DE102013201396A1 - Battery system i.e. lithium ion battery system connected with propulsion system of e.g. motor vehicle, has humidity sensor determining moisture content of atmosphere around battery within battery casing - Google Patents

Battery system i.e. lithium ion battery system connected with propulsion system of e.g. motor vehicle, has humidity sensor determining moisture content of atmosphere around battery within battery casing Download PDF

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Andreas Bosch
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

The battery system (60) has a battery casing (50) in which a battery (40) is arranged. A thermal element (30) is provided through which fluid e.g. glycol or water solution flows, and is adapted to hold the battery in predetermined temperature range. A humidity sensor (10) determines moisture content of the atmosphere around the battery within the battery casing. The humidity sensor is executed as surface-micromechanical sensor. A processor unit is connected with a communication bus system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Batteriegehäuse und mindestens einer innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Batteriezelle, wobei die Batterie mindestens einen Feuchtesensor aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, den Feuchtegehalt der Atmosphäre innerhalb des Batteriegehäuses um die mindestens eine Batteriezelle herum zu bestimmen. The present invention relates to a battery having a battery housing and at least one battery cell arranged inside the battery housing, the battery having at least one humidity sensor which is designed to determine the moisture content of the atmosphere within the battery housing around the at least one battery cell.

Stand der TechnikState of the art

Für Hybrid- und Elektro-Fahrzeuge werden insbesondere Lithium-Ionen-Batteriesysteme als Traktionsbatterien wegen ihrer relativ hohen Energiedichte und geringen Selbstentladung verwendet. Im Betrieb erwärmen sich diese Lithium-Ionen-Batteriezellen beim Laden und Entladen infolge ihres Innenwiderstands und der daran auftretenden Verlustleistung sowie infolge der innerhalb der Batteriezellen stattfindenden elektrochemischen Prozesse. Der Betriebstemperaturbereich von Lithium-Ionen-Batterien erstreckt sich von –40°C bis +60°C. Ab Batteriezelltemperaturen von 40°C nimmt die kalendarische Alterung von Batteriezellen und damit der Batterie immer stärker zu. Aus diesem Grunde müssen die Batteriezellen einer Batterie aktiv gekühlt werden und alle möglichst auf der gleichen Temperatur gehalten werden. Eine solche Kühlung erfolgt meist über ein eine Kühlflüssigkeit enthaltendes Kühlsystem.For hybrid and electric vehicles in particular lithium-ion battery systems are used as traction batteries because of their relatively high energy density and low self-discharge. During operation, these lithium-ion battery cells heat during charging and discharging due to their internal resistance and the power loss occurring as well as due to occurring within the battery cells electrochemical processes. The operating temperature range of lithium-ion batteries ranges from -40 ° C to + 60 ° C. From battery cell temperatures of 40 ° C, the calendar aging of battery cells and thus of the battery increases more and more. For this reason, the battery cells of a battery must be actively cooled and all kept at the same temperature as possible. Such cooling usually takes place via a cooling system containing a cooling liquid.

Beispielsweise in einem Kühlsystem von Lithium-Ionen-Batterien für Automotive Anwendungen wird eine Glykol/Wasser-Lösung als Kühlflüssigkeit eingesetzt. Diese Kühlflüssigkeit hat eine Temperatur von ca. 20°C, damit sich in der Batterie, die über ein Druckausgleichsventil belüftet wird, nicht so viel unerwünschtes Kondenswasser bildet. Bei tiefen Temperaturen wird die Glykol/Wasser-Lösung auch zur Heizung der Batterie benutzt. Dadurch wird der Innenwiderstand der Batteriezellen verringert, wodurch sich ihre Leistung erhöht, sodass sie den zum Start des Fahrzeugs benötigten Kaltstartstrom bereitstellen können.For example, in a cooling system of lithium-ion batteries for automotive applications, a glycol / water solution is used as the cooling liquid. This coolant has a temperature of about 20 ° C, so that forms in the battery, which is vented via a pressure equalization valve, not so much unwanted condensation. At low temperatures, the glycol / water solution is also used to heat the battery. As a result, the internal resistance of the battery cells is reduced, which increases their performance so that they can provide the cold start current required for starting the vehicle.

Nach dem heutigen Stand der Technik wird nicht erkannt, wenn das Kühlsystem der Lithium-Ionen-Batterien, beispielsweise infolge eines Unfalls, undicht wird, beziehungsweise wenn es zu einem Austritt von Glykol/Wasser-Lösung innerhalb der Batterie kommt. Ferner kann im heutigen Stand der Technik nicht erkannt werden, ob sich Kondenswasser in der Batterie, zum Beispiel auf den Batteriezellen oder auf dem Kühlsystem, das mit den Batteriezellböden Kontakt hat, befindet beziehungsweise abgelagert hat. According to the current state of the art is not recognized when the cooling system of the lithium-ion batteries, for example, as a result of an accident, leaking, or if there is a leakage of glycol / water solution within the battery. Furthermore, it can not be recognized in the current state of the art whether condensation has been deposited in the battery, for example on the battery cells or on the cooling system in contact with the battery cell plates.

Das Fluid innerhalb des Kühlsystems, hier die Glykol/Wasser-Lösung, ist elektrisch leitend und kann bei hohen Spannungen, wie sie in Traktionsbatterien von Hybrid- und Elektrofahrzeugen gegeben sind, entsprechend hohe Ströme führen. Außerdem kristallisiert das Fluid nach dem Trocknen aus und bildet elektrisch leitende Brücken, sogenannte Dendriten, die zu niederohmigen Neben- oder Kurzschlüssen zwischen den Batteriepolen oder in der jeweils von dem Fluid benetzten Zellenüberwachungselektronik führen können. Solch ein externer Kurzschluss kann also auch nach einer Beschädigung des Kühlsystems, beispielsweise nach einem Crash, entstehen. Dendriten können sich ferner auch zwischen Hardcase-Gehäusen, also den Gehäusen der Batteriezellen mit durch den Crash beschädigten Isolationsschichten, ausbilden.The fluid within the cooling system, here the glycol / water solution, is electrically conductive and can carry correspondingly high currents at high voltages, such as those in traction batteries of hybrid and electric vehicles. In addition, the fluid crystallizes after drying and forms electrically conductive bridges, so-called dendrites, which can lead to low-impedance side or short circuits between the battery poles or in each of the wetted by the fluid cell monitoring electronics. Such an external short circuit can therefore also occur after damage to the cooling system, for example after a crash. Furthermore, dendrites can also be formed between hardcase housings, that is to say the housings of the battery cells with insulation layers damaged by the crash.

Derartige Kurzschlüsse können zu einer starken Temperaturerhöhung der Batteriezellen mit nachfolgendem Brand führen. Im Stand der Technik sind daher bereits einige Ansätze bekannt, welche dem Versuch gewidmet sind, der oben beschriebenen Problematik entgegenzuwirken. Such short circuits can lead to a strong increase in temperature of the battery cells with subsequent fire. Therefore, some approaches are already known in the prior art, which are devoted to the attempt to counteract the problem described above.

Beispielsweise ist aus der DE 10 2010 062 178 A1 ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Temperierungssystems zur Temperaturregeleung eines Lithium-Ionen-Batteriesystems bekannt, wobei das Temperierungssystem ein Kühlfluid aufweist. Dabei wird der Funktionszustand des Temperierungssystems anhand einer Wärmebilanz des Batteriesystems und anhand gemessener Temperaturen für jedes der Module des Batteriesystems bestimmt. For example, is from the DE 10 2010 062 178 A1 a method for monitoring the function of a Temperierungssystems for controlling the temperature of a lithium-ion battery system, wherein the Temperierungssystem comprises a cooling fluid. The functional state of the temperature control system is determined on the basis of a heat balance of the battery system and on the basis of measured temperatures for each of the modules of the battery system.

Ferner ist aus der DE 10 2009 045 271 A1 eine Batterie mit einer Anzahl von Batteriezellen für Elektroautomobile und Hybridantriebe für Fahrzeuge bekannt, wobei bei Erkennung eines Fahrzeugunfalls, einer Übertemperatur oder sich einstellender Leckage einer Flüssigkeit, in welcher die Batterien gelagert sind, ein Notkühlprozess ausgelöst wird.Furthermore, from the DE 10 2009 045 271 A1 a battery with a number of battery cells for electric cars and hybrid drives for vehicles known, wherein upon detection of a vehicle accident, an excess temperature or self-adjusting leakage of a liquid in which the batteries are stored, an emergency cooling process is triggered.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batterie zur Verfügung gestellt, welche ein Batteriegehäuse sowie mindestens eine Batteriezelle umfasst, welche in dem Batteriegehäuse angeordnet ist. Ferner umfasst die Batterie mindestens ein thermisches Element, welches von einem Fluid durchströmbar und dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Batteriezelle in einem vordefinierten Temperaturbereich zu halten. Erfindungsgemäß weist die Batterie mindestens einen Feuchtesensor auf, welcher dazu ausgebildet ist, den Feuchtegehalt der Atmosphäre innerhalb des Batteriegehäuses, um die mindestens eine Batteriezelle herum zu bestimmen. According to the invention, a battery is provided which comprises a battery housing and at least one battery cell, which is arranged in the battery housing. Furthermore, the battery comprises at least one thermal element, which can be traversed by a fluid and is designed to hold the at least one battery cell in a predefined temperature range. According to the invention, the battery has at least one humidity sensor, which is designed to determine the moisture content of the atmosphere within the battery housing, around the at least one battery cell.

Der Vorteil einer Batterie mit einem solchen Feuchtesensor ist, dass in selbiger ein Austreten des Fluides aus dem thermischen Element umgehend erkannt werden kann, sodass Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise eine Entladung der Batterie, frühzeitigt eingeleitet werden können. Durch eine solche Undichtigkeitserkennung wird es möglich, die Batterie beispielsweise vor dem Auftreten von Kurzschlüssen in einen elektrochemisch sicheren Zustand zu überführen. Dies erhöht die Sicherheit der Batterie und stellt eine Verbesserung gegenüber den Batterien des Standes der Technik dar.The advantage of a battery with such a humidity sensor is that in selbiger a leakage of the Fluids from the thermal element can be detected immediately, so countermeasures, such as a discharge of the battery, can be initiated early. By such leakage detection, it is possible to convert the battery, for example, before the occurrence of short circuits in an electrochemically safe state. This increases the safety of the battery and represents an improvement over the batteries of the prior art.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterie eine Schaltung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie aus einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der durch den Feuchtesensor bestimmte Feuchtegehalt der Atmosphäre einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet. Mit einem derartigen ersten Schwellwert ist für die Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre in unmittelbarer Nähe der Batteriezelle eine Grenze gesetzt, ab deren Überschreitung die Batterie zum Beispiel in einen elektrochemisch sicheren Zustand überführt werden kann. Dadurch erhöht sich die Sicherheit der Batterie erheblich. Bevorzugt entspricht der erste Betriebszustand der Batterie einem aktiven Betriebszustand der Batterie. In a preferred embodiment, the battery has a circuit which is designed to convert the battery from a first operating state into a second operating state as soon as the humidity content of the atmosphere determined by the humidity sensor exceeds a predetermined first threshold value. With such a first threshold is set for the humidity of the atmosphere in the immediate vicinity of the battery cell, a limit beyond which the battery can be transferred, for example, in an electrochemically safe state. This significantly increases the safety of the battery. The first operating state of the battery preferably corresponds to an active operating state of the battery.

Bevorzugt weist die Batterie eine Schaltung auf, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie aus einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der Betrag der zeitlichen Erhöhung des Feuchtegehalts der Atmosphäre einen vorbestimmten zweiten Schwellwert überschreitet. Mit einem derartigen zweiten Schwellwert ist dem Betrag der zeitlichen Erhöhung beziehungsweise Veränderung der Luftfeuchtigkeit der Atmosphäre in unmittelbarer Nähe der Batteriezelle eine Grenze gesetzt, ab deren Überschreitung zum Beispiel die Entladung der Batterie herbeigeführt werden kann. Dadurch erhöht sich die Sicherheit der Batterie abermals. Mit der zeitlichen Erhöhung des Feuchtegehalts ist dabei die Erhöhung des Feuchtegehalts der Atmosphäre im Batteriegehäuse in einer vorbestimmten Zeitspanne gemeint.Preferably, the battery has a circuit which is adapted to transfer the battery from a first operating state to a second operating state, as soon as the amount of increase in time of the moisture content of the atmosphere exceeds a predetermined second threshold. With such a second threshold, the amount of time increase or change in the humidity of the atmosphere in the immediate vicinity of the battery cell is set a limit above which, for example, the discharge of the battery can be brought about. This increases the safety of the battery again. By increasing the moisture content in time is meant increasing the moisture content of the atmosphere in the battery case in a predetermined period of time.

Vorzugsweise ist die Schaltung als Entladeschaltung ausgeführt, welche dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten des vorbestimmten ersten und/oder des zweiten Schwellwertes eine Entladung der Batterie durchzuführen, wobei die Batterie im zweiten Betriebszustand entladen ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, entspricht der zweite Betriebszustand der Batterie bevorzugt einem Zustand, in welchem die Batterie entladen ist. Im entladenen Zustand geht von der Batterie eine stark verringerte, wenn nicht sogar keine Brandgefahr mehr aus. Sie ist in einen thermisch unkritischen Zustand überführt. Dadurch ist die Sicherheit der Batterie nach ihrer Entladung stark erhöht. Preferably, the circuit is designed as a discharge circuit, which is designed to carry out a discharge of the battery when the predetermined first and / or second threshold value is exceeded, wherein the battery is discharged in the second operating state. In other words, the second operating state of the battery preferably corresponds to a state in which the battery is discharged. In the discharged state of the battery is a greatly reduced, if not even fire risk more. It is transformed into a thermally uncritical state. As a result, the safety of the battery after its discharge is greatly increased.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Batterie ferner ein Warnelement, welches dazu ausgebildet ist, das Überschreiten des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Schwellwertes anzuzeigen. Ferner bevorzugt ist das Warnelement als ein optisches Element ausgeführt. Besonders bevorzugt ist das Warnelement als Warnlampe ausgeführt. In einer derartigen Ausführungsform kann beispielsweise dem Nutzer der Batterie eine Undichtigkeit des thermischen Elementes sowie die Überführung der Batterie von dem ersten in den zweiten Betriebszustand angezeigt werden. In a preferred embodiment, the battery further comprises a warning element, which is designed to indicate the exceeding of the first and / or the second predetermined threshold value. Further preferably, the warning element is designed as an optical element. Particularly preferably, the warning element is designed as a warning lamp. In such an embodiment, for example, the user of the battery, a leak of the thermal element and the transfer of the battery from the first to the second operating state can be displayed.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Feuchtesensor als kapazitiver Sensor ausgeführt. Kapazitive Sensoren arbeiten auf Basis der Veränderung der Kapazität eines einzelnen Kondensators oder eines ganzen Kondensatorsystems. Kapazitive Sensoren sind sehr genau und relativ einfach herstellbar.In a preferred embodiment, the humidity sensor is designed as a capacitive sensor. Capacitive sensors operate on the basis of changing the capacitance of a single capacitor or a whole capacitor system. Capacitive sensors are very accurate and relatively easy to produce.

Ferner bevorzugt ist der Feuchtesensor als oberflächen-mikromechanischer Sensor ausgeführt. Besonders bevorzugt ist der Feuchtesensor als Siliziumoberflächen-mikromechanischer Sensor ausgeführt. Mikromechanische Sensoren sind besonders klein, kostengünstig und stromsparend. Oberflächen-mikromechanische Silizium-Sensoren sind die Weiterentwicklung von bulk-mikromechanischen Sensoren in Silizium. Sie sind besonders klein und kostengünstiger herstellbar.Further preferably, the humidity sensor is designed as a surface micromechanical sensor. Particularly preferably, the moisture sensor is designed as a silicon surface micromechanical sensor. Micromechanical sensors are particularly small, inexpensive and energy-saving. Surface micromechanical silicon sensors are the advancement of bulk micromechanical sensors in silicon. They are particularly small and cheaper to produce.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Batterie ferner eine Prozessoreinheit auf, welche mit dem mindestens einen Feuchtesensor verbunden ist und welche ein Speicherelement umfasst. Des Weiteren bevorzugt ist die Prozessoreinheit als Mikrocontroller ausgeführt. Ferner bevorzugt ist das Speicherelement als nichtflüchtiger Speicher, beispielsweise als EEPROM-Speicher, ausgeführt. Dadurch wird es zum Beispiel möglich, Informationen über Undichtigkeiten des thermischen Elementes zu sammeln und auszuwerten.In a preferred embodiment, the battery further comprises a processor unit, which is connected to the at least one humidity sensor and which comprises a storage element. Furthermore, the processor unit is preferably designed as a microcontroller. Furthermore, the memory element is preferably designed as a nonvolatile memory, for example as an EEPROM memory. This makes it possible, for example, to collect and evaluate information about leaks of the thermal element.

Bevorzugt ist die Prozessoreinheit dazu ausgebildet, die Dauer, in welcher der erste und/oder der zweite vorbestimmte Schwellwert überschritten werden, als Datensatz in dem Speicherelement abzuspeichern. Dadurch werden verschiedene Auswertungen zum Zustand der Batterie beziehungsweise zum Zustand des innerhalb der Batterie verbauten thermischen Elementes, beispielsweise eines Kühlelements, möglich. Preferably, the processor unit is designed to store the duration in which the first and / or the second predetermined threshold value is exceeded as a data record in the memory element. As a result, various evaluations of the state of the battery or the state of the thermal element installed inside the battery, for example a cooling element, become possible.

Vorzugsweise ist die Prozessoreinheit mit einem Kommunikationsbussystem verbindbar, über welchen in dem Speicherelement gespeicherte Datensätze auslesbar sind. Ferner bevorzugt ist das Kommunikationsbussystem, mit welchem die Prozessoreinheit verbindbar ist, als CAN-Bussystem, FlexRay-Bussystem oder als LIN-Bussystem ausgeführt. Ist die Prozessoreinheit der erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einem solchen Kommunikationsbussystem verbunden, können in einem derartigen Ausführungsbeispiel die Datensätze über das Kommunikationsbussystem beispielsweise an externe Steuereinheiten oder Recheneinheiten übermittelt werden, wo sie dann weiter verwendet oder anderweitig ausgewertet werden können. Preferably, the processor unit can be connected to a communication bus system, via which data records stored in the memory element can be read out. Further preferably, the communication bus system to which the processor unit is connectable, as a CAN bus system, FlexRay bus system or designed as a LIN bus system. If the processor unit of the battery cell according to the invention is connected to such a communication bus system, in such an exemplary embodiment the data records can be transmitted via the communication bus system, for example to external control units or arithmetic units, where they can then be further used or otherwise evaluated.

Besonders bevorzugt ist die Batterie als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgeführt. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien für Hybrid- oder Elektro-Fahrzeuge ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen und nur einen sehr geringen Selbstentladestrom aufweisen.Particularly preferably, the battery is designed as a lithium-ion battery. Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability. Another advantage of lithium-ion batteries for hybrid or electric vehicles is that they are not subject to memory effect and have only a very low self-discharge current.

Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Furthermore, a motor vehicle is provided with a battery according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie, welche an ein beispielhaftes Kühlsystem angeschlossen ist, und 1 an embodiment of a battery according to the invention, which is connected to an exemplary cooling system, and

2 eine beispielhafte, schematische elektronische Verschaltung der Feuchtesensoren innerhalb eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterie. 2 an exemplary, schematic electronic interconnection of the humidity sensors within an embodiment of a battery according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 60 gezeigt, welche an ein beispielhaftes Kühlsystem 31 angeschlossen ist. Dieses Kühlsystem 31 ist nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Batterie 60 und ist hier lediglich zum besseren Verständnis aufgeführt. Eine erfindungsgemäße Batterie 60 kann auch an ein beliebiges anderes Kühlsystem 31 angeschlossen werden, welches sich fundamental von dem in 1 gezeigten unterscheiden kann. Auch können erfindungsgemäße Batterien 60 realisiert sein, welche ohne ein Kühlsystem 31 funktionieren beziehungsweise nicht mit einem Kühlsystem 31 verbindbar sind. In the 1 is an embodiment of a battery according to the invention 60 shown which an exemplary cooling system 31 connected. This cooling system 31 is not part of the battery according to the invention 60 and is listed here for your convenience only. A battery according to the invention 60 can also be connected to any other cooling system 31 which is fundamentally different from the one in 1 can distinguish shown. Also, batteries of the invention 60 be realized, which without a cooling system 31 work or not with a cooling system 31 are connectable.

Die Batterie 60 umfasst ein Batteriegehäuse 50, welches in 1 lediglich schematisch angedeutet ist. Ferner umfasst die Batterie 60 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft eine Vielzahl an Batteriezellen 40, welche innerhalb des Batteriegehäuses 50 angeordnet sind und von denen eine einzelne schematisch in 1 angedeutet ist. Es können ferner auch erfindungsgemäße Batterien 60 realisiert sein, welche lediglich eine einzige Batteriezelle 40 aufweisen. Die erfindungsgemäße Batterie 60 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein thermisches Element 30, welches von einem Fluid 2 durchströmbar und dazu ausgebildet ist, die Vielzahl an Batteriezellen 60 in einem vordefinierten Temperaturbereich zu halten. In diesem Ausführungsbeispiel ist das thermische Element 30 rein beispielhaft als eine Kombination aus Kühlplatten und Kühlrippen ausgeführt, welche in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft über ein Fluid 2 führende Rohre 21 mit dem Kühlsystem 31 verbunden sind. Es können allerdings auch andere erfindungsgemäße Batterien 60 ausgeführt sein, in welchen das thermische Element 30 anders, beispielsweise als Kühlkanäle, oder ganz anders ausgeführt ist.The battery 60 includes a battery case 50 which is in 1 is indicated only schematically. Furthermore, the battery includes 60 in this embodiment purely by way of example a plurality of battery cells 40 which inside the battery case 50 are arranged and of which a single schematically in 1 is indicated. Furthermore, batteries according to the invention can also be used 60 be realized, which only a single battery cell 40 exhibit. The battery according to the invention 60 includes a thermal element in this embodiment 30 that of a fluid 2 can be flowed through and adapted to the plurality of battery cells 60 to keep in a predefined temperature range. In this embodiment, the thermal element 30 purely by way of example as a combination of cooling plates and cooling fins executed, which in this embodiment purely by way of example a fluid 2 leading pipes 21 with the cooling system 31 are connected. However, it is also possible to use other batteries according to the invention 60 be executed, in which the thermal element 30 differently, for example, as cooling channels, or designed quite differently.

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Batterie 60 rein beispielhaft vier Feuchtesensoren 10, welche dazu ausgebildet sind, den Feuchtegehalt der Atmosphäre innerhalb des Batteriegehäuses 50 um die Vielzahl der Batteriezellen 40 herum, zu bestimmen. Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die Feuchtesensoren 10 dazu ausgebildet, den Feuchtegehalt der Atmosphäre in unmittelbarer Nähe zu den Batteriezellen 40, also den Feuchtegehalt der die Batteriezellen 40 direkt umgebenden Atmosphäre zu bestimmen beziehungsweise zu überwachen. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei der Feuchtesensoren 10 zur Bestimmung des Feuchtegehalts rein beispielhaft direkt auf dem thermischen Element 30 angeordnet, während die verbleibenden zwei Feuchtesensoren 10 rein beispielhaft direkt neben dem thermischen Element 30, in unmittelbarer Nähe zu den Rohren 21 angeordnet sind, über welche das thermische Element 30 mit dem Kühlsystem 31 verbunden ist. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batterien 60 mit nur einem, zwei, drei oder mehr als vier Feuchtesensoren 10 ausgeführt werden, in welchen die Feuchtesensoren 10 auch an anderer Stelle innerhalb der Batterie 60 angeordnet sein können.In this embodiment, the battery includes 60 purely as an example four humidity sensors 10 , which are adapted to the moisture content of the atmosphere within the battery case 50 around the multitude of battery cells 40 around, to determine. In other words, the humidity sensors are 10 designed to reduce the moisture content of the atmosphere in close proximity to the battery cells 40 , So the moisture content of the battery cells 40 directly surrounding atmosphere to determine or monitor. In this embodiment, two of the humidity sensors 10 for determining the moisture content purely by way of example directly on the thermal element 30 arranged while the remaining two humidity sensors 10 purely by way of example next to the thermal element 30 , in close proximity to the pipes 21 are arranged, over which the thermal element 30 with the cooling system 31 connected is. However, it is also possible batteries according to the invention 60 with only one, two, three or more than four humidity sensors 10 be executed, in which the humidity sensors 10 also elsewhere in the battery 60 can be arranged.

In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die Feuchtesensoren 10 rein beispielhaft als kapazitive, oberflächen-mikromechanische Silizium-Sensoren ausgeführt. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batterien 60 ausgeführt sein, in welchen die Feuchtesensoren 10 zwar als kapazitive, mikromechanische Sensoren ausgeführt sind, jedoch nicht als oberflächen-mikromechanische Silizium-Sensoren oder aber als mikromechanische Feuchtesensoren, welche keine Silizium-Sensoren sind. Ferner können auch erfindungsgemäße Batterien 60 realisiert sein, in welchen die Feuchtesensoren nicht als mikromechanische Sensoren oder aber auch nicht als kapazitive Sensoren ausgeführt, sondern als andere Sensoren ausgeführt sind. In the embodiment of 1 are the humidity sensors 10 purely by way of example as capacitive surface micromechanical silicon sensors. However, it is also possible batteries according to the invention 60 be executed, in which the humidity sensors 10 Although they are designed as capacitive, micromechanical sensors, but not as a surface-micromechanical silicon sensors or as a micromechanical Humidity sensors, which are not silicon sensors. Furthermore, batteries according to the invention can also be used 60 be implemented, in which the humidity sensors are not designed as micromechanical sensors or not as capacitive sensors, but are designed as other sensors.

Das in 1 dargestellte, rein beispielhafte Kühlsystem 31 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Kompressor 28, einen Kondensator 27 sowie einen Verdampfer 26, welche über eine Vielzahl an Rohren 21, durch welche ein Fluid 2 zu strömen vermag, miteinander verbunden sind. Ferner umfasst das Kühlsystem 31 eine Vielzahl von Absperrventilen 25, von denen zwei in 1 dargestellt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kühlsystem 31, wie bereits erwähnt, über Rohre 21 mit dem thermischen Element 30 der Batterie 60 verbunden. Alle Elemente zusammen bilden einen geschlossenen Kreislauf, welcher die Batteriezellen 40 der Batterie 60 zu kühlen oder zu heizen vermag. Über einen Pfeil 18 ist in 1 dargestellt, wie das thermische Element 30 der Batterie 60 durch das im Verdampfer 26 aus dem Fluid 2 erzeugte Gas gekühlt wird. This in 1 illustrated, purely exemplary cooling system 31 includes in this embodiment a compressor 28 , a capacitor 27 as well as an evaporator 26 , which have a variety of pipes 21 through which a fluid 2 to be able to flow, are interconnected. Furthermore, the cooling system includes 31 a variety of shut-off valves 25 of which two in 1 are shown. In this embodiment, the cooling system 31 , as already mentioned, about pipes 21 with the thermal element 30 the battery 60 connected. All elements together form a closed circuit, which the battery cells 40 the battery 60 to cool or to heat. About an arrow 18 is in 1 shown as the thermal element 30 the battery 60 through the evaporator 26 from the fluid 2 produced gas is cooled.

Die 2 zeigt eine beispielhafte, schematische elektronische Verschaltung der Feuchtesensoren 10 innerhalb eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterie 60. Mit anderen Worten ausgedrückt, zeigt die 2 schematisch eine beispielhafte, elektronische Anbindung der Feuchtesensoren 10 innerhalb eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterie 60. The 2 shows an exemplary, schematic electronic interconnection of the humidity sensors 10 within an embodiment of a battery according to the invention 60 , In other words, that shows 2 schematically an exemplary, electronic connection of the humidity sensors 10 within an embodiment of a battery according to the invention 60 ,

Bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Batterie 60 handelt es sich dabei rein beispielhaft um das in 1 gezeigte. Allerdings sind mit Ausnahme der Feuchtesensoren 10 in 1 keine der in 2 gezeigten elektronischen Komponenten dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Batterie 60 eine Schaltung 20 auf, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie 60 aus einem ersten aktiven Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der durch den Feuchtesensor 10 bestimmte Feuchtegehalt der Atmosphäre einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die Batterie 60 in diesem Ausführungsbeispiel eine Schaltung 20 auf, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie 60 von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der Feuchtegehalt in der die Batteriezellen 40 der Batterie 60 umgebenden Atmosphäre eine vorbestimmte Grenze, den vorbestimmten ersten Schwellwert, überschreitet. Ferner vermag dieselbe Schaltung 20 in diesem Ausführungsbeispiel die Batterie 60 aus einem ersten aktiven Betriebszustand in den oben beschrieben, zweiten Betriebszustand zu überführen beziehungsweise zu versetzen, sobald der Betrag der zeitlichen Erhöhung des Feuchtegehalts der Atmosphäre um die Batteriezellen 40 herum einen vorbestimmten zweiten Schwellwert überschreitet. Mit anderen Worten ausgedrückt, vermag die Schaltung 20 der Batterie 60 in diesem Ausführungsbeispiel, die Batterie 60 von einem ersten aktiven Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu versetzen, sobald die die Batteriezellen 40 umgebende Atmosphäre eine Änderung des Feuchtgehaltes pro vorbestimmter Zeitspanne verzeichnet, deren Betrag über einer vorbestimmten Grenze, dem vorbestimmten zweiten Schwellwert, liegt. Dabei kann die vorbestimmte Zeitspanne auch infinitesimal klein gewählt sein. In the embodiment of the battery according to the invention 60 this is purely an example of the in 1 shown. However, with the exception of the humidity sensors 10 in 1 none of the 2 shown electronic components shown. In this embodiment, the battery 60 a circuit 20 which is adapted to the battery 60 from a first active operating state to a second operating state, as soon as passing through the humidity sensor 10 certain moisture content of the atmosphere exceeds a predetermined first threshold. In other words, the battery points 60 in this embodiment, a circuit 20 which is adapted to the battery 60 from a first operating state to a second operating state, as soon as the moisture content in the battery cells 40 the battery 60 surrounding atmosphere exceeds a predetermined limit, the predetermined first threshold. Furthermore, the same circuit can 20 in this embodiment, the battery 60 from a first active operating state in the above-described, to transfer or set second operating state, as soon as the amount of increase in time of the moisture content of the atmosphere around the battery cells 40 around exceeds a predetermined second threshold. In other words, the circuit is capable 20 the battery 60 in this embodiment, the battery 60 from a first active operating state to a second operating state as soon as the battery cells 40 surrounding atmosphere detects a change in the moisture content per predetermined period of time whose amount is above a predetermined limit, the predetermined second threshold. In this case, the predetermined time period can also be chosen infinitesimally small.

Ein solcher Anstieg des Feuchtegehaltes der Atmosphäre um die Batteriezellen 40 herum kann zum Beispiel dann auftreten, wenn das thermische Element 30 oder die Rohre 21, über welche das thermische Element 30 mit dem Kühlsystem 31 verbunden ist, eine Undichtigkeit aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schaltung 20 rein beispielhaft als Entladeschaltung ausgeführt, welche dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten des vorbestimmten ersten oder des vorbestimmten zweiten Schwellwertes eine Entladung der Batterie 60 durchzuführen, wobei die Batterie 60 im zweiten Betriebszustand entladen ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, entlädt die Entladeschaltung die Batteriezellen 40 genau dann, wenn entweder der erste oder der zweite oben beschriebene, vorbestimmte Schwellwert erreicht ist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Batterie 60 ferner ein Warnelement 5, welches dazu ausgebildet ist, das Überschreiten des ersten oder des zweiten vorbestimmten Schwellwertes anzuzeigen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Warnelement 5 rein beispielhaft um eine Warnlampe, welche für den Nutzer der Batterie 60 sichtbar ist und aufleuchtet, sobald der erste oder der zweite, oben beschriebene, vorbestimmte Schwellwert überschritten wird. Allerdings können auch erfindungsgemäße Batterien 60 mit anders ausgeführten Warnelementen 5 realisiert sein, welche beispielsweise einen hörbaren Ton erzeugen oder auf andere Weise wahrnehmbar sind. Such an increase in the moisture content of the atmosphere around the battery cells 40 around can occur, for example, when the thermal element 30 or the pipes 21 over which the thermal element 30 with the cooling system 31 connected, have a leak. In this embodiment, the circuit 20 purely by way of example designed as a discharge circuit, which is designed to discharge the predetermined first or second predetermined threshold, a discharge of the battery 60 carry out the battery 60 discharged in the second operating state. In other words, the discharge circuit discharges the battery cells 40 if and only if either the first or the second above described, predetermined threshold is reached. In this embodiment, the battery includes 60 Furthermore, a warning element 5 which is adapted to indicate the exceeding of the first or the second predetermined threshold value. In this embodiment, the warning element is 5 purely by way of example a warning lamp, which for the user of the battery 60 is visible and lights up as soon as the first or the second, described above, predetermined threshold is exceeded. However, batteries according to the invention can also be used 60 with differently executed warning elements 5 be realized, for example, generate an audible sound or otherwise be perceived.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Batterie 60 des Weiteren eine Prozessoreinheit 4 auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel mit den vier Feuchtesensoren 10 verbunden ist und welche ein Speicherelement 6 umfasst. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Prozessoreinheit 4 rein beispielhaft als Mikrocontroller ausgeführt, welcher ferner rein beispielhaft eine Analog-Digital-Wandlereinheit aufweist. Das Speicherelement 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als nichtflüchtiger Speicher ausgeführt. Dieser nichtflüchtige Speicher ist in diesem Ausführungsbeispiel ferner rein beispielhaft als EEPROM-Speicher ausgeführt.In this embodiment, the battery 60 furthermore a processor unit 4 on, which in this embodiment with the four humidity sensors 10 is connected and which is a memory element 6 includes. In this embodiment, the processor unit is 4 purely by way of example as a microcontroller, which also has, purely by way of example, an analog-to-digital converter unit. The storage element 6 is executed purely by way of example as non-volatile memory in this embodiment. This non-volatile memory is also designed in this embodiment, purely by way of example as EEPROM memory.

Die Prozessoreinheit 4 des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterie 60 ist in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgelegt, die Überschreitung des ersten sowie des zweiten, vorbestimmten Schwellwertes zu überwachen und bei Überschreitung des ersten oder des zweiten Schwellwertes eine Entladung durch die Schaltung 20, also die Entladeschaltung, zu initiieren beziehungsweise zu veranlassen. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Prozessoreinheit 4 in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, den Feuchtegehalt sowie den Betrag der zeitlichen Erhöhung des Feuchtegehaltes der die Batteriezellen 40 umgebenden Atmosphäre mittels der Feuchtesensoren 10 zu überwachen. Des Weiteren ist die Prozessoreinheit 4 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft dazu ausgebildet, die Dauer, in welcher der erste oder der zweite vorbestimmte Schwellwert überschritten wird, als Datensatz in dem Speicherelement 6, also in dem EEPROM-Speicher, abzuspeichern. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Prozessoreinheit 4 in diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, die Dauer, in welcher der erste und/oder der zweite vorbestimmte Schwellwert überschritten werden, zu ermitteln und abzuspeichern. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Prozessoreinheit 4 rein beispielhaft eine Kommunikationsschnittstelle 3 auf, über welche die Prozessoreinheit 4 mit einem Kommunikationsbussystem 1 verbindbar ist. Ist die Prozessoreinheit 4 mit einem solchen Kommunikationsbussystem 1 verbunden, sind dann die in dem Speicherelement 6, also in diesem Ausführungsbeispiel dem EEPROM-Speicher, abgelegten Datensätze über dieses Kommunikationsbussystem 1 auslesbar. Mit anderen Worten ausgedrückt, können die Datensätze, welche in dem Speicherelement 6 von der Prozessoreinheit 4 abgelegt wurden, bei angeschlossenem Kommunikationsbussystem 1 über die Kommunikationsschnittstelle 3 und über das Kommunikationsbussystem 1 zum Beispiel an ein externes Steuergerät oder an eine externe Auswerteeinheit übermittelt werden. Das Kommunikationsbussystem 1 ist dabei nicht Bestandteil der erfindungsgemäßen Batterie 60. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kommunikationsbussystem 1 rein beispielhaft als CAN-Bussystem ausgeführt. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batterien 60 mit Prozessoreinheiten 4 ausgeführt werden, welche eine Kommunikationsschnittstelle 3 für die Verbindung mit anderen Kommunikationssystemen 1 beziehungsweise den Anschluss an andere Kommunikationsbussysteme 1 aufweisen. The processor unit 4 of in 2 illustrated embodiment of a battery according to the invention 60 In this embodiment, it is designed to monitor the exceeding of the first and the second, predetermined threshold value and, if the first or the second threshold value is exceeded, a discharge by the circuit 20 , ie the discharge circuit, to initiate or cause. In other words, the processor unit is 4 formed in this embodiment, the moisture content and the amount of increase in time of the moisture content of the battery cells 40 surrounding atmosphere by means of humidity sensors 10 to monitor. Furthermore, the processor unit 4 In this embodiment, purely by way of example, the duration in which the first or the second predetermined threshold value is exceeded is formed as a data record in the memory element 6 , so in the EEPROM memory to save. In other words, the processor unit is 4 in this exemplary embodiment, the duration in which the first and / or second predetermined threshold values are exceeded is determined and stored. In this embodiment, the processor unit 4 purely by way of example a communication interface 3 on which the processor unit 4 with a communication bus system 1 is connectable. Is the processor unit 4 with such a communication bus system 1 are then connected in the memory element 6 , So in this embodiment, the EEPROM memory, stored records on this communication bus system 1 read. In other words, the records that are stored in the memory element 6 from the processor unit 4 stored with the communication bus system connected 1 via the communication interface 3 and via the communication bus system 1 For example, be transmitted to an external controller or to an external evaluation. The communication bus system 1 is not part of the battery according to the invention 60 , In this embodiment, the communication bus system 1 purely by way of example as a CAN bus system. However, it is also possible batteries according to the invention 60 with processor units 4 which are a communication interface 3 for connecting to other communication systems 1 or the connection to other communication bus systems 1 exhibit.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010062178 A1 [0007] DE 102010062178 A1 [0007]
  • DE 102009045271 A1 [0008] DE 102009045271 A1 [0008]

Claims (11)

Batterie (60), umfassend, – ein Batteriegehäuse (50), – mindestens eine Batteriezelle (40), welche in dem Batteriegehäuse (50) angeordnet ist, – mindestens ein thermisches Element (30), welches von einem Fluid (2) durchströmbar und dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Batteriezelle (40) in einem vordefinierten Temperaturbereich zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (60) mindestens einen Feuchtesensor (10) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, den Feuchtegehalt der Atmosphäre innerhalb des Batteriegehäuses (50) um die mindestens eine Batteriezelle (40) herum zu bestimmen. Battery ( 60 ), comprising - a battery case ( 50 ), - at least one battery cell ( 40 ), which in the battery case ( 50 ), - at least one thermal element ( 30 ), which depends on a fluid ( 2 ) and is adapted to the at least one battery cell ( 40 ) in a predefined temperature range, characterized in that the battery ( 60 ) at least one humidity sensor ( 10 ), which is adapted to the moisture content of the atmosphere within the battery housing ( 50 ) around the at least one battery cell ( 40 ) around. Batterie (60) nach Anspruch 1, wobei die Batterie (60) eine Schaltung (20) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie (60) aus einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der durch den Feuchtesensor (10) bestimmte Feuchtegehalt der Atmosphäre einen vorbestimmten ersten Schwellwert überschreitet. Battery ( 60 ) according to claim 1, wherein the battery ( 60 ) a circuit ( 20 ), which is adapted to the battery ( 60 ) from a first operating state to a second operating state, as soon as passing through the humidity sensor ( 10 ) certain moisture content of the atmosphere exceeds a predetermined first threshold. Batterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (60) eine Schaltung (20) aufweist, welche dazu ausgebildet ist, die Batterie (60) aus einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand zu überführen, sobald der Betrag der zeitlichen Erhöhung des Feuchtegehalts der Atmosphäre einen vorbestimmten zweiten Schwellwert überschreitet. Battery ( 60 ) according to one of the preceding claims, wherein the battery ( 60 ) a circuit ( 20 ), which is adapted to the battery ( 60 ) to transfer from a first operating state to a second operating state, as soon as the amount of increase in time of the moisture content of the atmosphere exceeds a predetermined second threshold. Batterie (60) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Schaltung (20) als Entladeschaltung ausgeführt ist, welche dazu ausgebildet ist, bei Überschreiten des vorbestimmten ersten und/oder des zweiten Schwellwertes eine Entladung der Batterie (60) durchzuführen, wobei die Batterie (60) im zweiten Betriebszustand entladen ist.Battery ( 60 ) according to claim 2 or 3, wherein the circuit ( 20 ) is designed as a discharge circuit, which is designed, upon exceeding the predetermined first and / or the second threshold value, a discharge of the battery ( 60 ), the battery ( 60 ) is discharged in the second operating state. Batterie (60) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Batterie (60) ferner ein Warnelement (5) umfasst, welches dazu ausgebildet ist, das Überschreiten des ersten und/oder des zweiten vorbestimmten Schwellwertes anzuzeigen.Battery ( 60 ) according to one of claims 2 to 4, wherein the battery ( 60 ) a warning element ( 5 ), which is designed to indicate the exceeding of the first and / or the second predetermined threshold value. Batterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feuchtesensor (10) als kapazitiver Sensor ausgeführt ist.Battery ( 60 ) according to one of the preceding claims, wherein the humidity sensor ( 10 ) is designed as a capacitive sensor. Batterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Feuchtesensor (10) als oberflächen-mikromechanischer Sensor ausgeführt ist. Battery ( 60 ) according to one of the preceding claims, wherein the humidity sensor ( 10 ) is designed as a surface micromechanical sensor. Batterie (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (60) ferner eine Prozessoreinheit (4) aufweist, welche mit dem mindestens einen Feuchtesensor (10) verbunden ist und welche ein Speicherelement (6) umfasst.Battery ( 60 ) according to one of the preceding claims, wherein the battery ( 60 ) a processor unit ( 4 ), which with the at least one humidity sensor ( 10 ) and which a memory element ( 6 ). Batterie (60) nach Anspruch 2 oder 3 und Anspruch 8, wobei die Prozessoreinheit (4) dazu ausgebildet ist, die Dauer, in welcher der erste und/oder der zweite vorbestimmte Schwellwert überschritten werden, als Datensatz in dem Speicherelement (6) abzuspeichern. Battery ( 60 ) according to claim 2 or 3 and claim 8, wherein the processor unit ( 4 ) is adapted to the duration in which the first and / or the second predetermined threshold value is exceeded, as a record in the memory element ( 6 ) store. Batterie (60) nach Anspruch 9, wobei die Prozessoreinheit (4) mit einem Kommunikationsbussystem (1) verbindbar ist, über welchen in dem Speicherelement (6) gespeicherte Datensätze auslesbar sind. Battery ( 60 ) according to claim 9, wherein the processor unit ( 4 ) with a communication bus system ( 1 ) is connectable, over which in the memory element ( 6 ) stored records are readable. Kraftfahrzeug mit einer Batterie (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Batterie (60) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Motor vehicle with a battery ( 60 ) according to one of claims 1 to 10, wherein the battery ( 60 ) is connected to a drive system of the motor vehicle.
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