DE102011120505A1 - Battery for vehicle e.g. electric vehicle, has electrochemically active electrode sheet arrangement that is surrounded by foil-like sheath, and metallic layer which is projected between plastic layers and auxiliary electrode - Google Patents

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Abstract

The battery has electrically connected individual cells (1) which are connected with a cell monitoring unit. An electrochemically active electrode sheet arrangement (3) is surrounded by a foil-like sheath (4). A metallic layer (S2) is arranged between the two plastic layers (S1, S3) and projected between the plastic layers and auxiliary electrode (6). The sides of the film portion (4-1) are connected with each other. The monitoring unit is connected with the optical, acoustic and/or haptic output unit to output a warning signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen, die mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden sind, wobei jede Einzelzelle eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung, einen Pluspol, einen Minuspol und mindestens eine Hilfselektrode aufweist, wobei die elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung von einer folienartigen Hülle umgeben ist.The invention relates to a battery having a number of interconnected individual cells, which are connected to a cell monitoring unit, each individual cell having an electrochemically active electrode foil arrangement, a positive pole, a negative pole and at least one auxiliary electrode, wherein the electrochemically active electrode foil arrangement surrounded by a foil-like shell is.

Aus der US 2009/0104510 A1 ist ein Batteriemanagement-System mit einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen, welche elektrisch verbunden sind, bekannt. Jede Lithium-Ionen-Zelle umfasst eine erste und ein zweite Arbeitselektrode und eine oder mehrere Hilfselektroden, die von den Arbeitselektroden elektrisch isoliert sind und einen separaten Anschlusspunkt oder Stromabnehmer aufweisen, welcher aus der Lithium-Ionen-Zelle herausgeführt ist. Der Anschlusspunkt oder Stromabnehmer bildet einen zusätzlichen Kontakt für elektrische Messungen. Das Batteriemanagement-System besteht aus einer Überwachungseinheit zur Überwachung der Ladezustände der Lithium-Ionen-Zellen, Diese Überwachungseinheit ist ausgebildet, um Informationen in Bezug auf eine Potential-Differenz der Arbeitselektroden und einem Potential der einen oder der beiden Arbeitselektroden hinsichtlich der Hilfselektrode zu ermitteln. Dabei ist die Hilfselektrode als ein separates Bauteil ausgeführt.From the US 2009/0104510 A1 For example, a battery management system is known with one or more lithium-ion cells that are electrically connected. Each lithium-ion cell includes first and second working electrodes and one or more auxiliary electrodes electrically isolated from the working electrodes and having a separate terminal or current collector led out of the lithium-ion cell. The connection point or current collector forms an additional contact for electrical measurements. The battery management system consists of a monitoring unit for monitoring the charging states of the lithium-ion cells. This monitoring unit is designed to determine information relating to a potential difference of the working electrodes and a potential of the one or both working electrodes with respect to the auxiliary electrode. In this case, the auxiliary electrode is designed as a separate component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen, die mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden sind, anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved battery with a number of electrically interconnected single cells, which are connected to a cell monitoring unit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the features specified in claim 1. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine Batterie weist eine Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen auf, die mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden sind, wobei jede Einzelzelle eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung, einen Pluspol, einen Minuspol und mindestens eine Hilfselektrode aufweist, wobei die elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung von einer folienartigen Hülle umgeben ist. Erfindungsgemäß ist die folienartige Hülle mehrlagig ausgebildet, wobei eine metallische Schicht zwischen zwei Kunststoffschichten angeordnet ist und die metallische Schicht zumindest abschnittsweise zwischen den Kunststoffschichten herausragt und die Hilfselektrode bildet.A battery has a number of individual cells electrically connected to one another, which are connected to a cell monitoring unit, each individual cell having an electrochemically active electrode foil arrangement, a positive pole, a negative pole and at least one auxiliary electrode, wherein the electrochemically active electrode foil arrangement is surrounded by a foil-like sheath. According to the invention, the film-like casing is formed in multiple layers, wherein a metallic layer is arranged between two plastic layers and the metallic layer protrudes at least in sections between the plastic layers and forms the auxiliary electrode.

Mittels der aus der metallischen Schicht gebildeten Hilfselektrode als Hilfselektrode ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, Beschädigungen der der Elektrodenfolienanordnung zugewandten, innenliegenden Kunststoffschicht durch Spannungsmessung an der Hilfselektrode zu ermitteln. Dabei kann die Elektrodenfolienanordnung als Elektrodenfolienstapel oder als Elektrodenfolienwickel ausgebildet sein. Die Kunststoffschichten dienen einer elektrischen Isolierung der Einzelzelle, wobei die metallische Schicht der Hülle als Diffusionssperre gegen in die Einzelzelle eintretende Feuchtigkeit und gegen einen Austritt flüchtiger Bestandteile des Elektrolyts dient.By means of the auxiliary electrode formed from the metallic layer as an auxiliary electrode, it is possible in a particularly advantageous manner, to determine damage to the electrode foil assembly facing, inner plastic layer by measuring the voltage at the auxiliary electrode. In this case, the electrode foil arrangement can be designed as an electrode foil stack or as an electrode foil winding. The plastic layers are used for electrical insulation of the single cell, wherein the metallic layer of the shell serves as a diffusion barrier against entering into the single cell moisture and against leakage of volatile constituents of the electrolyte.

Die metallische Schicht der Hülle weist bei der Herstellung der Einzelzelle kein oder nur ein kapazitiv entstehendes elektrisches Potential gegenüber den Polen der Einzelzelle auf. Bei Beschädigung der innenliegenden Kunststoffschicht tritt die zwischen den Kunststoffschichten liegende metallische Schicht mit dem elektrochemisch aktiven Elektrolyt in Kontakt. Dadurch weist die metallische Schicht bei beschädigter innenliegender Kunststoffschicht gegenüber den Polen der Einzelzelle ein elektrisches Potential auf, welches durch die Spannungsmessung ermittelbar ist.In the production of the single cell, the metallic layer of the shell has no or only a capacitively arising electrical potential with respect to the poles of the single cell. If the inner plastic layer is damaged, the metallic layer lying between the plastic layers comes into contact with the electrochemically active electrolyte. As a result, in the case of a damaged internal plastic layer, the metallic layer has an electrical potential relative to the poles of the single cell, which potential can be determined by the voltage measurement.

Darüber hinaus ist mittels der Hilfselektrode eine beschädigte außenliegende Kunststoffschicht detektierbar, wobei die Beschädigung der außenliegenden Kunststoffschicht anhand eines verschlechterten Isolationswertes in Bezug auf ein elektrisch leitendes Fahrzeugbauteil, wie z. B. eine Fahrzeugkarosserie, erfassbar ist. Dabei kann sich der Isolationswert durch eintretende Feuchtigkeit und/oder Schmutz verschlechtern.In addition, a damaged outer plastic layer can be detected by means of the auxiliary electrode, wherein the damage of the outer plastic layer based on a deteriorated insulation value with respect to an electrically conductive vehicle component, such as. B. a vehicle body, can be detected. In this case, the insulation value may deteriorate due to incoming moisture and / or dirt.

Beispielsweise können die Kunststoffschichten der Hülle durch Alterung und/oder mechanische Beanspruchungen, wie z. B. Scheuerung durch Vibrationen oder Verhärtung und daraus resultierenden Rissbildungen des Kunststoffes über die Einsatzzeit der Batterie, Schaden nehmen.For example, the plastic layers of the shell by aging and / or mechanical stress, such. As damage caused by vibration or hardening and resulting cracking of the plastic over the period of use of the battery.

Dadurch, dass mittels der aus der metallischen Schicht der Hülle gebildeten Hilfselektrode sowohl eine beschädigte innenliegende als auch eine beschädigte außenliegende Kunststoffschicht durch Spannungsmessung frühzeitig ermittelbar ist, ist die Sicherheit insbesondere für den Betrieb der Batterie erhöht.The fact that by means of the auxiliary electrode formed from the metallic layer of the shell, both a damaged inner as well as a damaged outer layer of plastic can be determined early by measuring voltage, the safety is particularly increased for the operation of the battery.

Mittels der frühzeitigen Erfassung der beschädigten Kunststoffschichten der Hülle ist es möglich, einem Ausfall der Batterie vorzubeugen, indem die beschädigte Einzelzelle oder ein aus mehreren Einzelzellen bestehendes Modul ausgetauscht wird, wodurch die Lebensdauer der Batterie in besonders vorteilhafter Weise erhöht werden kann.By early detection of the damaged plastic layers of the sheath, it is possible to prevent failure of the battery by replacing the damaged single cell or a module consisting of several individual cells, whereby the life of the battery can be increased in a particularly advantageous manner.

Bevorzugt ist die Hülle aus zwei Folienabschnitten gebildet, welche an vier Seiten unter Ausbildung eines Innenraumes miteinander verbunden sind. Dazu weisen die zwei Folienabschnitte vorteilhaft gleiche Abmessungen auf, so dass eine Fläche der Folienabschnitte deckungsgleich ist. Die Folienabschnitte sind dabei vorteilhaft so bemessen, dass diese über deren Randbereiche miteinander verbindbar sind. Preferably, the sheath is formed from two film sections, which are connected to each other on four sides to form an inner space. For this purpose, the two foil sections advantageously have the same dimensions, so that one surface of the foil sections is congruent. The foil sections are advantageously dimensioned such that they can be connected to each other via their edge regions.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils eine Hilfselektrode aus einem Folienabschnitt herausgeführt, wodurch beide Folienabschnitte mittels der jeweiligen Hilfselektrode hinsichtlich Beschädigungen der Kunststoffschichten überprüfbar sind. Eine Hilfselektrode ist einem Folienabschnitt, also einer Seite der Hülle der Einzelzelle zugeordnet.In an especially advantageous embodiment, an auxiliary electrode is led out of a film section, whereby both film sections can be checked for damage to the plastic layers by means of the respective auxiliary electrode. An auxiliary electrode is assigned to a foil section, that is to say one side of the shell of the individual cell.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Hülle aus einem Folienabschnitt gebildet, welcher an drei Seiten unter Ausbildung eines Innenraumes miteinander verbunden ist. Dadurch, dass hierbei nur ein Folienabschnitt zur Bildung der Hülle verwendet wird, ist in vorteilhafter Weise nur eine einzelne Hilfselektrode zur Ermittlung von Beschädigungen der Kunststoffschichten erforderlich.In an alternative embodiment, the sheath is formed from a film section, which is connected to each other on three sides to form an inner space. The fact that in this case only one foil section is used to form the shell, advantageously only a single auxiliary electrode for determining damage to the plastic layers is required.

Vorzugsweise sind die Seiten der Folienabschnitte oder die Seiten des Folienabschnittes stoffschlüssig miteinander verbunden. Dazu können die Seiten der Folienabschnitte oder die Seiten des Folienabschnittes beispielsweise miteinander verschweißt sein, so dass die Hülle der Einzelzelle gegenüber der Umwelt dicht ausgeführt ist.Preferably, the sides of the film sections or the sides of the film section are bonded together in a material-locking manner. For this purpose, the sides of the film sections or the sides of the film section, for example, be welded together, so that the shell of the single cell is made tight against the environment.

Zur elektrischen Verschaltung der Einzelzelle sind der Pluspol und der Minuspol aus der Hülle, d. h. zwischen den Folienabschnitten herausgeführt, so dass die Pole außerhalb der Hülle angeordnet sind, wodurch die elektrische Verschaltung vergleichsweise einfach realisierbar ist.For electrical interconnection of the single cell, the positive pole and the negative pole of the shell, d. H. led out between the film sections, so that the poles are arranged outside the shell, whereby the electrical connection is relatively easy to implement.

Bevorzugt handelt es sich bei der Batterie um eine Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges. Derartige Batterien weisen eine Mehrzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellzellen auf, die u. a. im Betrieb des Fahrzeuges, insbesondere mittels einer Rekuperationsbremse wieder aufladbar sind.The battery is preferably a vehicle battery of an electric vehicle, a hybrid vehicle or a vehicle powered by fuel cells. Such batteries have a plurality of parallel and / or serially interconnected single cell cells, the u. a. during operation of the vehicle, in particular by means of a Rekuperationsbremse rechargeable.

Um einen Zustand der Einzelzellen zu überwachen, sind die Einzelzellen mit der Zellüberwachungseinheit verbunden.To monitor a condition of the single cells, the single cells are connected to the cell monitoring unit.

Hinsichtlich der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Einzelzellen auch über deren Hilfselektrode fortlaufend mit der Zellüberwachungseinheit verbunden sind, um eine Beschädigung einer oder beider Kunststoffschichten der Hüllen der Einzelzellen durch Erfassung einer Potentialdifferenz zu detektieren.With regard to the invention, it can be provided that the individual cells are also continuously connected to the cell monitoring unit via their auxiliary electrode in order to detect damage to one or both plastic layers of the shells of the individual cells by detecting a potential difference.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Zellüberwachungseinheit mit einer optischen, akustischen und/oder haptischen Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Warnsignals verbunden. Ist eine Beschädigung der Kunststoffschicht zumindest einer Einzelzelle durch die Überprüfung mittels der Hilfselektrode ermittelt, ist anhand der Ausgabeeinheit ein Warnsignal an einen Fahrer des Fahrzeuges ausgebbar, so dass der Fahrer über den Zustand der Batterie in Kenntnis gesetzt ist und entsprechende Maßnahmen, wie z. B. einen Werkstattbesuch, in Betracht ziehen kann.In a particularly advantageous manner, the cell monitoring unit is connected to an optical, acoustic and / or haptic output unit for outputting a warning signal. If damage to the plastic layer of at least one individual cell is determined by the check by means of the auxiliary electrode, a warning signal can be output from the output unit to a driver of the vehicle, so that the driver is informed of the condition of the battery and appropriate measures, such. B. a workshop visit, can consider.

Mittels der Überprüfung der Einzelzellen der Batterie können neben der Erhöhung der Sicherheit vorteilhaft auch Kosten für einen Hersteller der Einzelzellen und/oder der Batterie gesenkt werden, da es möglich ist, die Beschädigungen frühzeitig zu beheben und somit einen Ausfall der Batterie aufgrund von Beschädigungen der Kunststoffschichten der Hülle weitestgehend auszuschließen.By means of the examination of the individual cells of the battery, in addition to the increase in safety, costs for a manufacturer of the individual cells and / or the battery can advantageously also be reduced, since it is possible to remedy the damage at an early stage and thus a failure of the battery due to damage to the plastic layers the envelope largely exclude.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Einzelzelle einer Batterie mit einer Hilfselektrode und 1 schematically a perspective view of a single cell of a battery with an auxiliary electrode and

2 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Einzelzelle mit der Hilfselektrode. 2 schematically an enlarged section of a sectional view of the single cell with the auxiliary electrode.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

In 1 sind eine Einzelzelle 1 einer nicht gezeigten Batterie in einer perspektivischen Ansicht und in 2 ein vergrößerter Ausschnitt einer Schnittdarstellung der Einzelzelle 1 gemäß 1 dargestellt.In 1 are a single cell 1 a battery, not shown in a perspective view and in 2 an enlarged section of a sectional view of the single cell 1 according to 1 shown.

Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie für ein Fahrzeug, welches ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist.The battery is preferably a battery for a vehicle that is an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a fuel cell-powered vehicle.

Die Batterie, deren Bestandteil eine solche Einzelzelle 1 ist, weist eine Mehrzahl dieser Einzelzellen 1 auf, die parallel und/oder seriell elektrisch miteinander verschaltet und als Zellverbund zusammengefasst sind. Die Einzelzellen 1 sind üblicherweise in einem Batteriegehäuse angeordnet, wobei die Batterie mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden ist, welche innerhalb oder außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sein kann.The battery, whose component is such a single cell 1 is, has a plurality of these single cells 1 on, which are connected in parallel and / or in series with each other electrically and are grouped together as a cell group. The single cells 1 are usually arranged in a battery case, wherein the battery with a cell monitoring unit is connected, which can be arranged inside or outside of the battery case.

Die Zellüberwachungseinheit ist eine Steuereinheit, welche insbesondere zur Überwachung und zur Regelung einer Ladung der Einzelzellen und der Batterie dient.The cell monitoring unit is a control unit, which is used in particular for monitoring and regulating a charge of the individual cells and the battery.

Die in den 1 und 2 gezeigte Einzelzelle 1 ist eine Lithium-Ionen-Zelle oder eine Lithium-Polymer-Zelle und weist zur elektrischen Verschaltung beispielsweise mit zumindest einer weiteren Einzelzelle zwei elektrische Pole 2 in Form eines Minuspols und eines Pluspols auf.The in the 1 and 2 shown single cell 1 is a lithium-ion cell or a lithium-polymer cell and has two electrical poles for electrical interconnection, for example, with at least one further single cell 2 in the form of a negative pole and a plus pole.

Die Einzelzelle 1 ist als eine so genannte Pouchzelle ausgeführt, was bedeutet, das eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung 3 in Form eines Elektrodenfolienstapels, der ausschnittsweise in 2 näher dargestellt ist, von einer folienartigen Hülle 4 beutelartig umgeben ist. Dabei ist die Einzelzelle 1 quaderförmig ausgebildet.The single cell 1 is designed as a so-called pouch cell, which means that an electrochemically active electrode foil arrangement 3 in the form of an electrode foil stack, the fragmentary in 2 is shown in more detail of a foil-like shell 4 surrounded like a pouch. Here is the single cell 1 cuboid shaped.

Die Elektrodenfolienanordnung 3 kann alternativ auch als Elektrodenfolienwickel ausgeführt sein.The electrode foil arrangement 3 may alternatively be designed as an electrode foil winding.

Die Elektrodenfolienanordnung 3 umfasst Elektrodenfolien 3.1 verschiedener Polarität, die mittels Separatoren räumlich getrennt und gegeneinander elektrisch isoliert sind.The electrode foil arrangement 3 includes electrode films 3.1 different polarity, which are spatially separated by means of separators and electrically isolated from each other.

An sich gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenfolienanordnung 3 sind die Elektrodenfolien 3.1 gleicher Polarität miteinander verpresst und beispielsweise verschweißt und bilden eine Stromableiterfahne F. Die jeweilige Stromableiterfahne F ist mit einem metallischen Anschluss verbunden, welcher einen Pol 2 der Einzelzelle 1 bildet.On opposite sides of the electrode foil assembly 3 are the electrode foils 3.1 the same polarity pressed together and, for example, welded and form a Stromableiterfahne F. The respective Stromableiterfahne F is connected to a metallic terminal, which has a pole 2 the single cell 1 forms.

Wie oben beschrieben, ist die elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung 3 mittels einer Hülle 4 umgeben, die aus zwei Folienabschnitten 4.1 gebildet ist.As described above, the electrochemically active electrode foil assembly is 3 by means of a shell 4 surrounded by two foil sections 4.1 is formed.

Die Folienabschnitte 4.1 sind mehrlagig ausgeführt, wobei es sich um eine Verbundfolie handeln kann. Dabei weisen die Folienabschnitte 4.1 drei Schichten S1 bis S3 auf, wobei zwischen zwei Kunststoffschichten S1, S3 eine metallische Schicht S2 angeordnet ist.The foil sections 4.1 are multi-layered, which may be a composite film. In this case, the film sections 4.1 three layers S1 to S3, wherein between two plastic layers S1, S3, a metallic layer S2 is arranged.

Die metallische Schicht S2 dient als Diffusionssperre der Einzelzelle 1, wobei mittels der metallischen Schicht S2 vermieden ist, dass einerseits Luft und/oder Feuchtigkeit von außen ins Innere der Einzelzelle 1 eindringen können bzw. kann und dass andererseits leichtflüchtige Bestandteile des Elektrolyts 5 vom Inneren nach außen treten können.The metallic layer S2 serves as a diffusion barrier of the single cell 1 , By means of the metallic layer S2 is avoided that on the one hand air and / or moisture from the outside into the interior of the single cell 1 can penetrate and can and that on the other hand volatile constituents of the electrolyte 5 from inside to outside.

Bei Herstellung der Einzelzelle 1, d. h. beim Verschließen der Hülle 4 werden die Folienabschnitte übereinandergelegt, wobei sich zwischen den Folienabschnitten 4.1 die Elektrodenfolienanordnung 3 befindet. Die Pole 2 der Einzelzelle 1 ragen zwischen den Folienabschnitten 4.1 hinaus, so dass eine vergleichsweise einfache elektrische Verschaltung der Einzelzelle 1 möglich ist.When producing the single cell 1 , ie when closing the shell 4 the film sections are superimposed, wherein between the film sections 4.1 the electrode foil assembly 3 located. The poles 2 the single cell 1 protrude between the film sections 4.1 addition, so that a comparatively simple electrical interconnection of the single cell 1 is possible.

Die zwei Folienabschnitte 4.1 werden an ihren vier Seiten stoffschlüssig miteinander verbunden, z. B. verschweißt, wobei beim Verbinden, d. h Verschließen der Hülle 4 im Inneren der Einzelzelle 1, also der Hülle 4, ein Unterdruck zur Erzeugung einer mechanischen Festigkeit der Einzelzelle 1 vorherrscht. Die Pole 2 ragen an sich gegenüberliegenden Seiten der Einzelzelle 1 ab.The two foil sections 4.1 be cohesively connected to each other at their four sides, z. B. welded, wherein when connecting, d. h closing the envelope 4 inside the single cell 1 So the shell 4 , a negative pressure for generating a mechanical strength of the single cell 1 prevails. The poles 2 protrude on opposite sides of the single cell 1 from.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass an der Einzelzelle 1 zwei Hilfselektroden 6 angeordnet sind, wobei mittels einer Hilfselektrode 6 eine Beschädigung der Kunststoffschichten S1, S3 eines Folienabschnittes 4.1 der Hülle 4 detektierbar ist. D. h., eine Hilfselektrode 6 ist einem Folienabschnitt 4.1 der Hülle 4 der Einzelzelle 1 zugeordnet.According to the invention it is provided that at the single cell 1 two auxiliary electrodes 6 are arranged, wherein by means of an auxiliary electrode 6 a damage of the plastic layers S1, S3 of a film section 4.1 the shell 4 is detectable. That is, an auxiliary electrode 6 is a foil section 4.1 the shell 4 the single cell 1 assigned.

In einer alternativen Ausführungsform der Einzelzelle 1 ist die Hülle 4 aus nur einem Folienabschnitt 4.1 gebildet, der unter Bildung eines Innenraumes I, in welchem die Elektrodenfolienanordnung 3 angeordnet ist, an vier Seiten miteinander verbunden ist. Bei Verwendung nur eines Folienabschnittes 4.1 zur Bildung der Hülle 4 ist nur eine Hilfselektrode 6 zur Detektion einer Beschädigung der Kunststoffschichten S1, S3 für die Einzelzelle 1 erforderlich.In an alternative embodiment of the single cell 1 is the shell 4 from only one foil section 4.1 formed, forming an interior space I, in which the electrode foil arrangement 3 is arranged, connected to each other on four sides. When using only one foil section 4.1 for the formation of the shell 4 is only an auxiliary electrode 6 for detecting damage to the plastic layers S1, S3 for the single cell 1 required.

Die Kunststoffschichten S1, S3 der Hülle 4 können beispielsweise durch Scheuerung, z. B. durch Vibrationen im Fahrbetrieb des Fahrzeuges hervorgerufen, und/oder aufgrund alterungs- und/oder temperaturbedingter Verhärtung und dadurch bedingter Rissbildung der Kunststoffschichten S1, S3 beschädigt sein. Eine solche Beschädigung der Kunststoffschichten S1, S3 muss nicht zwingend zu einem sofortigen Ausfall der Batterie führen, kann jedoch eine Einschränkung zumindest in Bezug auf den Betrieb der Einzelzelle 1 darstellen und zu einem späteren Ausfall zumindest dieser Einzelzelle 1, aber auch der Batterie führen.The plastic layers S1, S3 of the shell 4 For example, by scrubbing, z. B. caused by vibrations during driving of the vehicle, and / or damaged due to aging and / or temperature-induced hardening and consequent cracking of the plastic layers S1, S3. Such damage to the plastic layers S1, S3 need not necessarily lead to an immediate failure of the battery, but may be a limitation at least with respect to the operation of the single cell 1 represent and at a later failure of at least this single cell 1 but also lead the battery.

Um eine Beschädigung der Kunststoffschichten S1, S3 der Folienabschnitte 4.1 zu detektieren, sind die Hilfselektroden 6 mittels der zwischen den Kunststoffschichten S1, S3 angeordneten metallischen Schicht S2 gebildet. Dazu ragt die metallische Schicht S2 im zusammengesetzten Zustand der Einzelzelle 1 beidseitig zumindest abschnittsweise zwischen den Kunststoffschichten S1, S3 heraus, wodurch die Hilfselektrode 6 von außen kontaktierbar ist.To damage the plastic layers S1, S3 of the film sections 4.1 to detect are the auxiliary electrodes 6 formed by means of the arranged between the plastic layers S1, S3 metallic layer S2. For this purpose, the metallic layer S2 protrudes in the assembled state of the single cell 1 at least in sections, on both sides, between the plastic layers S1, S3, whereby the auxiliary electrode 6 can be contacted from the outside.

Die metallische Schicht S2 als Hilfselektrode 6 ragt besonders bevorzugt derart zwischen den Kunststoffschichten S1, S3 eines Folienabschnittes 4.1 abschnittsweise heraus, dass ein Kontakt mit den Polen 2 der Einzelzelle 1 weitestgehend ausgeschlossen ist. The metallic layer S2 as an auxiliary electrode 6 particularly preferably projects between the plastic layers S1, S3 of a film section 4.1 in sections out that contact with the Poles 2 the single cell 1 is largely excluded.

Ist die metallische Schicht S2 als Hilfselektrode 6 an einer Seite der Einzelzelle 1 zwischen den Kunststoffschichten S1, S3 herausgeführt, an welcher sich ein Pol 2 befindet, so ist die Hilfselektrode 6 in einem vorgegebenen Abstand a zu dem Pol 2 angeordnet. Dabei ist der Abstand a bevorzugt derart groß gewählt, dass die Hilfselektrode 6 und der Pol 2 z. B. auch bei einer kollisionsbedingten Deformierung der Einzelzelle 1 nicht miteinander kontaktieren.Is the metallic layer S2 as an auxiliary electrode 6 on one side of the single cell 1 led out between the plastic layers S1, S3, at which a pole 2 is located, so is the auxiliary electrode 6 at a predetermined distance a to the pole 2 arranged. The distance a is preferably chosen so large that the auxiliary electrode 6 and the pole 2 z. B. even with a collision-induced deformation of the single cell 1 do not contact each other.

Jede Hilfselektrode 6 der Einzelzelle 1 ist über eine nicht näher dargestellte Messeinheit mit einem der Pole 2 der Einzelzelle 1 verbunden, wobei die Messeinheiten vorzugsweise Bestandteil der Zellüberwachungseinheit sind.Each auxiliary electrode 6 the single cell 1 is about a not-shown measuring unit with one of the poles 2 the single cell 1 connected, wherein the measuring units are preferably part of the cell monitoring unit.

Möglich ist auch, dass eine Hilfselektrode 6 über eine erste Messeinheit mit dem Pluspol und die andere Hilfselektrode 6 der Einzelzelle 1 über eine zweite Messeinheit mit dem Minuspol der Einzelzelle 1 verbunden ist.It is also possible that an auxiliary electrode 6 via a first measuring unit with the plus pole and the other auxiliary electrode 6 the single cell 1 via a second measuring unit with the negative pole of the single cell 1 connected is.

Alternativ zu einer derartigen Ausbildung der Hilfselektrode 6 kann die metallische Schicht S2 als Hilfselektrode 6 auch auf andere Art und Weise von außen kontaktiert werden. Hierzu ist eine außenliegende Kunststoffschicht S1 partiell z. B. im Bereich der verschweißten Ränder freigelegt, wobei die freigelegte Stelle vorzugsweise abdeckbar ist. Zwischen der metallischen Schicht S2 und der Messeinheit wird eine geeignete elektrische Verbindung zur Erfassung elektrischen Potentials hergestellt.Alternatively to such a configuration of the auxiliary electrode 6 For example, the metallic layer S2 can be used as an auxiliary electrode 6 be contacted in other ways from the outside. For this purpose, an outer plastic layer S1 partially z. B. exposed in the region of the welded edges, wherein the exposed location is preferably coverable. Between the metallic layer S2 and the measuring unit, a suitable electrical connection for detecting electrical potential is produced.

Die Hilfselektroden 6 der Einzelzelle 1 weisen im unbeschädigten Zustand der Kunststoffschichten S1, S3 der Hülle 4 gegenüber den Polen 2 kein oder nur einkapazitiv bedingtes elektrisches Potential auf, so dass die Hilfselektroden 6 gegenüber den Polen 2 der Einzelzelle 1 elektrisch neutral sind.The auxiliary electrodes 6 the single cell 1 have in the undamaged state of the plastic layers S1, S3 of the shell 4 opposite the poles 2 no or only capacitively conditioned electrical potential, so that the auxiliary electrodes 6 opposite the poles 2 the single cell 1 are electrically neutral.

Sind die Kunststoffschichten S1, S3 der Folienabschnitte 4.1 unbeschädigt, fließt kein Strom, so dass mittels der jeweiligen Messeinheit keine Potentialdifferenz zwischen der Hilfselektrode 6 und dem jeweiligen Pol 2 der Einzelzelle 1 erfassbar ist.Are the plastic layers S1, S3 of the film sections 4.1 undamaged, no current flows, so that no potential difference between the auxiliary electrode by means of the respective measuring unit 6 and the respective pole 2 the single cell 1 is detectable.

Ist eine innenliegende Kunststoffschicht S3 eines der Folienabschnitte 4.1, die die Hülle 4 der Einzelzellen 1 bilden, beschädigt und weist als Beschädigung ein durchgehendes Loch auf, tritt das im Inneren der Zelle 1 befindliche Elektrolyt 5 mit der metallischen Schicht S2 der Hülle 4 als Hilfselektrode 6 in Kontakt.Is an internal plastic layer S3 of one of the film sections 4.1 that the shell 4 of the single cells 1 form, damaged and has a through hole as damage occurs inside the cell 1 located electrolyte 5 with the metallic layer S2 of the shell 4 as an auxiliary electrode 6 in contact.

Durch diese Kontaktierung nimmt die metallische Schicht S2 ein elektrisches Potential gegenüber den Polen 2 der Einzelzelle 1 an.As a result of this contacting, the metallic layer S2 assumes an electrical potential with respect to the poles 2 the single cell 1 at.

Die aus dem angenommenen elektrischen Potential der metallischen Schicht S3 auftretende Potentialdifferenz ist mittels der der Hilfselektrode 6 zugeordneten Messeinheit erfassbar. Durch das mittels des Elektrolyts 5 angenommene elektrische Potential fließt ein Strom zwischen der Hilfselektrode 6 und dem mit der Hilfselektrode 6 verbundenen Pol 2, wobei die Spannung mittels der Messeinheit erfassbar ist.The potential difference occurring from the assumed electrical potential of the metallic layer S3 is by means of the auxiliary electrode 6 associated measuring unit detected. By means of the electrolyte 5 assumed electric potential, a current flows between the auxiliary electrode 6 and with the auxiliary electrode 6 connected pole 2 , wherein the voltage is detectable by means of the measuring unit.

Ist eine außenliegende Kunststoffschicht S1 zumindest eines der Folienabschnitte 4.1 beschädigt, wodurch die metallische Schicht S2 zumindest bereichsweise frei liegt, können bzw. kann sich Schmutz und/oder Feuchtigkeit an dieser Stelle anlagern. Der Schmutz und/oder die Feuchtigkeit können zu einer Verschlechterung eines Isolationswertes der Einzelzelle 1 gegenüber einem nicht gezeigten, im unmittelbaren Bereich zu der Stelle angeordneten elektrisch leitfähigem Bauteil einer Fahrzeugrohbaukarosserie oder ähnlichem führen.Is an outer plastic layer S1 at least one of the film sections 4.1 damaged, whereby the metallic layer S2 is at least partially exposed, dirt and / or moisture can or can accumulate at this point. The dirt and / or moisture can lead to a deterioration of an insulation value of the single cell 1 relative to a not shown, arranged in the immediate region to the point electrically conductive component of a vehicle bodyshell or the like.

Die Verschlechterung des Isolationswertes ist ebenfalls mit der Messeinheit, welche mit der metallischen Schicht S2 als Hilfselektrode 6 verbunden ist, durch Auftreten einer Potentialdifferenz in Richtung der Fahrzeugrohbaukarosserie erfassbar.The deterioration of the insulation value is also with the measuring unit, which with the metallic layer S2 as an auxiliary electrode 6 is detected by occurrence of a potential difference in the direction of the vehicle body shell.

Dadurch, dass bevorzugt jeder Hilfselektrode 6 der Einzelzelle 1 eine Messeinheit zugeordnet ist, kann auf einfache Art und Weise eine Position der Einzelzelle 1 mit beschädigter Hülle 4 sowie der Folienabschnitt 4.1, dessen innenliegende und/oder außenliegende Kunststoffschicht S1, S3 beschädigt ist, ermittelt werden.In that, preferably, each auxiliary electrode 6 the single cell 1 a measuring unit is assigned, can easily a position of the single cell 1 with damaged shell 4 as well as the film section 4.1 whose internal and / or external plastic layer S1, S3 is damaged, are determined.

Zur Erfassung von Beschädigungen der Kunststoffschichten S1, S3 der Folienabschnitte 4.1 kann vorgesehen sein, dass die Messeinheiten zumindest im Betrieb des Fahrzeuges das an den Hilfselektroden 6 auftretende elektrische Potential kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen erfassen.For detecting damage to the plastic layers S1, S3 of the film sections 4.1 can be provided that the measuring units at least in the operation of the vehicle to the auxiliary electrodes 6 detect electrical potential occurring continuously or at predetermined intervals.

Zudem kann vorgesehen sein, das an der Hilfselektrode 6 mittels der Messeinheiten erfasste elektrische Potential auszuwerten und beispielsweise eine Schwellwertabfrage durchzuführen. Überschreitet oder unterschreitet das erfasste elektrische Potential wenigstens einer Hilfselektrode 6 einen vorgegebenen Schwellwert, können gegebenenfalls Maßnahmen, wie z. B. ein Abschalten der Batterie, automatisch durchgeführt werden. Dadurch ist die Sicherheit im Betrieb der Batterie erhöht.In addition, it can be provided that on the auxiliary electrode 6 evaluate electrical potential detected by the measuring units and, for example, perform a threshold value query. If the detected electrical potential exceeds or falls below at least one auxiliary electrode 6 a predetermined threshold, where appropriate, measures such. As a shutdown of the battery to be performed automatically. This increases the safety during operation of the battery.

Bevorzugt ist die Zellüberwachungseinheit, die zumindest mit den Messeinheiten verbunden ist, mit einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines optischen, akustischen und/oder haptischen Warnsignals verbunden. Dabei ist das optische, akustische und/oder haptische Warnsignal vorzugsweise in einem Fahrzeuginnenraum ausgebbar, so dass ein Fahrer des Fahrzeuges darüber informierbar ist, dass innerhalb der Batterie eine Beschädigung aufgetreten ist, die zu einem Ausfall der Batterie führen kann. The cell monitoring unit, which is connected at least to the measuring units, is preferably connected to an output unit for outputting an optical, acoustic and / or haptic warning signal. In this case, the optical, acoustic and / or haptic warning signal is preferably output in a vehicle interior, so that a driver of the vehicle can be informed that damage has occurred within the battery, which can lead to a failure of the battery.

Dazu kann z. B. in einem Anzeigebereich einer Instrumententafel des Fahrzeuges ein Piktogramm und/oder ein Schriftzug als optisches Warnsignal eingeblendet werden.This can z. B. in a display area of an instrument panel of the vehicle, a pictogram and / or lettering are displayed as an optical warning signal.

Alternativ oder zusätzlich kann mittels im Fahrzeuginnenraum angeordneter Lautsprecher als Ausgabeeinheit ein akustisches Warnsignal in Form einer Sprachmittelung ausgegeben werden.Alternatively or additionally, an audible warning signal in the form of a speech averaging can be output by means of loudspeakers arranged in the vehicle interior as the output unit.

Wiederum zusätzlich oder alternativ kann als haptisches Warnsignal beispielsweise ein Lenkrad des Fahrzeuges vibrieren, um den Fahrer auf den Zustand der Batterie aufmerksam zu machen.In addition or alternatively, as a haptic warning signal, for example, a steering wheel of the vehicle can vibrate in order to make the driver aware of the condition of the battery.

Somit hat der Fahrer des Fahrzeuges die Möglichkeit ein Werkstattpersonal aufzusuchen, um beispielsweise die beschädigte Einzelzelle 1 oder die beschädigten Einzelzellen 1 oder ein aus Einzelzellen 1 gebildetes Modul auszutauschen.Thus, the driver of the vehicle has the opportunity to visit a workshop personnel, for example, the damaged single cell 1 or the damaged single cells 1 or one of single cells 1 exchanged formed module.

Durch die frühzeitige Erkennung von Beschädigungen der Kunststoffschichten S1, S3 eines Folienabschnittes 4.1 der Hülle 4 der Einzelzelle 1 mittels der Hilfselektroden 6 und der Ausgabe des Warnsignals ist es möglich, eine frühzeitige Beseitigung der Beschädigung durchzuführen, wodurch einem Ausfall der Batterie vorgebeugt werden kann.Due to the early detection of damage to the plastic layers S1, S3 of a film section 4.1 the shell 4 the single cell 1 by means of the auxiliary electrodes 6 and the issuance of the warning signal, it is possible to carry out an early elimination of the damage, whereby a failure of the battery can be prevented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Einzelzellesingle cell
22
Polpole
33
ElektrodenfolienstapelElectrode foil stack
3.13.1
Elektrodenfolieelectrode foil
44
Hülleshell
4.14.1
Folienabschnittfilm section
55
Elektrolytelectrolyte
66
Hilfselektrodeauxiliary electrode
FF
Stromableiterfahnedischarge lug
II
Innenrauminner space
S1S1
außenliegende Kunststoffschichtouter layer of plastic
S2S2
metallische Schichtmetallic layer
S3S3
innenliegende Kunststoffschichtinternal plastic layer
aa
vorgegebener Abstandpredetermined distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2009/0104510 A1 [0002] US 2009/0104510 A1 [0002]

Claims (9)

Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen (1), die mit einer Zellüberwachungseinheit verbunden sind, wobei jede Einzelzelle (1) eine elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung (3), einen Pluspol, einen Minuspol und mindestens eine Hilfselektrode (6) aufweist, wobei die elektrochemisch aktive Elektrodenfolienanordnung (3) von einer folienartigen Hülle (4) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die folienartige Hülle (4) mehrlagig ausgebildet ist, wobei eine metallische Schicht (S2) zwischen zwei Kunststoffschichten (S1, S3) angeordnet ist und die metallische Schicht (S2) zumindest abschnittsweise zwischen den Kunststoffschichten (S1, S3) herausragt und die Hilfselektrode (6) bildet.Battery with a number of electrically interconnected single cells ( 1 ) connected to a cell monitoring unit, each individual cell ( 1 ) an electrochemically active electrode foil arrangement ( 3 ), a positive pole, a negative pole and at least one auxiliary electrode ( 6 ), wherein the electrochemically active electrode foil arrangement ( 3 ) of a film-like envelope ( 4 ), characterized in that the film-like envelope ( 4 ) is formed in multiple layers, wherein a metallic layer (S2) between two plastic layers (S1, S3) is arranged and the metallic layer (S2) at least partially protrudes between the plastic layers (S1, S3) and the auxiliary electrode ( 6 ). Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (4) aus zwei Folienabschnitten (4.1) gebildet ist, welche an vier Seiten unter Ausbildung eines Innenraumes (I) miteinander verbunden sind.Battery according to claim 1, characterized in that the envelope ( 4 ) from two film sections ( 4.1 ) is formed, which are interconnected on four sides to form an inner space (I). Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Folienabschnitte (4.1) gleiche Abmessungen aufweisen.Battery according to claim 2, characterized in that the two foil sections ( 4.1 ) have the same dimensions. Batterie nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Hilfselektrode (6) aus einem Folienabschnitt (4.1) der Hülle (4) herausführbar ist.Battery according to claim 2 or 3, characterized in that in each case an auxiliary electrode ( 6 ) from a film section ( 4.1 ) of the envelope ( 4 ) is herausführbar. Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (4) aus einem Folienabschnitt (4.1) gebildet ist, welcher an drei Seiten unter Ausbildung eines Innenraumes (I) miteinander verbunden ist.Battery according to one of claims 2 to 4, characterized in that the envelope ( 4 ) from a film section ( 4.1 ) is formed, which is connected to each other on three sides to form an inner space (I). Batterie nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten der Folienabschnitte (4.1) oder die Seiten des Folienabschnittes (4.1) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.Battery according to one of claims 2 to 5, characterized in that the sides of the foil sections ( 4.1 ) or the sides of the film section ( 4.1 ) are cohesively connected to each other. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pluspol und der Minuspol der Einzelzelle (1) aus der Hülle (4) herausgeführt sind.Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the positive pole and the negative pole of the single cell ( 1 ) from the shell ( 4 ) are led out. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Fahrzeugbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges ist.Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the battery is a vehicle battery of an electric vehicle, a hybrid vehicle or a fuel cell powered vehicle. Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellüberwachungseinheit mit einer optischen, akustischen und/oder haptischen Ausgabeeinheit zur Ausgabe eines Warnsignals verbunden ist.Battery according to claim 8, characterized in that the cell monitoring unit is connected to an optical, acoustic and / or haptic output unit for outputting a warning signal.
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