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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, auf eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher und auf ein Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle.
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Gängig ist eine Überwachung von Spannung und Temperatur einer Batteriezelle beispielsweise durch extern applizierte Sensoren. Die
DE 10 2008 063 136 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz einer Lithium-Ionen-Batterie in einem Fahrzeug. Die
DE 10 2007 021 921 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen eines Energiespeichers. Die
DE 44 11 289 A1 offenbart eine mehrzellige Akkumulatorenbatterie.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, eine verbesserte Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher und ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Messung eines Innendrucks einer Batteriezelle unter Verwendung bzw. Ausnutzung einer Membran ermöglicht. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Sensor zur Messung des Druckes innerhalb einer Batteriezelle, wobei zumindest ein Teil eines Sensorsystems auf der Membran einer Batteriezelle aufgebracht sein bzw. werden kann. So kann insbesondere ein in der Batteriezelle herrschender, hydrostatischer Druck im Fall eines flüssigen Elektrolyten oder ein Gasdruck innerhalb einer sogenannten "trockenen" Zelle gemessen werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine Messung des Innendrucks einer Batteriezelle ohne einen dedizierten Drucksensor ermöglicht wird. Somit kann verglichen mit einem speziellen Drucksensor die Druckerfassung auf kostengünstige, einfache, unaufwendige und gegebenenfalls auch platzsparende Weise erfolgen. Durch die Erfassung einer druckabhängigen Eigenschaft der Membran kann der Innendruck zuverlässig und genau bestimmt werden.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, wobei die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran aufweist, wobei die Sensorvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
ein Sensorelement, das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängige Eigenschaft der Membran als Sensordaten zu erfassen; und
eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Sensordaten.
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Bei der Batteriezelle kann es sich um eine galvanische bzw. elektrochemische Sekundärzelle oder dergleichen handeln. Die Batteriezelle kann zumindest einen Teil eines elektrischen Energiespeichers bilden. Das Gehäuse der Batteriezelle kann einen Innenraum der Batteriezelle von einer Umgebung der Batteriezelle hermetisch trennen bzw. abdichten. In dem Gehäuse ist beispielsweise eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufgenommen oder aufnehmbar. Die Membran kann ausgebildet sein, um eine Durchgangsöffnung in dem Gehäuse der Batteriezelle hermetisch zu verschließen bzw. abzudichten.
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Die Membran kann elastisch und/oder plastisch verformbar ausgebildet sein. Dabei kann die Membran ausgebildet sein, um sich reversibel und/oder irreversibel zu verformen. Auch kann die Membran zwischen dem durch das Gehäuse gebildeten Innenraum der Batteriezelle und der Umgebung der Batteriezelle angeordnet sein. Eine Druckänderung innerhalb des Innenraums der Batteriezelle kann zu einer Verformung, beispielsweise zu einer Wölbung der Membran führen. Die Membran kann eckig oder rund ausgeformt sein. Die Membran kann auch als eine Folie, ein Plättchen oder dergleichen ausgeformt sein. Die Membran kann aus einem Kunststoff, einem Metall, z. B. Aluminium, oder dergleichen gebildet sein. Die Membran kann eine Prägestruktur bzw. ein Prägeprofil aufweisen. Die Membran kann als eine Berstmembran ausgeformt sein. Die Membran bzw. Berstmembran kann als eine Sollbruchstelle ausgeführt sein, die beispielsweise zerreißen kann, wenn der Innendruck der Batteriezelle einen vorbestimmten Wert, z. B. 8 bar, übersteigt. Die Membran kann ausgebildet sein, um sich zwischen zwei stabilen Verformungszuständen bzw. Auslenkungszuständen oder zwischen einem stabilen und einem metastabilen Verformungszustand bzw. Auslenkungszustand zu verformen. Die Verformungszustände können definierten Innendruckwerten zugeordnet sein. Beispielsweise kann sich die Membran von einem stabilen zu einem metastabilen Verformungszustand verformen, wenn der Innendruck der Batteriezelle einen vorbestimmten Wert, z. B. 6 bar, übersteigt, und kann sich von dem metastabilen zurück zu dem stabilen Verformungszustand verformen, wenn der Innendruck der Batteriezelle wieder sinkt. Einer der beiden stabilen Auslenkungszustände oder der metastabile Verformungszustand kann einen Auslösezustand für eine Sicherung, einen Kurzschluss bzw. eine Abtrennung der Batteriezelle von einer Stromversorgung bzw. Stromlieferung aufgrund druckbedingter Gefahr einer Schädigung repräsentieren. Somit kann die Membran bistabil oder stabil-metastabil ausgebildet sein. Auch kann mehr als eine Membran vorgesehen sein. Beispielsweise können zwei Membranen vorgesehen sein. Dabei können die Membranen unterschiedlich ausgeformt sein bzw. hinsichtlich ihrer Verformungseigenschaften unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine erste Membran als eine Berstmembran bzw. bistabile, zunächst reversibel und dann irreversibel verformbare Membran ausgebildet sein und kann eine zweite Membran ähnlich einem „Knackfrosch“ als eine stabilmetastabile, reversibel verformbare Membran ausgebildet sein.
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Das Sensorelement kann ausgebildet sein, um die zumindest eine erfasste druckabhängige Eigenschaft bzw. Zustandsgröße der Membran in Gestalt der Sensordaten auszugeben bzw. abrufbar zu machen. Die von dem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängige Eigenschaft der Membran kann zusätzlich von einem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle beeinflussbar sein. Die Sensordaten können von dem Sensorelement zu der Verarbeitungseinrichtung mittels einer Kommunikationsschnittstelle übertragen werden, beispielsweise mittels einer elektrischen Leitung oder einer drahtlosen Übertragung per Funk, induktiver Kopplung oder dergleichen. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten zu empfangen bzw. auszulesen. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten zu verändern und/oder weiterzuleiten. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten auszuwerten oder an eine Auswertungseinrichtung weiterzuleiten. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine elektrische Schaltung, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung bzw. einen ASIC (englisch für Application-Specific Integrated Ciruit) aufweisen. Die Verarbeitungseinrichtung kann dabei auch eine Leiterplatte, einen Chip oder dergleichen aufweisen. Das Sensorelement kann auch Teil der Verarbeitungseinrichtung sein. Die Verarbeitungseinrichtung und das Sensorelement können auch als ein einziger Baustein, eine einzige elektrische Schaltung oder dergleichen, beispielsweise ein ASIC, Halbleiterbaustein, Chip etc., vorgesehen sein. Somit kann die Sensorvorrichtung als ein einziger Baustein, eine einzige elektrische Schaltung oder dergleichen vorgesehen sein.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Sensorelement ausgebildet sein, um eine mechanische Belastung der Membran als Sensordaten zu erfassen. Dabei kann die mechanische Belastung der Membran von einem Verhältnis des Innendrucks zu einem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängig sein. Die Membran des Gehäuses der Batteriezelle kann ausgebildet sein, um sich bei einer Differenz zwischen dem Innendruck der Batteriezelle und dem Umgebungsdruck zu verformen. Das Sensorelement kann ausgebildet sein, um eine Druckmessung durch Erfassung bzw. Messung einer mechanischen Spannung der Membran zu ermöglichen. Das Sensorelement kann beispielsweise einen Dehnmessstreifen oder dergleichen aufweisen. Das Sensorelement kann auch ein mikroelektronisches Bauteil sein oder aufweisen, wobei das mikroelektronische Bauteil beispielsweise zumindest ein Teil einer elektrischen Schaltung bzw. eines ASIC oder dergleichen der Verarbeitungseinrichtung oder der Sensorvorrichtung sein kann. Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung bzw. die elektrische Schaltung bzw. der ASIC oder dergleichen an der Membran anbringbar sein. Bei einem mikroelektronischen Bauteil kann es sich um einen Transistor, eine Diode, einen Widerstand, ein piezoresistives Element oder dergleichen handeln. Wenn das Sensorelement Teil der Verarbeitungseinrichtung ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine elektrische Schaltung bzw. einen ASIC oder dergleichen aufweist und das Sensorelement zumindest ein mikroelektronisches Bauteil der elektrischen Schaltung ist oder umfasst, so kann eine belastungsabhängige bzw. verformungsabhängige, somit also druckabhängige, Änderung einer elektrischen Charakteristik des zumindest einen oder zumindest eines mikroelektronischen Bauteils der elektrischen Schaltung erfasst werden. Bei der elektrischen Charakteristik kann es sich um einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung, einen Widerstandswert, eine Kennlinie oder dergleichen handeln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass aufgrund eines gut definierbaren Zusammenhangs zwischen der Belastung bzw. Verformung der Membran und dem Innendruck bzw. dem Druckverhältnis eine zuverlässige, sichere und genaue sowie unaufwendige Ermittlung des Zelleninnendrucks ermöglicht wird.
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Auch kann das Sensorelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt oder indirekt an der Membran anbringbar oder angebracht sein. Wenn das Sensorelement direkt an der membran angebracht ist, kann das Sensorelement an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein. Wenn das Sensorelement indirekt an der Membran angebracht ist, kann das Sensorelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung an einem Zwischenelement angebracht sein, das mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein kann. Das Zwischenelement kann durch die druckabhängige Eigenschaft der Membran beeinflusst werden. Dabei kann sich die druckabhängige Eigenschaft der Membran auf das Zwischenelement übertragen. So kann das Sensorelement ausgebildet sein, um die druckabhängige Eigenschaft der Membran an dem Zwischenelement zu erfassen. Eine stoffschlüssige Verbindung kann ein geeignetes Fügeverfahren aufweisen, wie beispielsweise ein Klebeverfahren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Sensorelement bezüglich der Batteriezelle vielseitig und bedarfsgerecht angeordnet werden kann bzw. ein vielseitiger und bedarfsgerechter Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht wird.
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Insbesondere kann das Sensorelement innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Auch kann die Verarbeitungseinrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Dabei kann zumindest das Sensorelement an einer dem Innenraum der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran oder einer der Umgebung der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran anbringbar oder angebracht sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Sensorelement noch vielseitiger und bedarfsgerechter bezüglich der Batteriezelle angeordnet werden kann bzw. ein noch vielseitigerer und bedarfsgerechterer Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht wird. Wenn zumindest das Sensorelement außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist, kann eine Anordnung der Sensorvorrichtung an der Batteriezelle vereinfacht werden. Hierbei wird auch bei bereits hermetisch abgedichtetem Gehäuse eine Anbringung, Auswechslung etc. des Sensorelements oder der Sensorvorrichtung ermöglicht.
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Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran anbringbar oder angebracht sein. Hierbei kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Verarbeitungseinrichtung anbringbar oder angebracht sein. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine Leiterplatte mit einer elektrischen Schaltung oder eine andere Einrichtung aufweisen, die als ein Zwischenelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein kann. So kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Leiterplatte bzw. dem Zwischenelement angebracht sein. Dabei kann der Innendruck unter Verwendung der vom Innendruck bzw. Differenzdruck abhängigen Eigenschaft der Membran, z. B. der entstehenden mechanischen Spannung in der Membran, und dadurch auch in einem mit der Membran verbundenen Zwischenelement festgestellt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung als ein Baustein an bzw. in der Batteriezelle verbaubar ist. Somit wird eine einfache Anbringung der Sensorvorrichtung an der Batteriezelle ermöglicht.
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Auch kann die Verarbeitungseinrichtung benachbart zu der Membran anbringbar oder angebracht sein. Dabei kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran anbringbar oder angebracht sein. So kann insbesondere die Verarbeitungseinrichtung von der Membran beabstandet anbringbar oder angebracht sein und die druckabhängige Eigenschaft mittels des direkt an einer Hauptoberfläche der Membran anbringbaren oder angebrachten Sensorelements beispielsweise in Gestalt eines Dehnmessstreifens bestimmt werden.
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Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die voneinander getrennte Verbaubarkeit von Verarbeitungseinrichtung und Sensorelement der Aufbau bzw. die Anordnung der Sensorvorrichtung bezüglich der Batteriezelle noch vielseitiger anpassbar wird. Zudem kann das Sensorelement bei Bedarf unaufwendig und unabhängig von der Verarbeitungseinrichtung ausgewechselt, ergänzt oder entfernt werden.
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Zudem kann die Sensorvorrichtung zumindest ein weiteres Sensorelement zum Erfassen zumindest einer weiteren Zustandsgröße der Batteriezelle als weitere Sensordaten aufweisen. Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, um die weiteren Sensordaten zu verarbeiten. Das zumindest eine weitere Sensorelement kann ausgebildet sein, um beispielsweise eine Temperatur, eine elektrische Spannung, etc. der Batteriezelle als weitere Sensordaten zu erfassen. Somit kann die Sensorvorrichtung ausgebildet sein, um eine Erfassung bzw. Überwachung mehrerer Zustandsgrößen der Batteriezelle zu bewirken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine vorteilhafte Druckbestimmung bei zusätzlicher Erfassung mehrerer Zustandsgrößen der Batteriezelle und somit eine Multifunktionalität der Sensorvorrichtung ermöglicht wird.
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Ferner kann die Sensorvorrichtung die Membran aufweisen. Hierbei kann das Sensorelement mit der Membran verbunden sein. Das Sensorelement kann dabei an einer der beiden Hauptoberflächen der Membran angeordnet sein. Die Membran kann an dem Gehäuse der Batteriezelle anbringbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung eine einfache Zusammenfügung mit der Batteriezelle ermöglicht, da die Sensorvorrichtung bereits weitgehend vormontiert sein kann.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Batteriezelle folgende Merkmale aufweist:
ein Gehäuse mit einer Membran; und
eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung bezüglich der Membran so anbringbar oder angebracht ist, dass die von dem Innendruck abhängige Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels des Sensorelements erfassbar sind.
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In Verbindung mit der Batteriezelle kann eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um einen Innendruck und gegebenenfalls weitere Zustandsgrößen der Batteriezelle zu überwachen bzw. zu erfassen. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um eine Batterie, einen sogenannten Batteriepack etc. handeln, beispielsweise für ein Elektrofahrzeug oder dergleichen. Der elektrische Energiespeicher kann eine Mehrzahl von Batteriezellen bzw. Zellen als Untereinheiten des Energiespeichers aufweisen, wobei die Zellen den elektrischen Energiespeicher bilden können. Der elektrische Energiespeicher kann auch eine einzige Batteriezelle aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle, wobei die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen einer von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängigen Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels eines Sensorelementes; und
Verarbeiten der Sensordaten mittels einer Verarbeitungseinrichtung, um eine Überwachung der Batteriezelle unter Verwendung der verarbeiteten Sensordaten zu ermöglichen.
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In Verbindung mit dem Verfahren zur Überwachung kann eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden. Auch kann das Verfahren zur Überwachung in Verbindung mit einer vorstehend genannten Batteriezelle vorteilhaft ausgeführt werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des oben genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematische Darstellungen einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2A bis 2D schematische Darstellungen einer Batteriezelle mit Sensorvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind die Batteriezelle 100, ein Gehäuse 102, eine Membran 104 und die Sensorvorrichtung 110 bzw. ein Sensorsystem. Das Gehäuse 102 der Batteriezelle 100 weist eine Durchgangsöffnung auf, die mittels der Membran 104 abgedichtet bzw. verschlossen ist. Nicht gezeigt in 1 sind zumindest zwei elektrische Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung einer innerhalb des Gehäuses 102 angeordneten elektrochemischen Energiespeichereinheit, beispielsweise einer galvanischen Zelle.
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Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung 110 beispielhaft innerhalb des Gehäuses 102 an der Membran 104 angebracht. Die Sensorvorrichtung 110 ist an einer gehäuseinnenseitigen bzw. einem von dem Gehäuse 102 umschlossenen Innenraum der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran 104 angebracht. Auch wenn es in 1 nicht gezeigt ist, so weist die Sensorvorrichtung 110 ein Sensorelement, das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 der Batteriezelle 100 abhängige Eigenschaft der Membran 104 als Sensordaten zu erfassen, und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Sensordaten auf. Somit zeigt 1 die Sensorvorrichtung 110 an der Membran 104 der Batteriezelle 100 in stark schematischer Darstellung. Dabei können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung auch als ein elektronischer Baustein oder dergleichen vorgesehen sein. Hierbei können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung in einer integrierten Schaltung zusammengefasst sein. Beispielsweise kann das Sensorelement Teil der Verarbeitungseinrichtung sein. Zumindest ein Teil bzw. Abschnitt der Sensorvorrichtung 110 kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch an anderer Stelle innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 102 angeordnet sein.
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Bei der Membran 104 kann es sich um eine Berstmembran handeln, die ausgebildet ist, um bei einem bestimmen Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 zu bersten und dadurch einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum und einem Außenraum des Gehäuses 102 zu ermöglichen. Alternativ kann es sich bei der Membran 104 um eine Schaltmembran handeln, die ausgebildet ist, um sich bei einem weiteren bestimmten Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 zu verformen und dadurch einen Schalter zu betätigen, durch den beispielsweise ein Stromfluss durch die Batteriezelle 100 unterbrochen werden kann. Die Batteriezelle 100 kann abweichend von der Darstellung aus 1 auch zwei Membranen 104, beispielsweise eine Berstmembran und eine Schaltmembran aufweisen, wobei jede der Membranen 104 jeweils mit einem Sensorelement oder nur eine der Membranen 104 mit einem Sensorelement einer oder mehrerer Sensorvorrichtungen 110 gekoppelt ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung räumlich getrennt voneinander angeordnete Einheiten sein. Beispielsweise kann das Sensorelement ein Dehnmessstreifen sein, der über eine elektrische Leitung mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung in einer integrierten Schaltung angeordnet sein, wobei zumindest ein Schaltungselement der integrierten Schaltung, beispielsweise ein Transistor, als das Sensorelement dient. Dabei kann ausgenutzt werden, dass eine Kennlinie des zumindest einen Schaltungselements von einer Verformung der Membran und damit einer Verformung der integrierten Schaltung abhängig ist. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, um einen charakterischen Kennlinienwert des zumindest einen Schaltungselements zu überwachen, beispielsweise mit einem Schwellwert zu vergleichen, um eine Verformung der integrierten Schaltung zu detektieren, woraus wiederum auf eine der Verformung der integrierten Schaltung zugrundeliegende Verformung der Membran 104 und damit auf einen Innendruck der Batteriezelle 100. Bei dem charakterischen Kennlinienwert kann es sich beispielsweise um eine elektrische Spannung, einen elektrischen Strom oder einen elektrischen Widerstand handeln.
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2A zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind die Batteriezelle 100, ein Gehäuse 102, eine Membran 104, die Sensorvorrichtung 110, eine Verarbeitungseinrichtung 212 und ein Sensorelement 214. Bei der Batteriezelle 100 und der Sensorvorrichtung 110 kann es sich um die Batteriezelle und die Sensorvorrichtung aus 1 handeln. Die Darstellung in 2A entspricht der Darstellung von 1 mit der Ausnahme, dass in 2A die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 der Sensorvorrichtung 110 explizit gezeigt sind. Gemäß dem in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 im Bereich der Membran 104 angeordnet. Hierbei ist das Sensorelement 214 beispielhaft zwischen der Membran 104 und der Verarbeitungseinrichtung 212 angeordnet. Das Sensorelement 214 ist an der Membran 104 angebracht. Die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 sind aneinander angebracht. Auch wenn es in 2A nicht explizit dargestellt ist, so kann alternativ die Verarbeitungseinrichtung 212 zumindest einen Teilabschnitt aufweisen, der zwischen der Membran 104 und dem Sensorelement 214 angeordnet ist, wobei der zumindest eine Teilabschnitt an der Membran 104 angebracht ist und das Sensorelement 214 an dem zumindest einen Teilabschnitt der Verarbeitungseinrichtung 212 angebracht ist.
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2B zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 2B entspricht der Darstellung von 2A mit der Ausnahme, dass in 2B die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 der Sensorvorrichtung 110 voneinander beabstandet angeordnet sind. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus 1 bzw. 2A handeln. Gemäß dem in 2B dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verarbeitungseinrichtung 212 auf einer Innenseite des Gehäuses 102 an dem Gehäuse 102 angebracht und ist das Sensorelement 214 auf der Innenseite des Gehäuses 102 benachbart zu der Verarbeitungseinrichtung 212 an der Membran 104 angebracht.
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2C zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 2C entspricht der Darstellung von 2B mit der Ausnahme, dass in 2C das Sensorelement 214 auf einer Außenseite des Gehäuses 102 an der Membran 104 angebracht ist. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus 1 bzw. 2A oder 2B handeln.
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2D zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß wieder einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in 2D entspricht der Darstellung von 2C mit der Ausnahme, dass in 2D die Verarbeitungseinrichtung 212 auf einer Außenseite des Gehäuses 102 im Bereich der Membran 104 an dem Sensorelement 214 angebracht ist. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus 1 bzw. 2A oder 2B handeln. Eine Anbringung bzw. Anordnung der Verarbeitungseinrichtung 212 und des Sensorelements 214 bezüglich einander und bezüglich der Membran 104 entspricht hierbei der in 2A gezeigten Anbringung bzw. Anordnung mit dem Unterschied, dass die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 in 2D an einer gehäuseaußenseitigen bzw. der Umgebung der Batteriezelle 100 zugewandten Hauptoberfläche der Membran 104 angeordnet sind.
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Unter Bezugnahme auf die 1 bis 2D werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer Aufbringung der Sensorvorrichtung 110 bzw. eines Sensorsystems auf der Membran 104 der Batteriezelle 100 nochmals zusammenfassend erläutert. Die Membran 104 verformt sich bei einer Differenz zwischen dem Druck im Inneren der Batteriezelle 100 und der Umgebung. Dabei kann der Differenzdruck z. B. über Auswertung der entstehenden mechanischen Spannung in der Membran 104 und dadurch auch in dem beispielsweise kraftschlüssig mit der Membran 104 verbundenen Sensorelement 214 bzw. der Sensorvorrichtung 110 festgestellt werden. Alternativ kann die Verarbeitungseinrichtung 212 der Sensorvorrichtung 110 auch neben der Membran 104 angebracht sein und der Druck über das auf der Membran 104 angebrachte Sensorelement 214 in Gestalt eines Dehnmessstreifens bestimmt werden. Alternativ kann die Sensorvorrichtung 110 auch auf der Außenseite der Membran 104 angebracht sein.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Überwachung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei weist die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran auf. Das Verfahren 300 weist einen Schritt des Erfassens 310 einer von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängigen Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels eines Sensorelementes auf. Bei dem Sensorelement kann es sich um das Sensorelement aus einer der 2A bis 2D handeln. Das Verfahren 300 weist auch einen Schritt des Verarbeitens 320 der Sensordaten mittels einer Verarbeitungseinrichtung auf, um eine Überwachung der Batteriezelle unter Verwendung der verarbeiteten Sensordaten zu ermöglichen. Bei der Verarbeitungseinrichtung kann es sich um die Verarbeitungseinrichtung aus einer der 2A bis 2D handeln. Somit kann das Verfahren 300 in Verbindung mit der Batteriezelle bzw. der Sensorvorrichtung aus 1 bzw. einer der 2A bis 2D vorteilhaft ausgeführt werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008063136 A1 [0002]
- DE 102007021921 A1 [0002]
- DE 4411289 A1 [0002]
