指令可由电池组管理系统发送至致动器元件22，以驱动该致动器22，该致动器被构造成刺穿电化学电池的安全隔膜。
通过示例给出本说明书，但本发明并不限于本说明书，特别是关于电化学电池的类型和整体形状，所述电化学电池不必是圆柱形锂离子电池。

Claims (28)

1.一种电化学电池(1，10)，包括限定内部容积的封闭壳体(2)，在所述内部容积中布置有电极板组(3)，所述电极板组包括分别连接到两个正电输出端子和负电输出端子并布置在隔板两侧上的交替的正电极和负电极，所述电极板组(3)被电解质浸渍，并通过连接装置(4)连接到所述电输出端子中的一个电输出端子(5)，所述电化学电池包括一个或更多个传感器和/或致动器元件，每个所述传感器和/或致动器元件被布置成与包括所述壳体(2)、所述电极板组(3)、所述连接装置(4)和输出端子(5)的组中的部件(2至6)接触，并且能够测量与其环境相关的物理或化学量和/或对其环境产生作用或物理效应，并且其中所述至少一个传感器和/或致动器元件是自供电的。
2.根据权利要求1所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述至少一个传感器和/或致动器元件(20至26)包括二次电池和/或一次电池类型的供电系统。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个是能够测量被检测气体或液体的量、和/或被检测气体或液体的组成、和/或盐浓度、和/或电导率、和/或机械应力、和/或温度、和/或压力、和/或机械变形、和/或电势的传感器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器元件和/或致动器元件(20至26)中的至少一个是能够产生位移、和/或力、和/或温度变化、和/或压力变化、和/或电流、和/或电压、和/或一种或更多种物质或一种或更多种化合物的释放、和/或电磁信号的发出、和/或机械信号的发出的致动器。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个是能够根据外部命令和/或在达到由所述至少一个传感器和/或致动器元件(20至26)或由另一所述传感器和/或致动器元件(20至26)测量的阈值时，对其环境产生作用或物理效应的致动器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个包括能够存储信息的存储器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个包括能够从外部无线地接收信息的接收器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件中的至少一个包括能够将信息无线地发射到外部的发射器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个能够从第一功耗等级模式或睡眠模式和大于所述第一功耗等级的第二功耗等级模式或运行模式中的一个切换到另一个。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个具有内接在小于或等于125mm3的体积内的形状。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个具有最大尺寸小于或等于5mm的形状。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个具有内接在小于或等于5mm3，优选地小于或等于1mm3的体积中的形状。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个具有最大尺寸基本上在1000μm和100nm之间的形状。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个被封装在，或者全部或部分地涂覆有用于相对于其环境进行化学保护和/或绝缘的材料，诸如例如铝，金属合金等金属材料，陶瓷材料，聚合物，其中金属合金为例如不锈钢，聚合物为例如聚烯烃。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述电极板组(3)围绕轴向卷绕轴(6)卷绕，并且所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(20)被布置成与所述轴向卷绕轴(6)接触。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(21)被布置在与所述正电极和/或所述负电极和/或所述隔板接触的电极板组(3)的一个端部处。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的电化学电池(1、10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(22，24)被布置在位于所述壳体(2)与所述电极板组(3)的一个端部之间的未占用空间中，诸如断路器区域(7)或电流连接区域(8)。
18.根据权利要求17所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(24)被布置在电流连接区域(8)中，与所述连接装置(4)和/或输出端子(5)接触。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(23)被布置在所述电极板组(3)的芯部，与所述正电极和/或所述负电极和/或所述隔板接触，和/或被布置在所述电解质中。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(25)被布置成抵靠所述壳体(2)并在所述壳体外部。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的电化学电池(1，10)，其特征在于，所述传感器和/或致动器元件(20至26)中的至少一个(26)被布置成抵靠所述壳体(2)外部的所述输出端子(5，9)中的至少一个。
22.一种电池组，包括并联和/或串联电连接的一个或更多个电化学电池(1，10)，其特征在于，至少一个所述电化学电池(1，10)是根据前述权利要求中任一项所述的电化学电池。
23.一种电池组，包括并联和/或串联电连接的多个电化学电池(1，10)，至少两个所述电化学电池(1，10)被布置在支撑结构(12，13)中，所述电池组包括被布置成与所述支撑结构接触的至少第一传感器和/或致动器元件(27)，所述第一传感器和/或致动器元件能够测量与其环境相关的物理量和/或能够对其环境产生作用或物理效应，其特征在于，所述至少一个第一传感器和/或致动器元件(27)是自供电的。
24.根据权利要求23所述的电池组，其特征在于，所述支撑结构(12，13)包括结构零件(12，13)，诸如第一保持板和第二保持板(12，13)，所述电化学电池(1，10)被布置在所述第一保持板和所述第二保持板之间，并且第一传感器和/或致动器元件(27)被布置成与所述结构零件(12，13)中的一个接触。
25.根据权利要求23所述的电池组，其特征在于，所述支撑结构包括具有多个壁的外壳，并且第一传感器和/或致动器元件(27)被布置成与所述外壳的一个壁接触。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的电池组，其特征在于，所述第一传感器和/或致动器元件(27)被内置到所述支撑结构(12，13)中，或者例如通过粘合或嵌入成型或焊接与所述支撑结构(12、13)的表面成为一体。
27.一种电池组，包括多个并联和/或串联电连接的电化学电池(1，10)，至少两个所述电化学电池通过电连接零件(14)电连接在一起，所述电池组包括至少第一传感器和/或致动器元件(28)，所述第一传感器和/或致动器元件被布置成与所述电连接零件(14)接触，能够测量与其环境有关的物理量和/或对其环境产生作用或物理效应，其特征在于，所述至少一个第一传感器和/或致动器元件(27)是自供电的。
28.根据权利要求27所述的电池组，其特征在于，所述第一传感器和/或致动器元件(28)被内置到所述电连接零件(14)中，或者例如通过粘合或嵌入成型或焊接而与所述电连接零件(14)的表面成为一体。
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