DE102013203799A1 - Battery cell housing with integrated electronics - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle (10) mit einem Gehäuse (12) und einem Deckel (14). Auf dem Deckel (14) befindet sich ein Plus-Terminal (16) und ein Minus-Terminal (18). Eine Überwachungselektronik (50) ist unmittelbar auf Gehäuseseiten (62, 64) oder dem Deckel (14) der Batteriezelle (10) aufgebracht.The invention relates to a battery cell (10) with a housing (12) and a cover (14). There is a plus terminal (16) and a minus terminal (18) on the cover (14). Monitoring electronics (50) are applied directly to the housing sides (62, 64) or the cover (14) of the battery cell (10).

Description

Stand der TechnikState of the art

Bei stationären Anlagen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen oder auch bei Fahrzeugen, seien es Elektrofahrzeuge, seien es Hybridfahrzeuge, kommen heute Batteriesysteme zum Einsatz, insbesondere Lithium-Ionenbatterien. Lithium-Ionen-Batteriezellen, die zu einzelnen Batteriemodulen eines Batteriepacks für ein Elektrofahrzeug oder auch für ein Hybridfahrzeug zusammengefasst sind, sind sehr empfindlich gegenüber einem Eindringen von Feuchtigkeit. Aufgrund der geforderten Lebensdauer von mehr als zehn Jahren werden für Lithium-Ionen-Batteriezellen „Hard-Case-Zellen“ favorisiert. Bei „Hard-Case-Gehäusen“ handelt es sich um Gehäuse für Batteriezellen die aus einem dosenförmigen Teil und einem Deckel gefertigt sind. Der dosenförmige Teil des Batteriegehäuses weist eine Wandstärke in der Größenordnung von 0,4 mm bis 1,5 mm auf. Die Wandstärke ist dabei unter anderem abhängig vom verwendeten Material. In stationary systems, such as wind turbines or in vehicles, it is electric vehicles, be it hybrid vehicles, today battery systems are used, especially lithium-ion batteries. Lithium-ion battery cells, which are combined into individual battery modules of a battery pack for an electric vehicle or for a hybrid vehicle, are very sensitive to the penetration of moisture. Due to the required service life of more than ten years, lithium-ion battery cells favor "hard-case cells". "Hard case enclosures" are housings for battery cells which are made of a can-shaped part and a lid. The can-shaped part of the battery housing has a wall thickness in the order of 0.4 mm to 1.5 mm. The wall thickness depends, among other things, on the material used.

Als Materialien kommen heutzutage vorwiegend Aluminium und Edelstahl in Frage. Edelstahlgehäuse können tendenziell in einer geringeren Wandstärke ausgebildet werden. Die deckelförmigen Teile der Batteriegehäuse weisen heutzutage eine Dicke auf, die im Bereich zwischen 0,6 mm bis 2,0 mm liegt. Bei der Fertigung der jeweiligen Batteriezelle werden der dosenförmige Teil und der deckelförmige Teil miteinander gefügt, vorzugsweise miteinander stoffschlüssig verbunden, z.B. verschweißt.The materials used today are predominantly aluminum and stainless steel. Stainless steel housing can tend to be formed in a smaller wall thickness. The lid-shaped parts of the battery case nowadays have a thickness which is in the range between 0.6 mm to 2.0 mm. In the manufacture of the respective battery cell, the can-shaped part and the lid-shaped part are joined together, preferably connected together in a material-locking manner, e.g. welded.

Um Lithium-Ionen-Batteriezellen, beziehungsweise aus diesen zusammengefasste Batteriepacks sicher betreiben zu können, werden heute Batteriemanagementsysteme eingesetzt. Ein Batteriemanagementsystem hat die Aufgabe, ein Überladen oder ein Tiefentladen der einzelnen Batteriezellen zu verhindern, ferner hat das Batteriemanagementsystem die Aufgabe, eine Belastung der einzelnen Batteriezellen mit unzulässig hohen Lade- beziehungsweise Entladeströmen zu vermeiden. Für Batteriesysteme, die bei Elektrofahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen, sind aufgrund der großen Anzahl an Batteriezellen, die in Batteriepacks verbaut werden, komplexe Elektroniken zur Realisierung des Batteriemanagements erforderlich. Eine Überwachungselektronik eines Batteriemanagementsystems zur Anwendung bei Elektrofahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen wird entweder in der Nähe der zugehörigen, d.h. der zu überwachenden Batteriezellen an dezentraler Stelle platziert, oder die gesamte Elektronik wird durch eine zentrale Elektronikeinheit dargestellt. In order to operate lithium-ion battery cells, or from these combined battery packs safely, battery management systems are used today. A battery management system has the task of preventing overcharging or over-discharging of the individual battery cells, furthermore, the battery management system has the task of avoiding a load on the individual battery cells with inadmissibly high charging or discharging currents. For battery systems, which are to be used in electric vehicles or in hybrid vehicles, complex electronics are required to realize the battery management due to the large number of battery cells, which are installed in battery packs. A monitoring electronics of a battery management system for use in electric vehicles or in hybrid vehicles is either in the vicinity of the associated, i. the battery cells to be monitored placed at a decentralized location, or the entire electronics is represented by a central electronic unit.

DE 10 2009 035 469 A1 bezieht sich auf eine Batterie mit einer Zellüberwachungsvorrichtung. Eine Lithium-Ionen-Batterie umfasst eine Mehrzahl von seriell und/oder parallel elektrisch verschalteten Einzelzellen mit einer Anzahl von ersten Kontakteinheiten und einer kopfseitig auf den Einzelzellen angeordneten Zellüberwachungsvorrichtung. Diese umfasst zu den ersten Kontakteinheiten korrespondierende zweite Kontakteinheiten. Die Zellüberwachungsvorrichtung gemäß DE 10 2009 035 469 A1 ist bereichsweise flexibel ausgebildet. DE 10 2009 035 469 A1 refers to a battery with a cell monitoring device. A lithium-ion battery comprises a plurality of individual cells connected in series and / or in parallel with a number of first contact units and a cell monitoring device arranged on the head side on the individual cells. This comprises second contact units corresponding to the first contact units. The cell monitoring device according to DE 10 2009 035 469 A1 is designed to be flexible in some areas.

DE 10 2010 10 022 908 A1 bezieht sich auf eine Batterie mit Temperaturerfassung sowie eine Verwendungsmöglichkeit einer derartigen Batterie. Die Batterie umfasst mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Flachzellen. Diese sind quer zu ihren Flachseiten aneinander gereiht und bilden eine im Wesentlichen prismatische Anordnung aus. In der prismatischen Anordnung ist an mindestens einer Flachseite mehrerer der Flachzellen jeweils eine thermisch daran angebundene Wärmeleitplatte vorgesehen. In diese ist jeweils wenigstens ein Temperatursensor integriert. DE 10 2010 10 022 908 A1 refers to a battery with temperature detection and a possible use of such a battery. The battery comprises a plurality of flat cells connected electrically in parallel and / or in series. These are lined up transversely to their flat sides and form a substantially prismatic arrangement. In the prismatic arrangement, in each case a thermally attached thereto heat conducting plate is provided on at least one flat side of a plurality of flat cells. In each case at least one temperature sensor is integrated.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Überwachungselektronik thermisch gut leitend direkt auf das Gehäuse der zu überwachenden Batteriezelle aufzubringen. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überwachungselektronik ist in Form einer Leiterplatte ausgebildet, wobei es sich um eine „Metal-Core-Printed-Circuit-Board (MCPCB) handelt. Dabei handelt es sich in der Regel um einen Schichtaufbau aus einem Leiterplättchen, welches eine dünne dielektrische Schicht umfasst, meist ein elektrisch isolierender aber thermisch gut leitfähiger Kleber sowie ein Metallsubstrat aus Aluminium oder Kupfer oder dergleichen enthält. Diese Ausführungsform der Überwachungselektronik hat den Vorteil, dass im Vergleich zu Standardleiterplatten sehr geringe thermische Übergangswiderstände realisiert werden können. Dadurch besteht die Möglichkeit, eine derartige Überwachungselektronik zum Überwachen von Batteriezellen einzusetzen, wobei die elektronischen Bauelemente mit größeren Verlustleistungen betrieben werden oder bei denen die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Bauelemente mit zunehmender Temperatur zurückgeht. According to the invention, the monitoring electronics are applied with good thermal conductivity directly onto the housing of the battery cell to be monitored. The inventively proposed monitoring electronics is designed in the form of a printed circuit board, which is a "Metal Core Printed Circuit Board (MCPCB). This is usually a layer structure of a printed circuit board, which comprises a thin dielectric layer, usually contains an electrically insulating but thermally highly conductive adhesive and a metal substrate made of aluminum or copper or the like. This embodiment of the monitoring electronics has the advantage that in comparison to standard printed circuit boards very low thermal contact resistance can be realized. This makes it possible to use such monitoring electronics for monitoring battery cells, wherein the electronic components are operated with greater power losses or in which the performance of the components used decreases with increasing temperature.

Die vorgeschlagene Überwachungselektronik wird bevorzugt seitlich am Gehäuse, insbesondere an einer kurzen seitlichen Gehäuseseite aufgebracht. Werden derartige Batteriezellen zu einem Batteriemodul verbaut, liegen derartige Batteriezellen in der Regel über die großflächige Stirnseite aneinander an und bilden einen Pressverband. Derartig konfigurierte Batteriemodule werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die Batteriezellen zur Erhöhung ihrer Lebensdauer durch mechanische Verspannung daran gehindert sind, sich mechanisch bei Lade- und Entladevorgängen auszudehnen. The proposed monitoring electronics are preferably applied laterally on the housing, in particular on a short side of the housing. If such battery cells are installed to form a battery module, such battery cells generally lie against each other over the large-area front side and form a press fit. Such configured battery modules are used in particular when the battery cells to increase their life by mechanical tension prevented from expanding mechanically during loading and unloading operations.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überwachungselektronik kann dagegen auch auf der langen Seite, d.h. der Stirnseite der Batteriezellen aufgebracht werden, für den Fall, dass es sich um ein luftgekühltes Batteriemodul handelt. In diesem Falle werden die einzelnen Batteriezellen durch einen diese über- beziehungsweise durchstreichenden Luftstrom gekühlt. In diesem Falle werden die einzelnen Batteriezellen nicht gegeneinander in einem Pressverband angeordnet, sondern durch Abstandhalter auf Distanz zueinander gehalten, sodass der kühlende Luftstrom zwischen den einzelnen Batteriezellen durchtreten kann. By contrast, the monitoring electronics proposed according to the invention can also be used on the long side, i. the front side of the battery cells are applied, in the event that it is an air-cooled battery module. In this case, the individual battery cells are cooled by a flow of air passing over or through them. In this case, the individual battery cells are not arranged against each other in a press fit, but held by spacers at a distance from each other, so that the cooling air flow can pass between the individual battery cells.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht die Möglichkeit, die Überwachungselektronik sehr nah, d.h. unmittelbar auf der zu überwachenden Einheit, d.h. im vorliegenden Falle auf dem Gehäuse der Batteriezelle aufzubringen. Dadurch kann die Temperatur der einzelnen Batteriezellen einerseits sehr genau und andererseits sehr kostengünstig erfasst werden. Desweiteren kann durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überwachungselektronik eine separate mechanische Montage eingespart werden, da sie mit dem Gehäuse mechanisch sehr robust verbunden ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überwachungselektronik kann direkt mit dem Gehäuse der Batteriezelle verbunden werden, sodass relevante Betriebsdaten, welche die Alterung einer Batteriezelle maßgeblich beeinflussen, aufgezeichnet werden können. Dies bietet zum einen Vorteil hinsichtlich der Gewährleistung, zum anderen können diese Informationen auch für ein späteres „zweites Leben“ der Batteriezelle genutzt werden. So kann zum Beispiel nach einem mehrjährigen Einsatz im Kraftfahrzeug ein und dieselbe Batteriezelle in Windkraftanlagen oder als stationärer Energiespeicher eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können unmittelbar Informationen gewonnen werden, welche Auskunft über den Batteriezustand geben. With the proposed solution according to the invention, it is possible, the monitoring electronics very close, i. directly on the unit to be monitored, i. apply in the present case on the housing of the battery cell. As a result, the temperature of the individual battery cells on the one hand can be detected very accurately and on the other hand very cost-effectively. Furthermore, a separate mechanical assembly can be saved by the inventively proposed monitoring electronics, since it is mechanically very robust connected to the housing. The inventively proposed monitoring electronics can be connected directly to the housing of the battery cell, so that relevant operating data, which significantly affect the aging of a battery cell, can be recorded. This offers an advantage in terms of warranty, on the other hand, this information can also be used for a later "second life" of the battery cell. For example, after several years of use in the motor vehicle, one and the same battery cell can be used in wind power plants or as stationary energy storage. By the proposed solution according to the invention information can be obtained directly which give information about the battery condition.

Die direkte Aufbringung der Überwachungselektronik auf dem Gehäuse der Batteriezelle hat den Vorteil, dass die Elektronik eine sehr gute, insbesondere flächige thermische Kopplung mit der Batteriezelle aufweist. Dadurch kann die Temperatur der Batteriezelle beziehungsweise die Temperatur des Gehäuses sehr genau und kostengünstig über eine Temperaturerfassung auf der Leiterplatte erfolgen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil zu heute eingesetzten Batteriemanagement-Elektroniken dar. Durch den Umstand, dass die Überwachungselektronik der Batteriezelle direkt bei der Herstellung der Batteriezelle dauerhaft mit der Batteriezelle verbunden wird, besteht die Möglichkeit, ein Monitoring wichtiger Betriebsparameter über die gesamte Lebensdauer der Batteriezelle mit der Überwachungselektronik durchzuführen. Dadurch besteht die Möglichkeit, wichtige Daten für eine Gewährleistung in der Elektronik aufzuzeichnen. Dies stellt einen entscheidenden Vorteil insbesondere vor dem Hintergrund dar, dass Fahrzeughersteller heute schon Gewährleistungszeiträume von zehn Jahren und mehr von den Batteriezellenherstellern fordern. The direct application of the monitoring electronics on the housing of the battery cell has the advantage that the electronics has a very good, especially areal thermal coupling with the battery cell. As a result, the temperature of the battery cell or the temperature of the housing can be very accurate and cost-effective via a temperature detection on the circuit board. This represents a significant advantage to battery management electronics used today. Due to the fact that the monitoring electronics of the battery cell is permanently connected directly to the battery cell during production of the battery cell, there is the possibility of monitoring important operating parameters over the entire service life of the battery cell to carry out the monitoring electronics. This provides the opportunity to record important data for a warranty in the electronics. This represents a decisive advantage, in particular against the background that vehicle manufacturers today already demand warranty periods of ten years and more from the battery cell manufacturers.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ohne nennenswerte Änderungen aufs Gehäuse von Batteriezellen aufgebracht werden, seien es Edelstahlzellgehäuse oder seien es Aluminiumzellen.The solution proposed according to the invention can be applied to the housing of battery cells without significant changes, be it stainless steel cell housings or aluminum cells.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben. With reference to the drawings, the invention will be described in more detail below.

Es zeigt: It shows:

1 die Darstellung eines Gehäuses einer Batteriezelle mit Anschlussterminals, 1 the representation of a housing of a battery cell with connection terminals,

2 eine Schaltungskonfiguration für ein Batteriemanagementsystem mit den wichtigsten Komponenten, 2 a circuit configuration for a battery management system with the most important components,

3 Ausführungsvarianten der Überwachungselektronik, 3 Variants of the monitoring electronics,

4 eine erste Anordnungsmöglichkeit der Überwachungselektronik an einer Gehäusewand eines Batteriezellengehäuses und 4 a first arrangement possibility of the monitoring electronics on a housing wall of a battery cell housing and

5 eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Überwachungselektronik an einer langen Seite eines Batteriezellengehäuses. 5 another arrangement possibility of the monitoring electronics on a long side of a battery cell housing.

Ausführungsvariantenvariants

1 zeigt eine Batteriezelle, die ein Gehäuse mit einem Deckel aufweist. 1 shows a battery cell having a housing with a lid.

1 zeigt, dass eine Batteriezelle 10 ein Gehäuse 12 umfasst, welches durch einen Deckel 14 verschlossen ist. Auf dem Deckel 14 des Gehäuses 12 der Batteriezelle 10 befindet sich ein Plusterminal 16 sowie ein Minusterminal 18. Das Gehäuse 12 hat ein dosenförmiges Aussehen und ist mit dem Deckel 14 durch eine Schweißnaht 20, die insbesondere als Laserschweißnaht ausgebildet sein kann, verbunden. Durch die Schweißnaht 20 sind das Gehäuse 12 und der Deckel 14 nach außen abgedichtet. Ferner dient die Schweißnaht 20 einer elektrischen Verbindung von Deckel 14 und Gehäuse 12. 1 shows that a battery cell 10 a housing 12 which is covered by a lid 14 is closed. On the lid 14 of the housing 12 the battery cell 10 there is a Plusterminal 16 as well as a miniature terminal 18 , The housing 12 has a can-shaped appearance and is with the lid 14 through a weld 20 , which may be formed in particular as a laser weld, connected. Through the weld 20 are the case 12 and the lid 14 sealed to the outside. Furthermore, the weld is used 20 an electrical connection of cover 14 and housing 12 ,

Der Darstellung gemäß 2 sind in schematischer Weise die Komponenten eines Batteriemanagementsystems zu entnehmen. The representation according to 2 are to be taken in a schematic manner, the components of a battery management system.

Aus der schematischen Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass ein Batteriemanagementsystem 22 ein erstes Batteriemodul 24, ein zweites Batteriemodul 26 sowie ein drittes Batteriemodul 28 umfasst. Die einzelnen Batteriemodule 24, 26 und 28 umfassen eine Anzahl von Batteriezellen. Einem jeden der Batteriemodule 24, 26, 28 ist ein Steuergerät 30, 32 oder 34 zugeordnet. Über die Steuergeräte 30, 32, 34 werden die einzelnen Batteriezellen der Batteriemodule 24, 26, 28 im Betrieb kontinuierlich überwacht und relevante Betriebsparameter aufgezeichnet. Die Steuergeräte 30, 32, 34 kommunizieren über einen internen Datenbus 36 miteinander. Die Betriebs- beziehungsweise Messdaten, die die einzelnen Steuergeräte 30, 32, 34 aufnehmen, werden über den internen Datenbus 36 einem Hauptsteuergerät 38 zugeleitet. Das Hauptsteuergerät 38 seinerseits ist mit einem fahrzeuginternen Datenbus 44, der beispielsweise als CAN-Datenbus ausgebildet ist, verbunden. Über das Hauptsteuergerät 38 werden mittels geeigneter Stromsensoren 40, 40a, die von den Batteriemodulen 24, 26 und 28 zu den Anschlussklemmen „+“ bzw. „–“ fließenden Ströme kontinuierlich gemessen. Das Hauptsteuergerät 38 umfast zwei galvanisch voneinander getrennte Erfassungseinrichtungen 46, 48, wobei die erste Erfassungseinrichtung 46 direkt mit den Batteriemodulen 24, 26, 28 verbunden ist. Dieser 1. Erfassungseinrichtung 46 des Hauptsteuergerätes 38 ist ein erster Stromsensor 40 zugeordnet. Die 2. Erfassungseinrichtung 48 des Hauptsteuergerätes 38 ist von der 1. Erfassungseinrichtung 46 galvanisch getrennt. In der 2. Erfassungseinrichtung 48 ist der 2. Stromsensor 40a platziert. Die Messung durch den 2. Stromsensor 40a ist eine indirekte Messung. Der 2. Stromsensor 40a führt eine unabhängige Messung des Stroms durch. Der 2. Stromsensor 40a kann beispielsweise ein Hall-Sensor sein. Zwei unabhängige Strommessungen erfüllen die Sicherheitsstandards, die für Lithium Ionen Batterien sehr wichtig sind.From the schematic representation according to 2 it turns out that a battery management system 22 a first battery module 24 , a second battery module 26 and a third battery module 28 includes. The individual battery modules 24 . 26 and 28 comprise a number of battery cells. Each of the battery modules 24 . 26 . 28 is a control unit 30 . 32 or 34 assigned. About the control units 30 . 32 . 34 become the individual battery cells of the battery modules 24 . 26 . 28 continuously monitored during operation and recorded relevant operating parameters. The controllers 30 . 32 . 34 communicate via an internal data bus 36 together. The operating or measurement data representing the individual control units 30 . 32 . 34 record over the internal data bus 36 a main control unit 38 fed. The main control unit 38 in turn is with an in-vehicle data bus 44 , which is formed, for example, as a CAN data bus, connected. About the main controller 38 be by means of suitable current sensors 40 . 40a coming from the battery modules 24 . 26 and 28 continuously measured to the terminals "+" or "-". The main control unit 38 includes two galvanically isolated detection devices 46 . 48 , wherein the first detection device 46 directly with the battery modules 24 . 26 . 28 connected is. This 1st detection device 46 of the main control unit 38 is a first current sensor 40 assigned. The 2nd detection device 48 of the main control unit 38 is from the 1st detection device 46 galvanically isolated. In the 2nd detection device 48 is the 2nd current sensor 40a placed. The measurement by the 2nd current sensor 40a is an indirect measurement. The second current sensor 40a performs an independent measurement of the current. The second current sensor 40a For example, it can be a Hall sensor. Two independent current measurements meet the safety standards that are very important for lithium ion batteries.

Aus der Darstellung gemäß 3 gehen Ausführungsmöglichkeiten der Überwachungselektronik für die Batteriezellen hervor. From the illustration according to 3 go execution possibilities of the monitoring electronics for the battery cells.

3 zeigt, dass eine Überwachungselektronik im Wesentlichen ein plättchenförmiges Aussehen hat. Die Überwachungselektronik 50 wird insbesondere als Schichtaufbau ausgeführt und umfasst ein Metallsubstrat 52, eine Dielektrikschicht 54 sowie eine Cu-Schicht 56. Die Abkürzung Cu steht hier für den Werkstoff Kupfer. Die Dicken der einzelnen Schichten 52, 54, 56 der Überwachungselektronik 50 können unterschiedliche Dicken aufweisen. So liegt insbesondere die Dicke des Metallsubstrates 52 im Bereich zwischen 0,4 mm und 3 mm, während die Dielektrikschicht 54 eine Dicke aufweist, die zwischen 75 µm und 100 µm liegt. Die sich auf der Dielektrikschicht 54 befindende Cu-Schicht 56 hat eine Dicke in der Größenordnung zwischen 36 µm bis 200 µm. Auf die Cu-Schicht 56 ist mindestens ein elektronisches Bauelement 58 mit seinen Anschlussbeinchen 60 aufgebracht. 3 shows that a monitoring electronics has a substantially platelike appearance. The monitoring electronics 50 is in particular designed as a layer structure and comprises a metal substrate 52 , a dielectric layer 54 and a Cu layer 56 , The abbreviation Cu here stands for the material copper. The thicknesses of the individual layers 52 . 54 . 56 the monitoring electronics 50 can have different thicknesses. This is in particular the thickness of the metal substrate 52 in the range between 0.4 mm and 3 mm, while the dielectric layer 54 has a thickness between 75 microns and 100 μm is located. Which is on the dielectric layer 54 located Cu layer 56 has a thickness in the order of 36 microns to 200 microns. On the Cu layer 56 is at least one electronic component 58 with his connecting legs 60 applied.

Die Überwachungselektronik 50 gemäß der Darstellung in 3 wird bevorzugt als „Metal-Core-Printed-Circuit-Board“ (MCPCB) ausgeführt. Üblicherweise werden Leiterplatten über die Dielektrikschicht 54 aufgebracht, die zumeist aus elektrisch isolierendem aber thermisch gut leitfähigem Klebstoff hergestellt wird. Die Leiterplatten werden auf das Metallsubstrat 52 aufgebracht, bei welchem es sich üblicherweise um Aluminium oder Kupfer oder um eine Al-Cu-Legierung handelt. The monitoring electronics 50 as shown in 3 is preferably implemented as a "Metal Core Printed Circuit Board" (MCPCB). Usually, printed circuit boards are over the dielectric layer 54 applied, which is usually made of electrically insulating but thermally well conductive adhesive. The printed circuit boards are placed on the metal substrate 52 applied, which is usually aluminum or copper or an Al-Cu alloy.

Dieser Schichtaufbau der Überwachungselektronik 50 hat den Vorteil, dass im Vergleich zu Standardleiterplatten sehr geringe thermische Übergangswiderstände realisiert werden können. Die MCPCB-Technologie wird bei Anwendungen eingesetzt, bei denen die elektronischen Bauelemente 58 mit größeren Verlustleistungen betrieben werden oder bei solchen Anwendungen, bei denen die Leistungsfähigkeit der eingesetzten elektronischen Bauelemente 58 mit steigender Temperatur abnimmt. This layer structure of the monitoring electronics 50 has the advantage that in comparison to standard printed circuit boards very low thermal contact resistance can be realized. The MCPCB technology is used in applications where the electronic components 58 be operated with greater power losses or in such applications where the performance of the electronic components used 58 decreases with increasing temperature.

Den Darstellungen gemäß der 4 und 5 sind Einbauorte der Überwachungselektronik 50 an Gehäuse 12 der Batteriezelle 10 zu entnehmen. The representations according to the 4 and 5 are installation locations of the monitoring electronics 50 to housing 12 the battery cell 10 refer to.

4 zeigt zum Beispiel, dass die Überwachungselektronik 50 – ausgeführt in Plättchenform – auf einer kurzen Gehäuseseitenfläche 62 des Gehäuses 12 der Batteriezelle 10 thermisch sehr gut gekoppelt aufgebracht wird. Die in 4 dargestellte Anordnungsmöglichkeit der Überwachungselektronik 50 bietet sich beispielsweise für den Einsatz der Batteriezelle 10 in einem Batteriemodul an, bei dem die Batteriezellen 10 über eine großflächige lange Gehäuseseite 64 miteinander in einem Pressverband verbaut werden. Derartige Batteriemodule werden insbesondere dann eingesetzt, wenn die einzelnen Batteriezellen 10 zur Erhöhung ihrer Lebensdauer durch mechanische Verspannung daran gehindert werden, sich mechanisch bei Lade- und Entladevorgängen auszudehnen. Die dadurch generierte mechanische Belastung würde andernfalls ein schnelleres Altern der Batteriezellen 10 bewirken. 4 shows, for example, that the monitoring electronics 50 - executed in platelet form - on a short housing side surface 62 of the housing 12 the battery cell 10 thermally coupled very well. In the 4 illustrated arrangement possibility of the monitoring electronics 50 offers, for example, for the use of the battery cell 10 in a battery module in which the battery cells 10 over a large long side of the housing 64 be installed together in a press fit. Such battery modules are used in particular when the individual battery cells 10 To increase their life by mechanical tension prevented from expanding mechanically during loading and unloading. Otherwise, the mechanical stress generated thereby would result in faster aging of the battery cells 10 cause.

Aus 4 geht hervor, dass analog zur Darstellung gemäß 1 die Batteriezelle 10 das Gehäuse 12 aufweist, welches durch einen Deckel 14 abgeschlossen ist. Der Deckel 14 ist mittels einer Schweißnaht 20 dichtend mit dem dosenförmig ausgebildeten Gehäuse 12 verbunden. Out 4 shows that analogous to the representation according to 1 the battery cell 10 the housing 12 which has a lid 14 is completed. The lid 14 is by means of a weld 20 sealing with the can-shaped housing 12 connected.

Bezugszeichen 62 bezeichnet die kurze Gehäuseseitenfläche auf der in der Ausführungsvariante gemäß 4 die Überwachungselektronik 50 etwa mittig angeordnet ist. Bezugszeichen 64 bezeichnet die lange Gehäuseseitenfläche, welche diejenige Fläche ist, entlang der bei Ausbildung eines Pressverbandes die einzelnen Batteriezellen 10 einander kontaktierend verbaut sind. Wie 4 des weiteren zeigt, umfasst das Gehäuse 12 der Batteriezelle 10 daneben einen Gehäuseboden 66. Gehäusekanten 68 des Gehäuses 11 der Batteriezelle sind abgerundet ausgebildet. reference numeral 62 denotes the short housing side surface on in the embodiment according to 4 the monitoring electronics 50 is arranged approximately centrally. reference numeral 64 denotes the long housing side surface, which is the surface along the formation of a press fit the individual battery cells 10 are installed in contact with each other. As 4 further shows, includes the housing 12 the battery cell 10 next to it a caseback 66 , casing edges 68 of the housing 11 the battery cell are rounded.

5 zeigt eine weitere Anordnungsmöglichkeit der Überwachungselektronik, ausgebildet in Plättchenform. 5 shows a further arrangement possibility of the monitoring electronics, formed in platelet form.

Bei der in 5 dargestellten Anordnungsmöglichkeit der Überwachungselektronik 50 ist die Überwachungselektronik 50 auf der langen Gehäuseseitenfläche 64 mit guter thermischer Kopplung direkt auf der langen Gehäuseseitenfläche 64 aufgebracht. Diese Anordnungsmöglichkeit eignet sich insbesondere für ein luftgekühltes Batteriesystem, bei dem die einzelnen Batteriezellen 10 über einen Luftstrom gekühlt werden. In diesem Falle werden die einzelnen Batteriezellen nicht direkt gegeneinander verpresst, wie dies bei der Ausführungsvariante gemäß 4 der Fall ist, sondern vielmehr über Abstandhalter derart miteinander verbaut, dass zwischen den einzelnen Batteriezellen 10 ein Freiraum bleibt, der von zur Kühlung dienender Luft durchströmt wird. At the in 5 illustrated arrangement possibility of the monitoring electronics 50 is the monitoring electronics 50 on the long side of the housing 64 with good thermal coupling directly on the long side of the housing 64 applied. This arrangement option is particularly suitable for an air-cooled battery system in which the individual battery cells 10 be cooled by an air flow. In this case, the individual battery cells are not pressed directly against each other, as in the embodiment according to 4 the case is, but rather so far as spacers installed together so that between the individual battery cells 10 remains a free space, which is flowed through by serving for cooling air.

Das direkte Verbauen der Überwachungselektronik 50 am Gehäuse 12 der Batteriezelle 10 bietet den Vorteil, dass die Überwachungselektronik 50 eine sehr gute thermische Kopplung mit der Batteriezelle 10 hat. Dadurch kann die Temperatur der Batteriezelle 10 bzw. die Temperatur des dosenförmigen Teiles des Gehäuses 12 sehr genau und kostengünstig über eine Temperaturerfassung auf der Überwachungselektronik 50 erfolgen. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann eine separate mechanische Fixierung der Überwachungselektronik 50 am Gehäuse 12 entfallen. Dadurch, dass die Überwachungselektronik 50 der Batteriezelle 10 direkt bei der Herstellung der Batteriezelle 10 dauerhaft mit der Batteriezelle 10 bzw. mit deren Gehäuse 12 verbunden wird, besteht die Möglichkeit, ein Monitoring wichtiger Betriebsparameter für die gesamte Lebensdauer der Batteriezelle 10 mit der Überwachungselektronik 50 durchzuführen. Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, wichtige Daten in Bezug auf eine Gewährleistungspflicht in der Überwachungselektronik 50 aufzuzeichnen. Angesichts der geforderten Gewährleistungszeiträume von 10 und mehr Jahren stellt dies einen entscheidenden Vorteil dar, welcher es gestattet, eine lückenlose Dokumentation über die bisherigen Einsatzzyklen der Batteriezellen 10 zu liefern. The direct installation of the monitoring electronics 50 on the housing 12 the battery cell 10 offers the advantage that the monitoring electronics 50 a very good thermal coupling with the battery cell 10 Has. This allows the temperature of the battery cell 10 or the temperature of the can-shaped part of the housing 12 very accurate and cost-effective via a temperature detection on the monitoring electronics 50 respectively. By the proposed solution according to the invention, a separate mechanical fixation of the monitoring electronics 50 on the housing 12 omitted. Because of the monitoring electronics 50 the battery cell 10 directly in the production of the battery cell 10 permanently with the battery cell 10 or with their housing 12 It is possible to monitor important operating parameters for the entire lifetime of the battery cell 10 with the monitoring electronics 50 perform. This opens up the possibility of providing important data regarding a warranty obligation in the electronic surveillance system 50 record. Given the required warranty periods of 10 and more years, this represents a decisive advantage, which allows a complete documentation on the previous use cycles of the battery cells 10 to deliver.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Überwachungselektronik 50, die über die Lebenszeit der Batteriezelle 10 mit dieser verbunden ist, kann die Historie, d.h. der Gebrauch und die davon abhängige Alterung, eine verbleibende Restgüte der Batteriezelle 10 lückenlos dokumentiert werden, sodass die Möglichkeit besteht, in einem weiteren Anwendungszyklus, beispielsweise nach Einsatz in einem Fahrzeug, die Batteriezellen 10 in einer stationären Anwendung in Windkraftanlagen oder dergleichen einzusetzen, zuverlässige Informationen dahingehend vorliegen, welche Güte die einzelnen Batteriezellen 10 noch aufweisen. By the inventively proposed monitoring electronics 50 that over the lifetime of the battery cell 10 connected to this, the history, ie the use and the aging dependent therefrom, a remaining residual quality of the battery cell 10 be documented without gaps, so that there is the possibility in another application cycle, for example after use in a vehicle, the battery cells 10 in a stationary application in wind turbines or the like, reliable information exist as to what kind of quality the individual battery cells 10 still have.

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Claims (8)

Batteriezelle (10) mit einem Gehäuse (12) und einem Deckel (14) mit einem Plus-Terminal (16) und einem Minus-Terminal (18), dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungselektronik (50) auf Gehäuseseitenflächen (62, 64) oder dem Deckel (14) aufgebracht ist. Battery cell ( 10 ) with a housing ( 12 ) and a lid ( 14 ) with a plus terminal ( 16 ) and a minus terminal ( 18 ), characterized in that a monitoring electronics ( 50 ) on housing side surfaces ( 62 . 64 ) or the lid ( 14 ) is applied. Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektronik (50) in Form eines Plättchens ausgeführt ist und mindestens ein elektronisches Bauelement (58) zur Erfassung eines betriebsrelevanten Parameters der Batteriezelle (10) umfasst. Battery cell ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the monitoring electronics ( 50 ) in the form of a small plate and at least one electronic component ( 58 ) for detecting an operational parameter of the battery cell ( 10 ). Batteriezelle (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektronik (50) als Schichtaufbau beschaffen ist, mit einem Metallsubstrat (52), einer Dielektrikschicht (54) und einer Cu-Schicht (56). Battery cell ( 10 ) according to the preceding claim, characterized in that the monitoring electronics ( 50 ) is designed as a layer structure, with a metal substrate ( 52 ), a dielectric layer ( 54 ) and a Cu layer ( 56 ). Batteriezelle (10) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke des Metallsubstrates (52) zwischen 0,4 mm und 3 mm liegt. Battery cell ( 10 ) according to the preceding claim, characterized in that a thickness of the metal substrate ( 52 ) is between 0.4 mm and 3 mm. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Dielektrikschicht (54) zwischen 75 µm und 100 µm liegt. Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the dielectric layer ( 54 ) is between 75 μm and 100 μm. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Kupferschicht (56) zwischen 35 µm und 200 µm liegt. Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a thickness of the copper layer ( 56 ) is between 35 μm and 200 μm. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektronik (50) auf einer kurzen Gehäuseseitenfläche (62) des Gehäuses (12) aufgebracht und unmittelbar mit dieser thermisch gekoppelt ist. Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring electronics ( 50 ) on a short housing side surface ( 62 ) of the housing ( 12 ) is applied and directly thermally coupled with this. Batteriezelle (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungselektronik (50) auf einer langen Gehäuseseitenfläche (64) des Gehäuses aufgebraucht und unmittelbar mit dieser thermisch gekoppelt ist.Battery cell ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the monitoring electronics ( 50 ) on a long housing side surface ( 64 ) of the housing is used up and is directly thermally coupled with this.
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