DE102012205136A1 - Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Batteriezelle, Verfahren zum Herstellen derselben und Verfahren zum Übertragen von Sensordaten innerhalb derselben - Google Patents

Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Batteriezelle, Verfahren zum Herstellen derselben und Verfahren zum Übertragen von Sensordaten innerhalb derselben Download PDF

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (210) für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers vorgeschlagen. Dabei weist die Batteriezelle (200) ein Gehäuse (202) auf. Die Sensorvorrichtung (210) weist eine Erfassungseinrichtung (100) zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle (200) auf. Hierbei ist die Erfassungseinrichtung (100) innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet und weist ein Kopplungselement (110) zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung auf. Auch weist die Sensorvorrichtung (210) eine Auswerteeinrichtung (220) zum Auswerten der Sensordaten auf. Dabei ist die Auswerteeinrichtung (220) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet und weist ein Übertragungselement (222) zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung (100) und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung (100) auf.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, auf eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher, auf ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers und auf ein Verfahren zum Übertragen von Sensordaten innerhalb einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere zur Anwendung bei Elektrofahrzeugen, Hybridelektrofahrzeugen und dergleichen.
  • Mit immer größer werdender Nachfrage beispielsweise nach alternativen Antriebskonzepten rückt insbesondere der Elektroantrieb mehr und mehr in den Mittelpunkt der Betrachtung. In der Automobilindustrie beispielsweise zum Einsatz kommende Akkumulatorenpakete bestehen meist aus mehreren Modulen, welche wiederum aus mehreren z. B. Lithium-Ionen Zellen zusammengebaut sein können. Eine Herausforderung hierbei besteht insbesondere in einem effektiven Batteriemanagementsystem, welches die Funktion einzelner Zellen der Batterie überwachen und deren Ladevorgang steuern kann. Ferner können beispielsweise defekte Zellen abgeschaltet und/oder überbrückt und Zustandsmeldungen über einen Ladezustand ausgeben werden. Die DE 197 05 192 A1 beschreibt ein Batterie-Überwachungssystem.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, eine verbesserte Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers und ein verbessertes Verfahren zum Übertragen von Sensordaten innerhalb einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, wobei die Batteriezelle ein Gehäuse aufweist, wobei die Sensorvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
    eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle, wobei die Erfassungseinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet ist und ein Kopplungselement zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung aufweist; und
    eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Sensordaten, wobei die Auswerteeinrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet ist und ein Übertragungselement zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung aufweist.
  • 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, insbesondere in Gestalt von galvanischen bzw. elektrochemischen Sekundärzellen, als Untereinheiten des Energiespeichers aufweisen, wobei die Batteriezellen den elektrischen Energiespeicher bilden können. Alternativ kann der elektrische Energiespeicher eine einzige Batteriezelle aufweisen. Das Gehäuse der Batteriezelle kann hermetisch abgedichtet sein bzw. werden. Innerhalb des Gehäuses können eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung und Teilabschnitte von Batterieanschlüssen aufnehmbar oder aufgenommen sein. Anschlussabschnitte der Batterieanschlüsse der Batteriezelle können sich zumindest teilweise aus dem Gehäuse heraus erstrecken. Die Erfassungseinrichtung kann zumindest ein Sensorelement, einen Sensor oder dergleichen zur Erfassung zumindest einer Zustandsgröße der Batteriezelle in Gestalt der Sensordaten aufweisen. Das zumindest eine Sensorelement der Erfassungseinrichtung kann mit dem Kopplungselement elektrisch verbindbar oder verbunden sein. Bei dem Kopplungselement kann es sich eine elektrische Spule oder dergleichen handeln. Das Kopplungselement kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten mittels induktiver Kopplung an die Auswerteeinrichtung, insbesondere an deren Übertragungselement, auszugeben. Ferner kann das Kopplungselement ausgebildet sein, um mittels induktiver Kopplung elektrische Energie bzw. Leistung von der Auswerteeinrichtung, insbesondere von deren Übertragungselement, zu empfangen. Die Auswerteeinrichtung kann eine Elektronikbaugruppe mit beispielsweise einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung bzw. ASIC (Application-Specific Integrated Circuit = anwendungsspezifischer Schaltkreis) aufweisen. Die Elektronikbaugruppe der Auswerteeinrichtung kann mit dem Übertragungselement elektrisch verbindbar oder verbunden sein. Bei dem Übertragungselement kann es sich eine elektrische Spule oder dergleichen handeln. Das Übertragungselement kann ausgebildet sein, um elektrische Energie bzw. Leistung mittels induktiver Kopplung an die Erfassungseinrichtung, insbesondere an deren Kopplungselement, auszugeben. Ferner kann das Übertragungselement ausgebildet sein, um die ausgegebenen Sensordaten mittels induktiver Kopplung von der Erfassungseinrichtung, insbesondere von deren Kopplungselement, zu empfangen. Auch kann mit der Auswerteeinrichtung zumindest eine weitere Erfassungseinrichtung induktiv gekoppelt sein. Somit kann die Sensorvorrichtung zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Dabei können entweder die Erfassungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein oder es kann die Erfassungseinrichtung innerhalb und die Auswerteeinrichtung außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Batteriezelle folgende Merkmale aufweist:
    eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung mit einer Anodenelektrode, die mit einem ersten Batterieanschluss verbunden oder verbindbar ist, und einer Kathodenelektrode, die mit einem zweiten Batterieanschluss verbunden oder verbindbar ist;
    ein Gehäuse, innerhalb dessen die elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufnehmbar oder aufgenommen ist, wobei der erste Batterieanschluss und der zweite Batterieanschluss aus dem Gehäuse herausführbar oder herausgeführt sind; und
    eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung der Sensorvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss und den zweiten Batterieanschluss schaltbar oder geschaltet ist.
  • In Verbindung mit der Batteriezelle kann eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um Sensordaten hinsichtlich zumindest einer Zustandsgröße der Batteriezelle zellenintern zu erfassen, wobei eine Übertragung von Energie und Sensordaten innerhalb der Sensorvorrichtung zumindest in einem Teilabschnitt eines Übertragungsweges induktiv erfolgt. Hierbei können entweder die Erfassungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein oder es kann die Erfassungseinrichtung innerhalb und die Auswerteeinrichtung außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Der erste Batterieanschluss weist einen außerhalb des Gehäuses oder an einer Außenoberfläche des Gehäuses anordenbaren oder angeordneten Kontaktabschnitt auf. Der zweite Batterieanschluss weist einen außerhalb des Gehäuses oder an einer Außenoberfläche des Gehäuses anordenbaren oder angeordneten Kontaktabschnitt auf. Über die Batterieanschlüsse bzw. deren Kontaktabschnitte kann von außerhalb der Batteriezelle eine elektrische Verbindung mit der Batteriezelle hergestellt werden. Die Anodenelektrode kann beispielsweise mittels einer ersten elektrischen Leitung mit dem ersten Batterieanschluss verbindbar oder verbunden sein. Die Kathodenelektrode kann beispielsweise mittels einer zweiten elektrischen Leitung mit dem zweiten Batterieanschluss verbindbar oder verbunden sein. Die Anodenelektrode und die Kathodenelektrode können in Kontakt mit einem Elektrolyten anordenbar oder angeordnet sein. Zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode kann ferner eine Separatoreinrichtung bzw. ein Separator angeordnet sein.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
    Bereitstellen einer elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, die eine mit einem ersten Batterieanschluss verbundene Anodenelektrode und eine mit einem zweiten Batterieanschluss verbundene Kathodenelektrode aufweist, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle, wobei die Erfassungseinrichtung ein Kopplungselement zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung aufweist, und einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Sensordaten, wobei die Auswerteeinrichtung ein Übertragungselement zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung aufweist;
    Anschließen der Auswerteeinrichtung an den ersten Batterieanschluss und den zweiten Batterieanschluss;
    Anbringen der Erfassungseinrichtung benachbart zu der Auswerteeinrichtung, sodass eine induktive Kopplung zwischen dem Kopplungselement der Erfassungseinrichtung und dem Übertragungselement der Auswerteeinrichtung erzeugbar ist; und
    Einhäusen der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung und der Erfassungseinrichtung oder der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, der Erfassungseinrichtung und der Auswerteeinrichtung mittels eines Gehäuses, wobei der erste Batterieanschluss und der zweite Batterieanschluss aus dem Gehäuse herausgeführt werden.
  • Durch Ausführung des Verfahrens zum Herstellen kann eine vorstehend genannte, vorteilhafte Batteriezelle mit Sensorvorrichtung hergestellt werden. Im Schritt des Anschließens kann eine elektrische Verbindung zwischen der Auswerteeinrichtung und den Batterieanschlüssen hergestellt werden. Im Schritt des Anbringens kann eine mechanische Verbindung hergestellt werden, beispielsweise mittels Kleben. Im Schritt des Einhäusens kann ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse mit den Batterieanschlüssen als externen Kontakten gebildet werden. Dabei können entweder die Erfassungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein oder es kann die Erfassungseinrichtung innerhalb und die Auswerteeinrichtung außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Übertragen von Sensordaten innerhalb einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
  • Bereitstellen einer Batteriezelle, die eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung mit einer Anodenelektrode, die mit einem ersten Batterieanschluss verbunden ist, und einer Kathodenelektrode, die mit einem zweiten Batterieanschluss verbunden ist, ein Gehäuse, innerhalb dessen die elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufgenommen ist, wobei der erste Batterieanschluss und der zweite Batterieanschluss aus dem Gehäuse herausgeführt sind, und eine Sensorvorrichtung aufweist, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist und die eine Erfassungseinrichtung mit einem Kopplungselement und eine Auswerteeinrichtung mit einem Übertragungselement aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung der Sensorvorrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss und den zweiten Batterieanschluss geschaltet ist;
  • induktives Aussenden von mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle mittels des Kopplungselements der Erfassungseinrichtung; und
  • induktives Empfangen der ausgesandten Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung mittels des Übertragungselements der Auswerteeinrichtung zur Auswertung der empfangenen Sensordaten.
  • In Verbindung mit dem Verfahren zum Übertragen kann eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden. Auch kann in Verbindung mit dem Verfahren zum Übertragen eine vorstehend genannte Batteriezelle vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden. Es können entweder die Erfassungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein oder es kann die Erfassungseinrichtung innerhalb und die Auswerteeinrichtung außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein.
  • 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 zum Übertragen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Sensordaten hinsichtlich zumindest einer Zustandsgröße der Batteriezelle zellenintern erfasst werden. Dabei erfolgt eine Übertragung von Energie und Sensordaten innerhalb der Sensorvorrichtung zumindest in einem Teilabschnitt eines Übertragungsweges induktiv. Hierbei sind eine Auswerteeinrichtung und eine Erfassungseinrichtung der Sensorvorrichtung induktiv miteinander gekoppelt. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung mittels induktiver Kopplung Energie beziehen und Sensordaten ausgeben. Ebenfalls kann die Auswerteeinrichtung mittels induktiver Kopplung Energie ausgeben und Sensordaten empfangen.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die drahtlose Übertragung der Sensordaten von der Erfassungseinrichtung zur Auswerteeinrichtung innerhalb der Batteriezelle mittels induktiver Kopplung eine Vereinfachung sowie eine Kostenersparnis ermöglicht. So wird insbesondere das Gesamtkonzept der einzusetzenden Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) vereinfacht und eine Kostenersparnis bewirkt, da durch das induktive Auswertekonzept keine elektrischen Leitungen, beispielsweise keine Drahtbonds, zwischen der Erfassungseinrichtung und der Auswerteeinrichtung notwendig sind, um die Sensorinformation bzw. Sensordaten auszulesen. Die Auswerteinrichtung, die insbesondere einen ASIC mit integrierter Spule als Übertragungselement aufweist, kann somit beispielsweise komplett gemoldet bzw. mit Vergussmasse eingegossen werden. Dies führt zu einer vereinfachten Aufbau- und Verbindungstechnik, insbesondere da auch eine Verpackung der Erfassungseinrichtung vereinfacht werden kann. Ferner kann die Auswerteeinrichtung drahtgebunden, z. B. vorteilhaft über Power Line Communication, die Sensordatenübertragung bzw. Messwertübertragung nach außerhalb der Batteriezelle durchführen. Somit ermöglicht die Sensorvorrichtung, bei der die Erfassungsvorrichtung ferner vorteilhaft induktiv von der Auswerteeinrichtung her mit Energie versorgt wird, eine zuverlässige und unaufwendige Batteriezellenüberwachung, um Schädigungen bzw. Frühausfälle der Batteriezelle vermeiden zu können.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Sensorvorrichtung kann die Erfassungseinrichtung ausgebildet sein, um einen Temperaturwert, einen Druckwert und/oder einen Feuchtigkeitswert in der Batteriezelle als Sensordaten zu erfassen. Somit kann die Erfassungseinrichtung einen Kombisensor bzw. Mehrfachsensor repräsentieren. Die Erfassungseinrichtung kann mehrere Sensorelemente zum Erfassen mehrerer Zustandsgrößen aufweisen. Hierbei kann die Erfassungseinrichtung ein Sensorelement zum Erfassen einer Temperatur, ein Sensorelement zum Erfassen eines Druckes und/oder ein Sensorelement zum Erfassen einer Feuchte aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Anzeichen für einen irreversiblen Kapazitätsverlust bzw. eine Alterung, insbesondere eine elektrochemische Alterung, sowie Überladungen und Tiefentladungen, Entzündung, Überhitzung, Undichtigkeit, Überlastung etc. der Batteriezelle wirksam erkannt und somit verhindert werden können. Somit können eine Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batteriezelle erhöht werden.
  • Dabei ist beispielsweise der irreversible Kapazitätsverlust bzw. die Alterung von mehreren Faktoren abhängig. Eine Arbeitstemperatur der Batteriezelle ist z. B. einer dieser Faktoren, der die Alterung beeinflusst. Hohe Temperaturen treiben den irreversiblen Kapazitätsverlust voran, indem sie die Reaktion einer Elektrode mit dem Elektrolyten beschleunigen. In Kennfeldern können die z. B. Ströme in Abhängigkeit der Temperatur und des Ladezustandes der Batteriezelle abgelegt sein. Auch eine Überladung einer Batteriezelle führt zu einer Überhitzung. Wenn dies unbeachtet bleibt, kann es sogar zu einer Entzündung der Batteriezelle kommen. Hierbei ist die Sensorvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet, um Überladungen und Tiefentladungen der Batteriezelle zu vermeiden. So kann die Sensorvorrichtung ausgebildet sein, um die Arbeitstemperatur der Batteriezelle zu erfassen. Eine Erfassung bzw. Überwachung eines Innendrucks der Batteriezelle ist ebenfalls vorteilhaft. Ein schleichender zunehmender oder nachlassender Innendruck kann auf eine betriebsbedingte elektrochemische Alterung oder eine beginnende Undichtigkeit des Gehäuses bzw. der Verpackung hinweisen. Altert eine Batteriezelle in einer Serienschaltung, so kann die ganze Kette in ihrer Leistungsfähigkeit beeinträchtigt werden. Durch Alterung kann zunächst ein Innenwiderstand der Batteriezelle ansteigen. Ein spontaner Druckanstieg kann auf eine starke kurzfristige Überlastung der Zelle hindeuten. Neben der Temperaturüberwachung kann die Drucküberwachung bereits einen vorzeitigen Hinweis geben, die Batteriezelle bzw. den Energiespeicher abzuschalten, da die sich eine Ausgasung in der Regel deutlich schneller entwickelt als eine kritische Temperaturänderung. Daher ist eine Überwachung dieser Faktoren mit geeigneten Druck- wie auch Temperatursensoren vorteilhaft. Außerdem müssen die Komponenten in der Batteriezelle, d. h. Elektrolyt und Elektroden, in einer sehr reinen Form vorliegen und möglichst wasserfrei sein. Ein mögliches Fehlerbild ist hierbei, dass verbleibendes oder eindringendes Wasser mit einem Stoff innerhalb der Batteriezelle reagiert, z. B. sich mit dem Leitsalz LiPF6 zu Flusssäure HF verbindet, und anschließend die Elektroden und Batterieanschlüsse bzw. Ableiter angreifen kann und somit die Kapazität der Zelle beeinträchtigt. Bevorzugt sollte ein Anteil von Wasser bei den Komponenten nicht mehr als 10 ppm betragen. Dies kann über einen integrierten Feuchtesensor detektiert werden. Häufig werden beim Bau von Batteriepacks bzw. Akkupacks für Hybrid- und Elektrofahrzeuge beispielsweise bis zu 200 einzelne Batteriezellen zusammengeschaltet und gemeinsam verpackt. Dabei kann von jeder Batteriezelle neben Temperatur, Druck und/oder Feuchte auch eine elektrische Spannung gemessen werden. Somit kann gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Verkabelungsaufwand gering gehalten werden.
  • Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung ein Material und zusätzlich oder alternativ ein Umhüllungsmaterial aufweisen, das bei einem Kontakt mit einem Medium innerhalb der Batteriezelle chemisch beständig ist. Somit kann das Material, das zumindest eine Außenoberfläche der Erfassungseinrichtung bildet, bei einem Kontakt mit einem Medium innerhalb der Batteriezelle chemisch beständig sein. Auch kann ein Umhüllungsmaterial eines Sensorgehäuses oder dergleichen, mit dem die Erfassungseinrichtung verkleidet, beschichtet, umhüllt bzw. verpackt ist, bei einem Kontakt mit einem Medium innerhalb der Batteriezelle chemisch beständig sein. Hierbei wird das Material und zusätzlich oder alternativ das Umhüllungsmaterial insbesondere innerhalb einer Lebensdauer der Batteriezelle nicht durch Chemikalien innerhalb der Batteriezelle angegriffen. Die Erfassungseinrichtung ist aufgrund des gewählten Materials robust gegenüber möglichen aggressiven Medieneinflüssen der Batteriezelle und kann bei Bedarf auch mittels einer Beschichtung oder dergleichen hermetisch dicht abgeschlossen werden. Die Erfassungseinrichtung kann somit auch ohne aufwendige Einhäusung in die Batteriezelle integriert werden. Ein Gesamtkonzept der einzusetzenden Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) kann vereinfacht werden und zu einer Kostenersparnis führen, wenn die Erfassungseinrichtung ohne weitere Verpackung genutzt werden kann.
  • Auch kann die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein und ausgebildet sein, um die Sensordaten zu modulieren und die modulierten Sensordaten an zumindest einen Batterieanschluss der Batteriezelle auszugeben. Die Erfassungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die Sensordaten bzw. Messdaten per Modulation über zumindest einen der Batterieanschlüsse (Power Line Communication) an einen externen Empfänger, z. B. ein Batteriemanagementsystem, beispielsweise in Gestalt eines Sensorsignals zu senden. Eine Modulation und Ausgabe bzw. Übertragung der Sensordaten kann trägerfrequent bzw. als Modulation einer Trägerfrequenz erfolgen. Die Trägerfrequenz kann hierbei als elektrische Spannung oder als elektrischer Strom eingeprägt werden. Die Übertragung der Sensordaten kann auch durch Lastmodulation erfolgen. Optional kann die Erfassungseinrichtung eine Sendeeinrichtung aufweisen, die ausgebildet sein kann, um die Sensordaten zu modulieren, um ein Sensorsignal zu erzeugen, und das Sensorsignal an zumindest einen der Batterieanschlüsse auszugeben. Die Erfassungseinrichtung bzw. die Sendeeinrichtung kann ausgebildet sein, um bei der Modulation und Ausgabe bzw. Übertragung die Sensordaten gemäß einem vorgebbaren Protokoll zu modulieren und auszugeben bzw. zu übertragen. Auch kann die Erfassungseinrichtung eine Empfangseinrichtung aufweisen, die ausgebildet sein kann, um ein Signal von zumindest einem der Batterieanschlüsse zu empfangen und zu demodulieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass kostspielige zusätzliche Durchführungen für zusätzliche Signalleitungen durch das hermetische Zellengehäuse vermieden werden können. Somit kann eine vorteilhafte Erfassung und Übermittlung von Sensordaten der Batteriezelle mittels der Sensorvorrichtung durchgeführt werden, ohne eine Dichtigkeit und eine Schutzfunktion des Gehäuses der Batteriezelle zu beeinträchtigen. Die Sensordaten können über bestehende bzw. vorgesehene Leitungen aus der Batteriezelle übertragen werden, sodass kein zusätzlicher Verkabelungsaufwand für Signalleitungen entsteht. Ferner kann die Sensorvorrichtung, und damit auch die Batteriezelle, hinsichtlich einer Signalkommunikation vorteilhaft in einen mehrzelligen elektrischen Energiespeicher integriert werden, wobei Sensordaten vorteilhafterweise über Leistungsversorgungsleitungen übertragen werden können.
  • Ferner kann die Sensorvorrichtung eine Leiterplatte aufweisen. Dabei ist die Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle und an einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte anordenbar oder angeordnet und die Erfassungseinrichtung an der ersten Hauptoberfläche oder an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden, zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte anordenbar oder angeordnet. Hierbei können die Auswerteeinrichtung und die Erfassungseinrichtung innerhalb einer Reichweite der induktiven Kopplung zwischen denselben anordenbar oder angeordnet sein. Das Übertragungselement der Auswerteeinrichtung kann direkt an der ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte anordenbar oder angeordnet sein. Hierbei kann das Übertragungselement an der ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte erzeugt werden, beispielsweise durch Aufdrucken oder dergleichen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Erfassungseinrichtung bedarfsgerecht und flexibel positionierbar ist, um an Gegebenheiten in der Batteriezelle abgestimmt zu sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung eine elektrische Schaltung mit einem Gehäuse aufweisen. Dabei kann das Übertragungselement der Auswerteeinrichtung innerhalb des Gehäuses der elektrischen Schaltung anordenbar oder angeordnet sein. Bei der elektrischen Schaltung kann es sich beispielsweise um eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung bzw. ein ASIC oder einen anderen geeigneten Elektronikbaustein handeln. Das Gehäuse der elektrischen Schaltung kann einen Kunststoff, eine Vergussmasse bzw. Moldmasse oder dergleichen aufweisen, wobei die elektrische Schaltung in dem Gehäuse verpackt bzw. eingegossen oder eingehäust ist. Somit können die elektrische Schaltung und das Übertragungselement einen Baustein der Auswerteeinrichtung bilden. Insbesondere können die elektrische Schaltung und das Übertragungselement gemeinsam eingegossen oder eingießbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Auswerteeinrichtung, und somit auch die Sensorvorrichtung, kompakt bzw. platzsparend und einfach zu platzieren ist.
  • Auch kann die Auswerteeinrichtung eine eingehäuste elektrische Schaltung aufweisen. Dabei kann das Übertragungselement der Auswerteeinrichtung zusammen mit der eingehäusten elektrischen Schaltung in einer Vergussmasse anordenbar oder angeordnet sein. Hierbei kann das Übertragungselement neben der eingehäusten elektrischen Schaltung oder die eingehäuste elektrische Schaltung zumindest teilweise umgebend anordenbar oder angeordnet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die eingehäuste elektrische Schaltung und das Übertragungselement der Auswerteeinrichtung bedarfsgerecht und flexibel positionierbar sind und so an ein Anforderungsprofil in der Batteriezelle anpassbar sind.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung einer Erfassungseinrichtung für eine Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Übertragen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Erfassungseinrichtung 100 für eine Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Erfassungseinrichtung 100 bzw. die Sensorvorrichtung kann Teil einer Batteriezelle eines beispielsweise mehrzelligen elektrischen Energiespeichers sein. Die Erfassungseinrichtung 100 ist in 1 in einer Schnittansicht gezeigt. Die Erfassungseinrichtung 100 weist ein Kopplungselement 110 in Gestalt einer Spule bzw. Sensorspule und ein Sensorelement 120 in Gestalt einer drucksensitiven bzw. druckempfindlichen Membran auf. Von der Spule des Kopplungselements 110 sind in 1 beispielhaft drei Wicklungen gezeigt. Weitere Sensorelemente und gegebenenfalls weitere Elektronikbausteine der Erfassungseinrichtung 100 sind in 1 nicht explizit gezeigt bzw. bezeichnet. Die Erfassungseinrichtung 100 gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist Sensorelemente auf, die ausgebildet sind, um eine Messung bzw. Erfassung von Druck, Temperatur und gegebenenfalls Feuchte innerhalb einer Batteriezelle durchzuführen. Hierbei ist die Erfassungseinrichtung 100 ausgebildet, um Sensordaten basierend auf erfassten bzw. gemessenen Druckwerten, Temperaturwerten und gegebenenfalls Feuchtewerten zu erzeugen.
  • Das Kopplungselement 110 ist ausgebildet, um mittels induktiver Kopplung elektrische Energie zu empfangen. Auch ist das Kopplungselement 110 ist ausgebildet, um mittels induktiver Kopplung die Sensordaten auszusenden. Das Kopplungselement 110 ist angrenzend zu einer Außenoberfläche der Erfassungseinrichtung 100 angeordnet oder bildet einen Teil derselben aus. Die druckempfindliche Membran 120 ist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zwischen dem Kopplungselement 110 und weiteren Bestandteilen der Erfassungseinrichtung 100 angeordnet. Somit zeigt 1 eine schematische Darstellung eines Sensors oder Sensorelements bzw. einer Erfassungseinrichtung 100, die induktiv ausgewertet bzw. ausgelesen werden kann. Bitte fügen Sie hier weitere Informationen zur ein, wenn unsere Beschreibung dieser Figur noch nicht ausreichend sein sollte!
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind eine Erfassungseinrichtung 100, bei der es sich um die Erfassungseinrichtung aus 1 handeln kann, eine Batteriezelle 200, ein Zellengehäuse bzw. Gehäuse 202, ein erster Batterieanschluss 204, ein zweiter Batterieanschluss 206, eine Sensorvorrichtung 210, eine Auswerteeinrichtung 220, ein Übertragungselement 222 in Gestalt einer Spule, eine elektrische Schaltung 224 beispielhaft in Gestalt einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung bzw. eines ASIC (Application-Specific Integrated Circuit), eine Leiterplatte 230, ein Haftmittel 240, ein symbolisch dargestellter Koppelbereich 250 einer induktiven Kopplung und ein peripheres Schaltungselement 260 zur peripheren Beschaltung.
  • Die Batteriezelle 200 weist das Gehäuse 202, den ersten Batterieanschluss 204, den zweiten Batterieanschluss 206, die Sensorvorrichtung 210 und eine in 2 nicht dargestellte elektrochemische Vorrichtung auf. Die Sensorvorrichtung 210 ist innerhalb des Gehäuses 202 der Batteriezelle 200 angeordnet. Die Sensorvorrichtung 210 weist die Erfassungseinrichtung 100, die Auswerteeinrichtung 220, die Leiterplatte 230 und das Haftmittel 240 auf. Die Auswerteeinrichtung 220 weist das Übertragungselement 222 und die elektrische Schaltung 224 auf. Die Auswerteeinrichtung 220, genauer gesagt deren elektrische Schaltung 224, ist elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss 204 und den zweiten Batterieanschluss 206 geschaltet. Das Übertragungselement 222 ist elektrisch mit der elektrischen Schaltung 224 verbunden. Der Koppelbereich 250 bezeichnet einen Bereich induktiver Kopplung zwischen dem Koppelelement der Erfassungseinrichtung 100 und dem Übertragungselement 222 der Auswerteeinrichtung 220.
  • Die Auswerteeinrichtung 220 ist zwischen der Erfassungseinrichtung 100 und der Leiterplatte 230 angeordnet. Die elektrische Schaltung 224 der Auswerteeinrichtung 220 weist ein Schaltungsgehäuse aus beispielsweise einer Vergussmasse auf. Das Übertragungselement 222 der Auswerteeinrichtung 220 ist gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung innerhalb des Schaltungsgehäuses der elektrischen Schaltung 224 angeordnet. Das Schaltungsgehäuse, innerhalb dessen die elektrische Schaltung 224 und das Übertragungselement 222 angeordnet sind, ist mit Kapselungsmaterial verkapselt. Das periphere Schaltungselement 260 ist ebenfalls mittels des Kapselungsmaterials verkapselt. Die Erfassungseinrichtung 100 ist mittels des Haftmittels 240 an dem Kapselungsmaterial der elektrischen Schaltung 224 bzw. der Auswerteeinrichtung 220 angebracht. Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung 100 zumindest teilweise in dem Koppelbereich 250 an der Auswerteeinrichtung 220 angebracht. Die Erfassungseinrichtung 100 ist bezüglich der Auswerteeinrichtung 220 so angebracht, dass das Koppelelement der Erfassungseinrichtung 100 und das Übertragungselement 222 der Auswerteeinrichtung 220 innerhalb des gemeinsamen Koppelbereichs 250 angeordnet sind.
  • Der erste Batterieanschluss 204 und der zweite Batterieanschluss 206 sind gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung elektrisch mit jeweiligen Anschlüssen der Leiterplatte 230 verbunden. Die elektrische Schaltung 224 ist beispielsweise mittels Bonddrähten oder dergleichen elektrisch mit den Anschlüssen der Leiterplatte 230 verbunden, mit denen der erste Batterieanschluss 204 und der zweite Batterieanschluss 206 elektrisch verbunden sind. Hierbei sind der erste Batterieanschluss 204 und der zweite Batterieanschluss 206 in das Kapselungsmaterial der elektrischen Schaltung 224 bzw. der Auswerteeinrichtung 220 hineingeführt. Ferner sind die Bonddrähte in dem Kapselungsmaterial der elektrischen Schaltung 224 bzw. der Auswerteeinrichtung 220 verkapselt.
  • Anders ausgedrückt zeigt 2 eine Integration eines induktiv gekoppelten Sensors in Gestalt der Erfassungseinrichtung 100 in die Batteriezelle 200, z.B. eine Lithium-Ionen-Zelle, zur Messung von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit in der Batteriezelle 200. Die Erfassungseinrichtung 100 ist dabei auf die Auswerteeinrichtung 220 geklebt. Die Erfassungseinrichtung 100 befindet sich innerhalb der Batteriezelle 200 und gibt drahtlos die Sensordaten an die Auswerteeinrichtung 220 bzw. die Auswerteelektronik (ASIC) weiter. Die Auswerteeinrichtung 220 mit integrierter Spule als Übertragungselement 222 kann hierbei hermetisch verkapselt sein. Dabei benötigt die Auswerteeinrichtung 220 keine Drahtbonds zum Auslesen der Erfassungseinrichtung 100. Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befindet sich das Übertragungselement 222 bzw. die ASIC-Spule mit in einer Moldmasse der elektrischen Schaltung 224 bzw. des ASIC. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das Übertragungselement 222 unter Nutzung einer obersten Metalllage eines ASIC-Prozessors realisiert sein. Die induktiv gekoppelte Erfassungseinrichtung 100 kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bezüglich der elektrischen Schaltung 224 innerhalb des Koppelbereichs 250 auch an anderer Stelle angebracht sein, wie beispielsweise mit der Leiterplatte 230 zwischen der Erfassungseinrichtung 100 und der elektrischen Schaltung 224.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind eine Erfassungseinrichtung 100, bei der es sich um die Erfassungseinrichtung aus 1 handeln kann, eine Batteriezelle 200, ein Zellengehäuse bzw. Gehäuse 202, ein erster Batterieanschluss 204, ein zweiter Batterieanschluss 206, eine Sensorvorrichtung 210, eine Auswerteeinrichtung 220, ein Übertragungselement 222, eine elektrische Schaltung 224, eine Leiterplatte 230, ein Haftmittel 240 und ein symbolisch dargestellter Koppelbereich 250. Bei der Batteriezelle 200 kann es sich um die Batteriezelle aus 2 handeln.
  • Die Sensorvorrichtung 210 entspricht der Sensorvorrichtung aus 2 mit der Ausnahme, dass gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Übertragungselement 222 außerhalb des Schaltungsgehäuses der elektrischen Schaltung 224 an der Leiterplatte 230 angeordnet ist und die Leiterplatte 230 zwischen der Erfassungseinrichtung 100 und der Auswerteeinrichtung 220 angeordnet ist. Das Übertragungselement 222 ist die elektrische Schaltung 224 zumindest teilweise umgebend angeordnet. Dabei ist das Übertragungselement 222 in Kontakt mit der Leiterplatte 230 angeordnet bzw. an derselben gebildet. Somit sind das Übertragungselement 222 und die elektrische Schaltung 224 an einer ersten Seite bzw. ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte 230 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 100 ist an einer zweiten Seite bzw. zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte 230 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 100 ist mittels des Haftmittels 240 an der Leiterplatte 240 angebracht.
  • Anders ausgedrückt zeigt 3 eine schematische Darstellung der Batteriezelle 200 mit einer integrierten, induktiv gekoppelten Erfassungseinrichtung 100 zur Messung von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit in der Batteriezelle 200. Das Übertragungselement 222 kann hierbei in einem Leiterplattendesign realisiert sein und umgibt die elektrische Schaltung 224. Gemäß dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungselement 222 von dem Schaltungsgehäuse auf die Leiterplatte 230 ausgelagert. In diesem Fall umgibt das Übertragungselement 222 die elektrische Schaltung 224. Das Übertragungselement 222 und die können elektrische Schaltung 224 dabei vollständig oder teilweise mit einer Vergussmasse bzw. Moldmasse umgeben sein. Die induktiv gekoppelte Erfassungseinrichtung 100 kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bezüglich der elektrischen Schaltung 224 bzw. des Übertragungselements 222 innerhalb des Koppelbereichs 250 auch an anderer Stelle angebracht sein, wie beispielsweise mit der elektrischen Schaltung 224 bzw. dem Übertragungselement 222 zwischen der Leiterplatte 230 und der Erfassungseinrichtung 100.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und einer Sensorvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind eine Erfassungseinrichtung 100, bei der es sich um die Erfassungseinrichtung aus 1 handeln kann, eine Batteriezelle 200, ein Zellengehäuse bzw. Gehäuse 202, ein erster Batterieanschluss 204, ein zweiter Batterieanschluss 206, eine Sensorvorrichtung 210, eine Auswerteeinrichtung 220, ein Übertragungselement 222, eine elektrische Schaltung 224, eine Leiterplatte 230, ein Haftmittel 240 und ein symbolisch dargestellter Koppelbereich 250. Bei der Batteriezelle 200 kann es sich um die Batteriezelle aus 2 oder 3 handeln.
  • Die Sensorvorrichtung 210 ist der Sensorvorrichtung aus 2 ähnlich und entspricht der Sensorvorrichtung aus 3 mit der Ausnahme, dass gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Übertragungselement 222 und die elektrische Schaltung 224 benachbart zueinander bzw. voneinander lateral beabstandet angeordnet sind. Die elektrische Schaltung 224 ist hierbei außerhalb einer von dem Übertragungselement 222 eingeschlossenen Fläche angeordnet. Das Übertragungselement 222 ist in Kontakt mit der Leiterplatte 230 angeordnet bzw. an derselben gebildet. Somit sind das Übertragungselement 222 und die elektrische Schaltung 224 an einer ersten Seite bzw. ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte 230 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 100 ist an einer zweiten Seite bzw. zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte 230 angeordnet. Die Erfassungseinrichtung 100 ist mittels des Haftmittels 240 an der Leiterplatte 240 angebracht. Dabei ist die Leiterplatte 230 zwischen der Erfassungseinrichtung 100 und dem Übertragungselement 222 angeordnet.
  • Anders ausgedrückt zeigt 4 eine schematische Darstellung der Batteriezelle 200 mit einer integrierten, induktiv gekoppelten Erfassungseinrichtung 100 zur Messung von Druck, Temperatur und Feuchtigkeit in der Batteriezelle 200. Die elektrische Schaltung 224 ist bezüglich des Übertragungselements 222 separat auf der Leiterplatte 230 platziert. Das Übertragungselement 222 kann hierbei in einem Leiterplattendesign realisiert sein und befindet sich neben der elektrischen Schaltung 224. Gemäß dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Übertragungselement 222 auf die Leiterplatte 230 ausgelagert. Hierbei ist das Übertragungselement 222 neben der elektrischen Schaltung 224 auf die Leiterplatte 230 aufgebracht. Die Erfassungseinrichtung kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bezüglich des Übertragungselements 222 innerhalb des Koppelbereichs 250 auch an anderer Stelle angebracht sein, wie beispielsweise mit dem Übertragungselement 222 zwischen der Leiterplatte 230 und der Erfassungseinrichtung 100.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Herstellen einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 500 weist einen Schritt des Bereitstellens 510 einer elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle und einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Sensordaten auf. Dabei weist die elektrochemische Reaktionsvorrichtung eine mit einem ersten Batterieanschluss verbundene Anodenelektrode und eine mit einem zweiten Batterieanschluss verbundene Kathodenelektrode auf. Die Erfassungseinrichtung weist ein Kopplungselement zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung auf. Die Auswerteeinrichtung weist ein Übertragungselement zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung auf. Das Verfahren 500 weist ferner einen Schritt des Anschließens 520 der Auswerteeinrichtung an den ersten Batterieanschluss und den zweiten Batterieanschluss auf. Auch weist das Verfahren 500 einen Schritt des Anbringens 530 der Erfassungseinrichtung benachbart zu der Auswerteeinrichtung auf, sodass eine induktive Kopplung zwischen dem Kopplungselement der Erfassungseinrichtung und dem Übertragungselement der Auswerteeinrichtung erzeugbar ist. Das Verfahren 500 weist zudem einen Schritt des Einhäusens 540 der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, der Erfassungseinrichtung und der Auswerteeinrichtung mittels eines Gehäuses auf. Dabei werden der erste Batterieanschluss und der zweite Batterieanschluss aus dem Gehäuse herausgeführt. Mittels des Verfahrens 500 kann beispielsweise die Batteriezelle mit der Sensorvorrichtung aus einer der 2 bis 4 vorteilhaft hergestellt werden.
  • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Übertragen von Sensordaten innerhalb einer Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 600 weist einen Schritt des Bereitstellens 610 einer Batteriezelle auf. Die Batteriezelle weist eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung auf, die eine Anodenelektrode, die mit einem ersten Batterieanschluss verbunden ist, und eine Kathodenelektrode aufweist, die mit einem zweiten Batterieanschluss verbunden ist. Die Batteriezelle weist auch ein Gehäuse auf, innerhalb dessen die elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufgenommen ist. Hierbei sind der erste Batterieanschluss und der zweite Batterieanschluss aus dem Gehäuse herausgeführt. Schließlich weist die Batteriezelle auch eine Sensorvorrichtung auf, die innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist. Die Sensorvorrichtung weist eine Erfassungseinrichtung mit einem Kopplungselement und eine Auswerteeinrichtung mit einem Übertragungselement auf. Dabei ist die Auswerteeinrichtung der Sensorvorrichtung innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss und den zweiten Batterieanschluss geschaltet. Das Verfahren 600 weist ferner einen Schritt des induktiven Aussendens 620 von mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle mittels des Kopplungselements der Erfassungseinrichtung auf. Das Verfahren 600 weist auch einen Schritt des induktiven Empfangens 620 der ausgesandten Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung mittels des Übertragungselements der Auswerteeinrichtung zur Auswertung der empfangenen Sensordaten auf. Das Verfahren 600 kann in Verbindung mit der Sensorvorrichtung bzw. der Batteriezelle aus einer der 2 bis 4 vorteilhaft ausgeführt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird im Folgenden das verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Konzept mit anderen Worten zusammengefasst. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen eine Batteriezelle 200 mit integrierter, induktiv gekoppelter Sensorik 210. Somit ist eine Druck-, Temperatur- und/oder Feuchtemessung hinsichtlich einer Batteriezelle 200 mittels integrierter, induktiv gekoppelter Sensorik 210 ermöglicht. Es kann eine Platzierung einer Sensorvorrichtung 210 mit einer induktiv gekoppelten Erfassungseinrichtung 100 in jede Zelle eines mehrzelligen elektrischen Energiespeichers zur Temperatur-, Druck- und Feuchtemessung erfolgen. Insbesondere im Anwendungsbereich von Batterien, bei der eine Einzelverkabelung von Sensoren zu hohen Kosten führen würde und zellenintern drahtlos gelöst werden kann, kommen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zur Anwendung. Ferner kann über eine Einzelbatteriezellenüberwachung mittels Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Steigerung der Leistungsfähigkeit erzielt werden.
  • 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (10)

  1. Sensorvorrichtung (210) für eine Batteriezelle (200) eines elektrischen Energiespeichers, wobei die Batteriezelle (200) ein Gehäuse (202) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (210) folgende Merkmale aufweist: eine Erfassungseinrichtung (100) zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle (200), wobei die Erfassungseinrichtung (100) innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet ist und ein Kopplungselement (110) zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung aufweist; und eine Auswerteeinrichtung (220) zum Auswerten der Sensordaten, wobei die Auswerteeinrichtung (220) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet ist und ein Übertragungselement (222) zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung (100) und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung (100) aufweist.
  2. Sensorvorrichtung (210) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (100) ausgebildet ist, um einen Temperaturwert, einen Druckwert und/oder einen Feuchtigkeitswert in der Batteriezelle als Sensordaten zu erfassen.
  3. Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung (100) ein Material und/oder ein Umhüllungsmaterial aufweist, das bei einem Kontakt mit einem Medium innerhalb der Batteriezelle (200) chemisch beständig ist.
  4. Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (220) innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet ist und ausgebildet ist, um die Sensordaten zu modulieren und die modulierten Sensordaten an zumindest einen Batterieanschluss (204, 206) der Batteriezelle (200) auszugeben.
  5. Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Leiterplatte (230), wobei die Auswerteeinrichtung (220) innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) und an einer ersten Hauptoberfläche der Leiterplatte (230) anordenbar oder angeordnet ist und die Erfassungseinrichtung (100) an der ersten Hauptoberfläche oder an einer der ersten Hauptoberfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche der Leiterplatte (230) anordenbar oder angeordnet ist.
  6. Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (220) eine elektrische Schaltung (224) mit einem Gehäuse aufweist, wobei das Übertragungselement (222) der Auswerteeinrichtung (220) innerhalb des Gehäuses der elektrischen Schaltung (224) anordenbar oder angeordnet ist.
  7. Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (220) eine eingehäuste elektrische Schaltung (224) aufweist, wobei das Übertragungselement (222) der Auswerteeinrichtung (220) zusammen mit der eingehäusten elektrischen Schaltung (224) in einer Vergussmasse anordenbar oder angeordnet ist, wobei das Übertragungselement (222) neben der eingehäusten elektrischen Schaltung (224) oder die eingehäuste elektrische Schaltung (224) zumindest teilweise umgebend anordenbar oder angeordnet ist.
  8. Batteriezelle (200) für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Batteriezelle (200) folgende Merkmale aufweist: eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung mit einer Anodenelektrode, die mit einem ersten Batterieanschluss (204) verbunden oder verbindbar ist, und einer Kathodenelektrode, die mit einem zweiten Batterieanschluss (206) verbunden oder verbindbar ist; ein Gehäuse (202), innerhalb dessen die elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufnehmbar oder aufgenommen ist, wobei der erste Batterieanschluss (204) und der zweite Batterieanschluss (206) aus dem Gehäuse (202) herausführbar oder herausgeführt sind; und eine Sensorvorrichtung (210) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) anordenbar oder angeordnet ist, wobei die Auswerteeinrichtung (220) der Sensorvorrichtung (210) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss (204) und den zweiten Batterieanschluss (206) schaltbar oder geschaltet ist.
  9. Verfahren (500) zum Herstellen einer Batteriezelle (200) eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verfahren (500) folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (510) einer elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, die eine mit einem ersten Batterieanschluss (204) verbundene Anodenelektrode und eine mit einem zweiten Batterieanschluss (206) verbundene Kathodenelektrode aufweist, einer Erfassungseinrichtung (100) zum Erfassen von Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle (200), wobei die Erfassungseinrichtung (100) ein Kopplungselement (110) zum induktiven Aussenden der Sensordaten und zum induktiven Empfangen elektrischer Leistung aufweist, und einer Auswerteeinrichtung (220) zum Auswerten der Sensordaten, wobei die Auswerteeinrichtung (220) ein Übertragungselement (222) zum induktiven Übertragen elektrischer Leistung an die Erfassungsvorrichtung (100) und zum induktiven Empfangen der Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung (100) aufweist; Anschließen (520) der Auswerteeinrichtung (220) an den ersten Batterieanschluss (204) und den zweiten Batterieanschluss (206); Anbringen (530) der Erfassungseinrichtung (100) benachbart zu der Auswerteeinrichtung (220), sodass eine induktive Kopplung zwischen dem Kopplungselement (110) der Erfassungseinrichtung (100) und dem Übertragungselement (222) der Auswerteeinrichtung (220) erzeugbar ist; und Einhäusen (540) der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung und der Erfassungseinrichtung (100) oder der elektrochemischen Reaktionsvorrichtung, der Erfassungseinrichtung (100) und der Auswerteeinrichtung (220) mittels eines Gehäuses (202), wobei der erste Batterieanschluss (204) und der zweite Batterieanschluss (206) aus dem Gehäuse (206) herausgeführt werden.
  10. Verfahren (600) zum Übertragen von Sensordaten innerhalb einer Batteriezelle (200) eines elektrischen Energiespeichers, wobei das Verfahren (600) folgende Schritte aufweist: Bereitstellen (610) einer Batteriezelle (200), die eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung mit einer Anodenelektrode, die mit einem ersten Batterieanschluss (204) verbunden ist, und einer Kathodenelektrode, die mit einem zweiten Batterieanschluss (206) verbunden ist, ein Gehäuse (202), innerhalb dessen die elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufgenommen ist, wobei der erste Batterieanschluss (204) und der zweite Batterieanschluss (206) aus dem Gehäuse (202) herausgeführt sind, und eine Sensorvorrichtung (210) aufweist, die zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) angeordnet ist und die eine Erfassungseinrichtung (100) mit einem Kopplungselement (110) und eine Auswerteeinrichtung (220) mit einem Übertragungselement (222) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (220) der Sensorvorrichtung (210) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (202) der Batteriezelle (200) elektrisch zwischen den ersten Batterieanschluss (204) und den zweiten Batterieanschluss (206) geschaltet ist; induktives Aussenden (620) von mittels der Erfassungseinrichtung (100) erfassten Sensordaten hinsichtlich der Batteriezelle (200) mittels des Kopplungselements (110) der Erfassungseinrichtung (100); und induktives Empfangen (620) der ausgesandten Sensordaten von der Erfassungsvorrichtung (100) mittels des Übertragungselements (222) der Auswerteeinrichtung (220) zur Auswertung der empfangenen Sensordaten.
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