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GEBIET
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Sensoranordnung, ein Energiesystem und ein Verfahren.
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HINTERGRUND
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Batteriezellen werden heutzutage bei einer großen Vielzahl von Anwendungen verwendet. Mögliche Anwendungen weisen zum Beispiel mobile Anwendungen auf, wie zum Beispiel tragbare Computer, Telefone und andere elektronische Geräte. Andere Anwendungen weisen Automobilanwendungen auf, zum Beispiel im Rahmen von Elektro- oder Hybrid-Autos.
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Bei vielen dieser Anwendungen werden Hochleistungsbatteriezellen eingesetzt. In diesen, aber auch anderen Batteriezellen kann es empfehlenswert sein, einen oder mehrere Betriebsparameter der entsprechenden Batteriezellen zu überwachen, um ihr Verhalten, ihren Zustand oder andere sicherheitskritische Bedingungen zu bewerten.
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Bei Anwendungen jedoch, die eine Mehrzahl von individuellen Batterien, Batteriezellen oder ähnlichen Einheiten aufweisen, kann der Aufwand, die entsprechenden Daten im Hinblick auf die individuellen Batterien, Batteriezellen oder Einheiten auszulesen, beträchtlich werden.
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Daher besteht ein Bedarf zum Vereinfachen der Überwachung einer Batteriezelle.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand von einem beliebigen der Ansprüche erfüllt werden.
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Eine Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel weist einen Sender auf, der innerhalb einer Batteriezelle angeordnet sein soll und ein Signal basierend auf zumindest einem erfassten Betriebsparameter der Batteriezelle drahtlos übertragen soll.
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Optional ist der Sender ausgebildet, um das Signal durch eine funkbasierte Übertragung zu übertragen.
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Wiederum optional zeigt der zumindest eine Betriebsparameter der Batteriezelle einen sicherheitskritischen Zustand der Batteriezelle an.
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Optional weist der zumindest eine Betriebsparameter der Batteriezelle einen Parameter einer Gruppe aus Parametern auf, wobei die Gruppe aus Parametern eine Temperatur der Batteriezelle, eine Temperatur eines Elektrolyten oder einer Elektrolytlösung, einen Druck innerhalb der Batteriezelle, eine Konzentration eines chemischen Elements oder einer chemischen Verbindung innerhalb der Batteriezelle, eine mechanische Belastung eines Gehäuses der Batteriezelle, eine mechanische Belastung einer Komponente der Batteriezelle, einen Stromwert eines Stroms, der zumindest entweder innerhalb, aus der oder in die Batteriezelle fließt, ein Potential einer Elektrode der Batteriezelle und eine Spannung der Batteriezelle aufweist.
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Wiederum optional weist die Sensoranordnung einen Halbleiter-Die auf, wobei der Halbleiter-Die zumindest einen Teil einer Schaltungsanordnung der Sensoranordnung aufweist, wobei der Die an einem Substrat befestigt und elektrisch mit demselben gekoppelt ist.
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Optional ist der Die an dem Substrat unter Verwendung einer Flip-Chip-Technik befestigt.
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Wiederum optional ist im Hinblick auf einen Elektrolyten oder eine Elektrolytlösung der Batteriezelle ein chemisch inertes Unterfüllmaterial zwischen dem Die und dem Substrat angeordnet ist.
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Optional ist der Die zumindest teilweise durch entweder eine Formvergussmasse, ein Harz oder ein Epoxidharz eingekapselt.
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Wiederum optional ist der Die oder ein Package, das den Die aufweist, zumindest teilweise, im Hinblick auf einen Elektrolyten oder eine Elektrolytlösung der Batteriezelle, durch eine chemisch inerte Schutzabdeckung abgedeckt.
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Optional weist die Schutzabdeckung zumindest entweder eine Kohlenstoffschicht, Perylen oder Polytetrafluorethylen auf.
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Wiederum optional weist die Sensoranordnung ferner zumindest einen Sensor auf, um zumindest einen des zumindest einen Betriebsparameters innerhalb der Batteriezelle zu erfassen.
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Optional weist der Sender eine Antenne und einen Sendesignalerzeuger auf, der mit der Antenne gekoppelt ist, wobei zumindest ein Sensor des zumindest einen Sensors und der Sendesignalerzeuger in ein einzelnes Package integriert sind.
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Wiederum optional weist der Sender eine Antenne und einen Sendesignalerzeuger auf, der mit der Antenne gekoppelt ist, wobei zumindest der Sendesignalerzeuger in ein erstes Package integriert ist, und wobei zumindest ein Sensor des zumindest einen Sensors in ein zweites Package integriert ist.
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Optional ist die Sensoranordnung ausgebildet, um mit zumindest einer Elektrode der Batteriezelle gekoppelt zu sein, um die Sensoranordnung mit Betriebsenergie zu versorgen.
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Wiederum optional weist die Sensoranordnung ferner eine Batteriezelle auf, um die Sensoranordnung mit Betriebsenergie zu versorgen.
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Optional ist die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ist.
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Wiederum optional weist die Batteriezelle zumindest entweder ein aprotisches Lösungsmittel oder Lithiumhexafluorophosphat auf.
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Optional ist die Sensoranordnung innerhalb der Batteriezelle angeordnet.
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Ein Energiesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, wobei die Batteriezellen jeweils eine Sensoranordnung aufweisen, wobei jede der Sensoranordnungen einen Sender aufweist, der innerhalb der Batteriezelle angeordnet ist und ausgebildet ist, um ein Signal basierend auf zumindest einem erfassten Betriebsparameter der Batteriezelle drahtlos zu übertragen. Das Energiesystem weist ferner ein Batterieverwaltungssystem auf, das außerhalb der Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist und ausgebildet ist, um die Signale von den Sensoranordnungen der Mehrzahl von Batteriezellen zu empfangen.
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Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Erfassen von zumindest einem Betriebsparameter der Batteriezelle innerhalb der Batteriezelle und das drahtlose Übertragen des Signals drahtlosbasierend auf dem zumindest einen erfassten Betriebsparameter der Batteriezelle von innerhalb der Batteriezelle auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Mehrere Ausführungsbeispiele werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
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1 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Batteriezelle;
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 zeigt ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel, das ein Energiesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist;
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6 zeigt eine Draufsicht der Sensoranordnung von 5;
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7 zeigt eine weitere Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 zeigt ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Energiesystems;
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9 zeigt ein Blockdiagramm eines Energiesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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10 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Batteriezelle, die eine Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist; und
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11 zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Batteriezelle, die eine weitere Sensoranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben. In diesem Kontext werden zusammenfassende Bezugszeichen verwendet, um mehrere Objekte gleichzeitig zu beschreiben oder um gemeinsame Merkmale, Abmessungen, Charakteristika oder ähnliches dieser Objekte zu beschreiben. Die zusammenfassenden Bezugszeichen basieren auf ihren individuellen Bezugszeichen. Ferner werden Objekte, die in mehreren Ausführungsbeispielen oder mehreren Figuren erscheinen, die aber identisch sind oder zumindest im Hinblick auf einige ihrer Funktionen oder strukturellen Merkmale, mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, beziehen sich Teile der Beschreibung, die sich auf solche Objekte beziehen, auch auf die entsprechenden Objekte der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele oder der unterschiedlichen Figuren, außer dies ist explizit oder – unter Berücksichtigung des Kontextes der Beschreibung und der Figuren – implizit anderweitig angegeben. Daher können ähnliche oder verwandte Objekte mit zumindest einigen identischen oder ähnlichen Merkmalen, Abmessungen und Charakteristika implementiert sein, können jedoch auch mit unterschiedlichen Eigenschaften implementiert sein.
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Batteriezellen werden heutzutage bei einer großen Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die zum Beispiel Hochleistungsbatteriezellen für Elektromobilanwendungen aufweisen, zum Beispiel Elektro- oder Hybrid-Fahrzeuge. Abhängig von der betroffenen Batterietechnik können kritische Bedingungen bei Hochleistungsbatteriezellen zu ernsthaften Konsequenzen führen. Zum Beispiel kann sich innerhalb einer Hochleistungsbatterie oder einer Batteriezelle Gasüberdruck entwickeln, der seinerseits zu einer Zerstörung der Batteriezelle, zu Feuer oder sogar einer Explosion der Batteriezelle führen kann. Heutzutage werden Sensoren verwendet, um diese kritischen Bedingungen in Hochleistungsbatteriezellen zu überwachen.
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Wie nachfolgend detaillierter ausgeführt wird, kann eine Batteriezelle die notwendigen Komponenten aufweisen, um elektrische Energie basierend auf elektrochemischen Reaktionen zu erzeugen. Eine Batterie kann eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Falls eine Batterie mehr als eine Batteriezelle aufweist, können die individuellen Zellen in Reihe, parallel oder beides gekoppelt sein. Falls eine Batterie genau eine Batteriezelle aufweist, können die Batterie und die einzelne Batteriezelle, die darin enthalten ist, identisch sein, können jedoch auch unterschiedlich sein.
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1 zeigt eine vereinfachte Querschnittansicht einer Batteriezelle 100, die zum Beispiel als eine Lithium-Ionen-Batteriezelle (Li+) implementiert sein kann. Eine solche Batteriezelle kann zum Beispiel für eine Elektromobilitätsanwendung eingesetzt werden.
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Die Batteriezelle 100 weist ein Gehäuse 110 auf, in dem ein gewickelter Stapel 120 zum Beispiel ein Elektrodenmaterial, ein aktives Material, einen Separator, ein weiteres aktives Material und ein weiteres Elektrodenmaterial aufweisen kann. Der Stapel 120 kann einen Elektrolyt oder eine Elektrolytlösung aufweisen oder darin eingelegt sein. Der Elektrolyt kann zum Beispiel Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6) aufweisen, das in einem (polaren) aprotischen Lösungsmittel gelöst sein kann, das zum Beispiel die Methylcarbonat und/oder Ethylencarbonat aufweist. Das Gehäuse 110 kann zum Beispiel aus Aluminium (Al) hergestellt sein.
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Die Batteriezelle 100 weist ferner eine erste Elektrode 130-1 und eine zweite Elektrode 130-2 auf, die elektrisch durch einen Isolator 140 von einer Abdeckung 150 des Gehäuses 110 isoliert sein können. Die Elektroden 130 können mit dem Elektrodenmaterial des Stapels 120 gekoppelt sein. Die Isolierungen 140 können ferner als eine Dichtung dienen, um zu verhindern, dass der Elektrolyt, die Elektrolytlösung und/oder andere chemische Elemente und Verbindungen die Batteriezelle 100 verlassen. Die Isolierungen 140, die als Dichtungen funktionieren, können ferner verhindern, dass Substanzen von außen in die Batteriezelle 100 oder das Gehäuse 110 eintreten. Zum Beispiel könnte es im Fall einer auf Lithium basierenden Batteriezelle sehr empfehlenswert sein, zu verhindern, dass Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff in die Batteriezelle eintreten, um eine ernste exotherme Reaktion mit dem Lithium zu vermeiden, das in dem Gehäuse 110 enthalten ist, was wiederum die Batteriezelle 100 beschädigen oder sogar zerstören kann und ferner einen Schaden an anderen Komponenten eines Systems oder an Menschen riskieren kann.
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Eine Batteriezelle 100 wie die, die in 1 gezeigt ist, wird üblicherweise hergestellt durch Bereitstellen des Stapels 120 in dem Gehäuse 110, wobei die Elektroden 130 elektrisch mit den entsprechenden Elektrodenmaterialien des Stapels 120 gekoppelt sind. Dann kann der Elektrolyt oder die Elektrolytlösung in das Gehäuse 110 der Batteriezelle durch eine oder mehrere Öffnungen 160-1, 160-2 gefüllt werden, die durch die entsprechende Anzahl von Lochverschlüssen 170-1, 170-2 geschlossen werden können.
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Als Vorkehrungsmaßnahme gegen hohe Drücke innerhalb des Gehäuses 110 der Batteriezelle 100 kann die Abdeckung 150 ferner eine Berstscheibe 180 aufweisen, die zerstört werden kann, sobald ein kritischer Druckpegel innerhalb des Gehäuses 110 der Batteriezelle 100 erreicht wird.
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Elektroden 130 können im Prinzip aus jeglichem geeigneten Material gebildet sein. Zum Beispiel kann die erste Elektrode 130-1 eine Kupferelektrode (Cu) sein und die zweite Elektrode 130-2 kann eine Aluminiumelektrode (Al) sein. Natürlich können die Elektroden 130 eine Form zum Beispiel außerhalb des Gehäuses 110 aufweisen, um eine leichtere Kopplung der Batteriezelle mit einem Energiesystem oder ähnlichem zu ermöglichen. Zum Beispiel können die Elektroden 130 ein Gewinde aufweisen oder sogar zusätzliche Abdeckungen, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind, wie zum Beispiel aus Edelstahl oder ähnlichem.
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Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass Ausführungsbeispiele keinesfalls auf bestimmte Entwurfsdetails einer solchen Batteriezelle, wie der Batteriezelle beschränkt sind, die in 1 gezeigt ist. Zum Beispiel umfassen andere Formen von Batteriezellen eine Batteriezelle 100, die auf Beutelzellen (pouch cells) oder soliden Zellen basiert, die innerhalb eines größeren Modul-Packages kombiniert sein können. Ferner sind Entwurfsdetails keinesfalls auf den Entwurf beschränkt, der in 1 gezeigt ist. Zum Beispiel kann die Anzahl von individuellen Elementen, wie zum Beispiel der Öffnungen 160, der Berstscheiben 180, die Anzahl der Elektroden und andere Parameter variieren. Auch im Hinblick auf die Materialien und die chemischen Verbindungen, die oben erwähnt wurden, kann sich eine Batteriezelle, die im Kontext mit einem Ausführungsbeispiel verwendet wird, unterscheiden.
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Wie die vorangehende Erörterung gezeigt hat, können in heutigen Batteriezellen chemische Medien eingesetzt werden, die verdampfen können, wenn eine Temperatur innerhalb der Batteriezelle 110 ansteigt, zum Beispiel aufgrund lokaler Defekte innerhalb des Elektrodenstapels 120. Dies kann zu einer Überlast oder einer ähnlichen Situation führen. Aufgrund einer solchen Überlast, einer Fehlfunktion, eines Kurzschlusses oder einer anderen, ähnlichen Situation zum Beispiel in einer Lithium-Polymer-Batteriezelle, kann ein Gas gebildet werden, das einen starken Innendruck erzeugen kann. Abhängig von der beteiligten Chemie kann das Gas zum Beispiel Hydrogenfluorid (HF) aufweisen. Folglich können die Batteriezellen anschwellen und sogar bersten. Aufgrund des Sauerstoffs, der in die Batteriezelle in einem solchen Fall eintritt, können die organischen Elektrolyte Feuer fangen und die Batteriezelle kann brennen.
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Um eine Sicherheitstechnik für Batteriezellen für eine Anwendung zu entwickeln, wie zum Beispiel Elektromobilität, möchten Kunden dieser Batteriezellen eine Gaserzeugung in einem sehr frühen Zustand erfassen, zum Beispiel mit der Hilfe von Drucksensoren oder Gassensoren, um ein Abschalten der entsprechenden Batteriezelle in einem sehr frühen Zustand zu ermöglichen.
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Der Zustand der Batteriezelle 100 kann zum Beispiel unter Verwendung von Temperatursensoren erfasst oder überwacht werden, die an der Außenseite des Gehäuses 110 angeordnet sind. Falls die Batteriezelle 100 zu einer Überhitzung neigt, kann eine Notabschaltung initiiert werden. Da jedoch der Temperatursensor an der Außenseite des Gehäuses 110 angeordnet ist, kann es passieren, dass die entsprechende Fehlfunktion innerhalb der Batteriezelle erst auf einer sehr späten Stufe erfasst wird, was zu spät sein kann, um entsprechend schnell durch eine Notabschaltung zu reagieren.
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Um jedoch zu verhindern, dass die Batteriezelle 100 und ihr Gehäuse 110 explodieren, weist die Berstscheibe 118 einen vorbestimmten Druckpunkt auf, und kann in das Gehäuse 110 oder dessen Abdeckung 150 integriert sein. Falls der Druck innerhalb der Batteriezelle zu hoch steigt, kann die Berstscheibe 180 irreversibel bersten. Dies kann die Explosion der Batteriezelle verhindern. Da jedoch Sauerstoff in die Batteriezelle 101 eintritt, besteht die vorangehende erwähnte Gefahr, dass die Chemie innerhalb des Gehäuses 110 zu einer Selbstzündung führt und somit zu einer verzögerten Feuergefahr. Es kann zum Beispiel passieren, dass die Batteriezelle Tage später in einem Reparaturladen oder in einer Zwischenlagerungseinrichtung für defekte Batteriezellen Feuer fängt.
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Wie nachfolgend detaillierter ausgeführt wird, können Ausführungsbeispiele helfen, solche kritischen Bedingungen zu verhindern, dadurch, dass sie in die Batteriezelle 110 integriert sind. Ein solches Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel ein Sensorsystem und ein integriertes, drahtloses Datenübertragungssystem aufweisen. Um etwas genauer zu sein, können einige Ausführungsbeispiele das notwendige Sensorsystem aufweisen, das direkt in die Batteriezelle integriert ist, sodass eine sehr schnelle und sehr genaue Messung kritischer Operationsparameter ermöglicht wird. Um einen leichteren Zugriff auf die Daten zu erlauben, können die erfassten Betriebsparameter drahtlos übertragen werden, zum Beispiel unter Verwendung einer funkbasierten Übertragung und nicht einer herkömmlichen kabelgebundenen oder drahtgebundenen Lösung. Dies kann ein Reduzieren der Komplexität eines Energiesystems ermöglichen, im Wesentlichen durch Vermeiden des Kabelstrangs für die Signalleitungen, um die Sensoren von jeder der Batteriezellen elektrisch mit einem Batterieverwaltungssystem oder einer ähnlichen Steuerungseinheit zu koppeln. Angenommen zum Beispiel ein Energiesystem, das eine große Anzahl von Batteriezellen aufweist, muss jede der Batteriezellen elektrisch durch eine Signalleitung gekoppelt sein, um zu ermöglichen, dass das Batterieverwaltungssystem die Sensoren der Batteriezellen ausliest. Bei einigen Anwendungen kann die Anzahl von Batteriezellen 100 mehrere 10 sein oder sogar 100 Batteriezellen überschreiten.
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer Sensoranordnung 200, die einen Sender 210 aufweist, der innerhalb einer Batteriezelle 100 angeordnet sein soll und ein Signal basierend auf zumindest einem erfassten Betriebsparameter der Batteriezelle drahtlos übertragen soll. Wie oben ausgeführt ist, kann der Sender 210 ausgebildet sein, um das Signal durch eine funkbasierte Übertragung zu übertragen.
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Um die Betriebssicherheit einer solchen Batteriezelle zu erhöhen, kann der zumindest eine Betriebsparameter der Batteriezelle einen sicherheitskritischen Zustand der Batteriezelle 100 anzeigen. Zum Beispiel kann der zumindest eine Betriebsparameter der Batteriezelle 100 jeglicher Parameter einer Gruppe aus Parametern sein, die zum Beispiel eine Temperatur der Batteriezelle 100, eine Temperatur eines Elektrolyten oder einer Elektrolytlösung, einen Druck innerhalb der Batteriezelle 100, eine Konzentration eines chemischen Elements oder einer chemischen Verbindung innerhalb der Batteriezelle, eine mechanische Belastung des Gehäuses 110 der Batteriezelle 100, eine mechanische Belastung einer anderen Komponente der Batteriezelle 100, einen Stromwert eines Stroms, der zumindest entweder innerhalb, aus der oder in die Batteriezelle 100 fließt, ein Potential einer Elektrode der Batteriezelle 100 und eine Spannung der Batteriezelle 100 umfasst. Abhängig von der beteiligten Batteriezellentechnik kann jeglicher dieser Betriebsparameter anzeigend für einen sicherheitskritischen Zustand sein, wenn zum Beispiel der entsprechende Betriebsparameter eine vorbestimmte Bedingung erfüllt. Zum Beispiel kann es abhängig von dem Betriebsparameter anzeigend dafür sein, dass ein solcher sicherheitskritischer Zustand der Batterie oder der Batteriezelle erreicht ist, wenn der entsprechende Parameter größer oder kleiner als eine Schwelle wird.
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Die Sensoranordnung 200 kann einen Halbleiter-Die 220 aufweisen, der zumindest einen Teil einer Schaltungsanordnung der Sensoranordnung 200 aufweisen kann. Der Die 220 kann an einem Substrat 230 befestigt und elektrisch mit demselben gekoppelt sein, das zum Beispiel eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB; Printed Circuit Board) oder ein ähnliches Substrat 230 für den Halbleiter-Die 220 sein kann. Zum Beispiel kann das Substrat 230 flexibel sein.
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Wie detaillierter in dem Kontext von 5, 6 und 7 ausgeführt wird, kann der Die 220 unter Verwendung einer Flip-Chip-Technik an dem Substrat 230 befestigt sein. In diesem Fall kann ein chemisch inertes Unterfüllmaterial im Hinblick auf einen Elektrolyten oder eine Elektrolytlösung der Batteriezelle 100 zwischen dem Die 220 und dem Substrat 230 angeordnet sein. Dies kann zum Beispiel eine kompakte und trotzdem chemisch stabile Befestigung des Dies an dem Substrat 230 ermöglichen, was im Hinblick auf einen Herstellungsaufwand der Sensoranordnung 200 vorteilhaft sein kann.
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Der Die 220 kann zumindest teilweise durch eine Formvergussmasse, ein Harz und/oder ein Epoxidharz eingekapselt sein. Ferner kann der Die oder ein Package, das den Die 220 aufweist, zumindest teilweise durch eine chemisch inerte Schutzabdeckung im Hinblick auf einen Elektrolyten oder eine Elektrolytlösung der Batteriezelle abgedeckt sein. Die Schutzabdeckung kann zum Beispiel eine Kohlestoffschicht, Perylen, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder eine Kombination derselben aufweisen. Dies kann ferner helfen, die Sensoranordnung vor nachteiligen chemischen Effekten zu schützen, der die Sensoranordnung 200 zum Beispiel durch den Elektrolyten oder die Elektrolytlösung der Batteriezelle 100 ausgesetzt ist.
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Um den zumindest einen Betriebsparameter der Batteriezelle 100 zu erfassen, kann die Sensoranordnung 200 ferner zumindest einen Sensor 240 aufweisen. Um genauer zu sein, weist bei den in 2 schematisch gezeigten Ausführungsbeispielen die Sensoranordnung 200 drei Sensoren 240-1, 240-2, 240-3 auf. Der erste Sensor 240-1 ist auf dem oder in dem Halbleiter-Die 220 integriert. Im Gegensatz dazu ist der zweite Sensor 240-2 außerhalb des Halbleiter-Dies 220 implementiert, aber auf oder als Teil von dem Substrat 230, das zusammen mit dem Halbleiter 220 ein Package 250 bildet. Sensoren können jedoch auch unabhängig von den Package 250 implementiert sein, das einen Halbleiter-Die 220 und ein Substrat 230 aufweist. Um dies darzustellen weist die Sensoranordnung 200, die in 2 gezeigt ist, ferner den dritten Sensor 240-3 auf, der mit dem Sender 210 durch eine Kontaktanschlussfläche 260 und eine Messverbindung 270, wie zum Beispiel ein Kabel oder einen Draht gekoppelt ist. Der dritte Sensor 240-3 bildet entsprechend ein weiteres Package 250' oder ein zweites Package 250' im Hinblick auf das erste Package 250. Das zweite Package 250' kann unabhängig von dem ersten Package 250 sein, das bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel den Halbleiter-Die 220 aufweist.
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Der Sender 210 kann einen Sendesignalerzeuger 280 und eine Antenne 290 aufweisen. Im Hinblick auf den ersten und den zweiten Sensor 240-1, 240-2, ist der Sendesignalerzeuger 280 in demselben oder einzelnen Package 250 integriert. Im Hinblick jedoch auf den dritten Sensor 240-3 ist der Sendesignalerzeuger 280 in ein erstes Package 250 integriert, während der Sensor 240-3 in ein zweites Package 250' integriert oder Teil desselben ist, das sich von dem ersten Package 250' unterscheidet.
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Der Sendesignalerzeuger 280 kann in der Lage sein, die Signale zu empfangen, die durch die Sensoren 240 bereitgestellt werden, und ein Signal zu erzeugen, das in der Lage ist, über die Antenne 290 übertragen zu werden. Es ist jedoch keinesfalls erforderlich, dass die Antenne 290 in demselben Package 250 oder auf demselben Die 220 implementiert ist wie der Sendesignalerzeuger 280. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch ist die Antenne 290 als Teil des Packages 250 implementiert, das auch den Sendesignalerzeuger aufweist. Die Antenne 290 ist jedoch Teil des Substrats 230.
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Somit kann der Sendesignalerzeuger 280 eine Mikrosteuerung aufweisen, die in der Lage ist, die Daten oder Signale zu lesen oder zu erwerben, die durch die Sensoren 240 bereitgestellt werden, um die entsprechenden Signale zu verarbeiten und die Signale zum Beispiel in Hochfrequenzsignale umzuwandeln, die dann an die Antenne 209 zur Übertragung außerhalb der Batteriezelle 100 bereitgestellt werden (in 2 nicht gezeigt). Anstatt einer Hochfrequenzantenne 290 kann jedoch auch ein Sender eingesetzt werden.
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Um die Sensoranordnung 200 mit Energie zu versorgen, kann die Sensoranordnung 200 ausgebildet sein, um mit zumindest einer Elektrode 130 der Batteriezelle 100 gekoppelt zu sein, um elektrische Energie für einen Betrieb aus der Batteriezelle 100 zu erhalten. Zum Beispiel kann das Substrat 230 einen oder mehrere Versorgungsanschlüsse 300-1, 300-2 aufweisen, die mit den Elektroden 130 der Batteriezelle 100 gekoppelt sein sollen, um die Sensoranordnung 200 für den Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen. Bei anderen Ausführungsbeispielen jedoch kann einer der Versorgungsanschlüsse 300 zum Beispiel mit einem anderen Referenzpotential gekoppelt sein, wie zum Beispiel Massepotential. Ein Versorgen der Sensoranordnung 200 mit der notwendigen Betriebsenergie kann anders ausgedrückt an die Batteriezelle 100 delegiert werden, um durch die Sensoranordnung 200 selbst überwacht zu werden.
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Die Sensoranordnung kann ferner eine Versorgungsbatteriezelle 310 aufweisen, um die Sensoranordnung 200 mit der notwendigen Betriebsenergie zu versorgen. In 2 ist die optionale Versorgungsbatteriezelle 310 derart gezeigt, dass sie in dem Package 250 implementiert ist oder, um genauer zu sein, als Teil von oder integriert in oder auf dem Substrat 230. Anders ausgedrückt ist die Batteriezelle 310 hier Teil des Packages 250 oder in dem Package 250 enthalten. Die Batteriezelle 310 kann jedoch im Prinzip auch in dem zweiten Package 250' enthalten sein, dass zum Beispiel einen Sensor 240 aufweist, oder in einem anderen Package, wie zum Beispiel einem individuellen Package.
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Wie vorangehend ausgeführt wurde, kann die Sensoranordnung 200 entworfen sein, um innerhalb einer Batteriezelle betrieben zu werden, wie zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. In diesem Fall kann die Batteriezelle zumindest entweder ein aprotisches Lösungsmittel oder Lithiumhexafluorophosphat aufweisen, gegen das die Sensoranordnung 200 zumindest eine ausreichende Widerstandsfähigkeit zeigen sollte, derart, dass zumindest ein gelegentlicher Kontakt zwischen der Sensoranordnung 200 und den Batteriezellenchemikalien keinen sofortigen Ausfall der Sensoranordnung 200 verursacht.
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Natürlich kann, wie oben ausgeführt wurde, die Anzahl der verwendeten Komponenten, wie zum Beispiel eine Anzahl von Sensoren 240 oder eine Anzahl von Versorgungsanschlüssen 300 unter anderen Parametern und Entwurfsmerkmalen zwischen den Ausführungsbeispielen variieren. Zum Beispiel kann eine Sensoranordnung 200 jegliche Anzahl von Sensoren 240 aufweisen. Natürlich kann auch die Anzahl von Versorgungsanschlüssen 300 abhängig von der Anzahl von Spannungen variieren, die extern an die Sensoranordnung 200 geliefert werden müssen. Falls eine Versorgungsbatteriezelle 310 implementiert ist, ist das Implementieren eines Versorgungsanschlusses 300 möglicherweise nicht notwendig.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren weist bei einer Operation P100 das Erfassen von zumindest einem Betriebsparameter einer Batteriezelle innerhalb der Batteriezelle auf. Es weist ferner bei einer Operation P110 das Senden eines Signals basierend auf dem zumindest einen erfassten Betriebsparameter der Batteriezelle drahtlos von innerhalb der Batteriezelle auf.
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4 zeigt ein Fahrzeug 320 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das ein Energiesystem 330 gemäß einem Ausführungsbeispiel aufweist. Das Energiesystem weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 100-1, ..., 100-3 auf, wobei jede Batteriezelle 100 eine Sensoranordnung 200-1, ... 200-3 aufweist, wie vorangehend ausgeführt wurde. Die Sensoranordnungen 200 können identisch implementiert sein oder können sich zumindest teilweise voneinander unterscheiden.
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Das Energiesystem 330 weist ferner ein Batterieverwaltungssystem 340 auf, das außerhalb der Mehrzahl von Batteriezellen 100 angeordnet ist und ausgebildet ist, um die Signale von den Sensoranordnungen 200 der Mehrzahl von Batteriezellen 100 zu empfangen. Das Batterieverwaltungssystem 340 kann somit eine Antenne aufweisen, um die funkbasierten Übertragungen von den Sensoranordnungen 200 zu empfangen. Im Fall eines unterschiedlichen, drahtlosen Übertragungsschema, das durch die Sensoranordnungen 200 verwendet wird, kann das Batterieverwaltungssystem 340 einen entsprechenden Empfänger aufweisen. Natürlich kann das Batterieverwaltungssystem 340 auch mehrere Empfänger aufweisen, um zu erlauben, dass unterschiedliche drahtlose Übertragungsschemata durch die Batteriezellen 100 verwendet werden.
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Das Batterieverwaltungssystem 340 kann ausgebildet sein, um ein Signal basierend auf den Signalen bereitzustellen, die von den Sensoranordnungen 200 der Mehrzahl von Batteriezellen empfangen werden. Das Signal, das durch das Batterieverwaltungssystem 340 bereitgestellt wird, kann zum Beispiel anzeigend für eine Fehlfunktion, eine Überlast oder eine andere Situation von zumindest einer der Batteriezellen 100 der Mehrzahl von Batteriezellen sein. Zum Beispiel kann das Batterieverwaltungssystem 340 die Signale lesen, die durch die Sensoranordnungen 200 der individuellen Batteriezellen 100 bereitgestellt werden, um einen oder mehrere Betriebsparameter aus diesen Signalen zu extrahieren. Wenn einer oder mehrere dieser paar Betriebsparameter von einer oder mehreren der Batteriezellen 100 eine vorbestimmte Beziehung erfüllen, sie sind zum Beispiel größer oder kleiner als ein Schwellenwert, kann das Signal, das durch das Batterieverwaltungssystem 340 bereitgestellt wird, eine Fehlfunktion der entsprechenden Batteriezelle 100 oder der Batteriezellen 100 anzeigen. Basierend auf dem Signal, das den Batteriezellen 100 bereitgestellt wird, kann es möglich sein, ein Abschalten oder einen anderen fehlersicheren Mechanismus zu initiieren, der den Fahrer des Fahrzeugs 320 über die Fehlfunktion in Kenntnis setzt.
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Natürlich können auch die Sensoranordnungen 200 derart ausgebildet sein, dass sie nur das Signal übertragen, das den zumindest einen Betriebsparameter anzeigt, wenn eine vorbestimmte Beziehung im Hinblick auf den entsprechenden Betriebsparameter erfüllt ist. Zum Beispiel kann das Signal, das durch eine der Sensoranordnungen 200 übertragen wird, nur die entsprechende Batteriezelle anzeigen. In diesem Fall kann das Batterieverwaltungssystem 340 das Vorhandensein einer Fehlfunktion bestimmen, und der entsprechenden Batteriezelle 100, einfach basierend auf einem Empfang des entsprechenden Signals von der betreffenden Batteriezelle oder den betreffenden Batteriezellen 100. Die Sensoranordnungen 200 können jedoch ferner weitere Daten bereitstellen und senden, wie zum Beispiel den Betriebsparameter und/oder den Wert, der die vorbestimmte Beziehung erfüllt. Natürlich können die Sensoranordnungen 200 die Signale auch intermittierend, kontinuierlich oder gemäß einem anderen Muster oder nach Bedarf ansprechend auf ein Bedarfssignal durch das Batterieverwaltungssystem 340 übertragen.
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Das Fahrzeug 320 kann zum Beispiel ein beliebiges motorisiertes Fahrzeug sein, wie zum Beispiel ein Auto, ein Lastwagen, eine Lok, eine landwirtschaftliche Maschine oder eine Baumaschine, um nur einige zu nennen. Ein solches Fahrzeug kann allein mit elektrischer Energie arbeiten, wie zum Beispiel ein Elektroauto, oder elektrische Energie kann zur Bewegung des Fahrzeugs beitragen, wie zum Beispiel bei einem Hybridauto.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Sensoranordnung 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die einen Drucksensor zur Integration in eine Batteriezelle 100 aufweist. Die Sensoranordnung 200 weist einen Halbleiter-Die 220 auf, der zumindest einen Sendesignalerzeuger 280 (in 5 nicht gezeigt) aufweist. Der Die 220 weist ferner einen Drucksensor 240 auf, der auf der Technik eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS; micro electro mechanical systems) basiert. Der Halbleiter-Die 220 ist auf einem Substrat 230 unter Verwendung der Flip-Chip-Technik befestigt. Das Substrat 230 weist Schaltungswege 250 auf, die zumindest teilweise innerhalb des Substrats 230 vergraben sind, um zu verhindern, dass das Material der Schaltungswege 350 durch die vorangehend erwähnten Chemikalien der Batteriezelle 100 (in 5 nicht gezeigt) angegriffen wird.
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In der Querschnittansicht von 5 ist nur ein Schaltungsweg 350 gezeigt, der einen der Versorgungsanschlüsse 300 mit einer Kontaktanschlussfläche 360-1 verbindet, mit der der Halbleiter-Die 220 mechanisch und elektrisch durch einen Lötpunkt 370-1 gekoppelt ist. Das Substrat 230 weist ferner eine zweite Kontaktanschlussfläche 360-2 in der Querschnittsansicht auf, die in 5 gezeigt ist. Der Halbleiter-Die 220 ist mit der zweiten Kontaktanschlussfläche 360-2 unter Verwendung eines weiteren Lötpunktes 370-2 gekoppelt. Um den Halbleiter-Die 220 auf dem Substrat 230 elektrisch zu isolieren und mechanisch zu stabilisieren, kann ein chemisch inertes Unterfüllmaterial 380 im Hinblick auf die Chemikalien, die in der Batteriezelle 100 verwendet werden, zwischen dem Halbleiter-Die 220 und dem Substrat 230 aufgebracht werden.
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Um jedoch zu erlauben, dass die Atmosphäre innerhalb der Batteriezelle mit dem Sensor 240 in Wechselwirkung tritt, weisen sowohl das Substrat 230 als auch das Unterfüllmaterial 380 eine Öffnung 390 auf, durch die der Druck innerhalb der Batteriezelle mit dem Sensor 240 in Wechselwirkung treten kann. Die Öffnung 390 kann auf solche Weise angeordnet sein, dass der empfindliche Bereich des Halbleiter-Dies 220 (Sensor 240) mit der Öffnung 390 im Wesentlichen so ausgerichtet ist, dass keine mechanische Belastung von dem Substrat 230 auf den Halbleiter-Die 220 ausgeübt wird. Das Substrat 230 kann ein flexibles Substrat sein. Die Schaltungswege 350 können zum Beispiel durch Drucken der Schaltungswege 350 auf eine Schicht des Substrats 230 hergestellt werden, das zumindest teilweise beschichtet sein kann, um die Schaltungswege 350 nach dem Druckprozess zu schützen.
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6 zeigt eine Draufsicht der Sensoranordnung 200, die in 5 gezeigt ist. In der Draufsicht von 6 ist der Die 220 von seiner Rückseite gezeigt, wobei das chemisch inerte Unterfüllmaterial 380 im Wesentlichen von unter dem Die 220 in allen Richtungen in einer Ebene des Substrats 230 hervorsteht.
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Die Sensoranordnung 200 weist drei Schaltungswege 350-1, 350-2 und 350-3 auf, wobei der zweite Schaltungsweg 350-2 als eine Schleife geformt ist, um die Antenne 290 des Sensors 210 (in 5 und 6 nicht gezeigt) zu bilden. Die anderen zwei Schaltungswege 350-1, 350-3 sind elektrisch mit den Versorgungsanschlüssen 300-1 bzw. 300-2 gekoppelt, durch die die Sensoranordnung 200 in der Lage ist, mit elektrischer Energie von der Batteriezelle 100 versorgt zu werden.
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Anders ausgedrückt zeigen 5 und 6 eine schematische Querschnittansicht und eine Draufsicht einer Sensoranordnung 200, die auf ein Flex-Druck-Substrat 230 gebracht ist, das ein auf Flex-Druck basierendes Drucksensorpackage bildet, das ein chemisch stabiles Unterfüllmaterial aufweist. Der Sensor-Chip oder Sensor-Die 220, der auch den Sendesignalerzeuger 280 aufweist, weist einen auf MEMS basierenden Sensor 240 auf, um dem Druck innerhalb der Batteriezelle 100 (in 5 und 6 nicht gezeigt) zu messen oder zu erfassen. Die hier gezeigte Sensoranordnung 200 ist unter Verwendung der Flip-Chip-Technik und des chemisch stabilen Unterfüllmaterials implementiert, um den Chip innerhalb des Packages so gut wie möglich vor chemischen Einflüssen zu schützen.
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Wie jedoch 7 zeigen wird, kann die Sensoranordnung 200 optional ferner eine zusätzliche Schutzabdeckung aufweisen, die den Silizium-Die 220 und/oder das Substrat 230 vollständig oder zumindest teilweise abdecken kann, um die Widerstandsfähigkeit gegen chemische Einflüsse zu erhöhen.
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Bei dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 200 im Wesentlichen vollständig durch eine schützende Abdeckschicht 400 abgedeckt, einschließlich dem Substrat 230 abgesehen von den Versorgungsanschlüssen 300, wobei der Halbleiter-Die 220 den Bereich unter der Öffnung 390 direkt benachbart zu dem Sensor 240 umfasst. Die schützende Abdeckung 400 kann im Wesentlichen aus jeglicher im Hinblick auf die Chemikalien chemisch stabilen Schicht gebildet sein, die in der Batteriezelle verwendet werden (in 7 nicht gezeigt). Beispiele weisen Perylen, mit Plasma belegte Kohlenstoffschichten und Polytetrafluorethylen (PTFE) auf.
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Während bei den in 7 gezeigten Ausführungsbeispielen die Schutzabdeckung 400 direkt auf das Substrat 230 und den Silizium-Die 220 aufgebracht ist, kann die Schutzabdeckung 400 auch auf ein Einkapselungsmaterial aufgebracht sein, um den Die 220 und/oder das Substrat 230 einzukapseln. Als ein Einkapselungsmaterial kann jegliche Formvergussmasse, ein Harz oder ein Epoxidharz verwendet werden, um nur einige Beispiele zu nennen. Natürlich kann auch jegliche Kombination derselben verwendet werden.
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Durch Verwenden einer Batteriezelle mit einem integrierten Sensor und einem Hochfrequenzsender kann es möglich sein, den Kabelstrang wesentlich zu reduzieren. Um dies darzustellen, zeigt 8 ein schematisches Blockdiagramm eines herkömmlichen Energiesystems 600. Das Energiesystem 600, das auch als ein (komplettes) Batteriezellenmodul bezeichnet wird, weist üblicherweise eine beträchtliche Anzahl von Batteriezellen 100-1, ..., 100-N auf, die mit einem herkömmlichen Batterieverwaltungssystem 610 gekoppelt sind, wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist. Jede der N Batteriezellen ist mit dem Batterieverwaltungssystem 610 durch zumindest einen Draht gekoppelt, um zu ermöglichen, dass die Batteriezellen 100 individuell erfasst und überwacht werden. Folglich müssen viele Drähte verwendet werden, um alle entsprechenden Batteriezellensensoren mit dem Batterieverwaltungssystem 610 zu verknüpfen. Wiederum ausgedrückt wird ein sehr großer und teurer Kabelbaum zum ordnungsgemäßen Verknüpfen der Batteriezellen 100 mit dem Batterieverwaltungssystem benötigt. Zum Beispiel kann in dem Fall eines Hybrid- oder Elektro-Autos die Anzahl der Batteriezellen mehr als mehrere 10 Batteriezellen sein. Zum Beispiel kann für ein Elektroauto die Anzahl der Batteriezellen, die in einem Energiesystem 600 enthalten sind, 100 oder mehr sein.
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9 zeigt eine schematische Ansicht eines Energiesystems 330 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das – ähnlich zu der herkömmlichen Lösung, die in 8 gezeigt ist – eine Anzahl N von Batteriezellen 100-1, ..., 100-N aufweist, wobei N wiederum eine ganze Zahl größer als 1 ist (N ≥ 2). Jede der Batteriezellen 100 weist eine Sensoranordnung 200 auf, die in 9 ausschließlich der Einfachheit halber weggelassen wurde. Jede der Sensoranordnungen 200 jedoch, die in 9 nicht gezeigt sind, ist innerhalb jeder der Batteriezellen 100 enthalten, was es der entsprechenden Sensoranordnung 200 erlaubt, drahtlos mit dem Batterieverwaltungssystem 340 zum Beispiel über Funk zu kommunizieren.
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Durch Verwenden eines Funkkommunikationssystems oder eines anderen, drahtlosen Kommunikationssystems kann die Anzahl der Kabel, die innerhalb des Energiesystems 300 verwendet werden müssen, dramatisch reduziert werden, was im Hinblick auf größere Energiesysteme 330 wesentlich werden kann, die viele individuelle Batteriezellen 100 aufweisen. Anders ausgedrückt weist jede Batteriezelle 100 abgesehen von einem Sensor einen Sender innerhalb der entsprechenden Batteriezelle auf, der seine Leistung aus der Batteriezelle 100 selbst oder aus einer eigenen Versorgungsbatteriezelle 300 (in 9 nicht gezeigt) entnimmt. Die Informationen, die durch die Sensoranordnung 200 erhalten werden, werden aus den Batteriezellen 100 hin zu einem zentralen Batterieverwaltungssystem 340 durch ein Drahtloskommunikationsschema gesendet.
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10 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Batteriezelle 100, die eine Sensoranordnung 200 aufweist. Aufgrund der Sensoranordnung 200 weist die Batteriezelle 100 einen integrierten Sensor und einen drahtlosen Sender auf. Die Batteriezelle 100 selbst ist im Wesentlichen identisch zu der, die in 1 gezeigt ist. Daher wird im Hinblick auf die Beschreibung der Batteriezelle 100 Bezug auf 1 genommen.
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Die Batteriezelle 100 weist jedoch ferner die Sensoranordnung 200 auf, wie vorangehend erwähnt wurde. Die Sensoranordnung 200 weist in einem ersten Package 250-1 eine Mikrosteuerung mit einem HF-Sender (HF = Hochfrequenz) auf, der innerhalb des mit Gas gefüllten Raums innerhalb der Batteriezelle 100 angeordnet ist. Der mit Gas gefüllte Raum ist über dem Stapel 120 aus Elektroden und der Abdeckung 150 des Gehäuses 110 der Batteriezelle 100 angeordnet. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass der gasgefüllte Raum in 10 nicht maßstabsgetreu gezeichnet ist. Um genauer zu sein, kann der Raum bei Implementierungen in 10 größer gezeichnet sein als der tatsächliche Raum bei einer Implementierung. Im Prinzip kann auch ein größerer Gasraum implementiert sein.
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Das erste Package 250-1, das in der Mikrosteuerung (µ-Steuerung; µC; uC) enthalten ist, und der HF-Sender sind mit den Elektroden 130-1, 130-2 der Batteriezelle 100 durch Kabel verbunden, um die Sensoranordnung 200 mit der notwendigen Betriebsenergie zu versorgen. Die Kabel für die Leistungsverbindung sind innerhalb der Batteriezelle angeordnet. Bei anderen Ausführungsbeispielen jedoch kann das Implementieren einer Versorgungsbatteriezelle 310 (in 10 nicht gezeigt) möglicherweise weggelassen werden.
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In einem zweiten Package 250-2 ist ein Sensor 240 angeordnet, der mit dem ersten Package 250-1 gekoppelt ist, um zu ermöglichen, dass der zumindest eine Betriebsparameter durch die Sensoranordnung 200 erfasst wird. Der Sensor 240 kann zum Beispiel einen Temperatursensor, einen Chemiesensor, einen Gasdrucksensor, einen Belastungssensor, einen Stromsensor, einen optischen Sensor oder einen anderen Sensor aufweisen, der eine physische oder chemische Eigenschaft erfasst.
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11 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Batteriezelle 100, die eine Sensoranordnung 200 aufweist. Bei dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 200 als ein einzelnes Package 250 implementiert, das eine Mikrosteuerung mit dem Hochfrequenzsender, einen optionalen Niedrigfrequenzempfänger (LF-Empfänger; LF = Low frequency) zusammen mit zumindest einem Sensor und eine Versorgungsbatteriezelle aufweist, um die Sensoranordnung 200 mit einer notwendigen Betriebsenergie zu versorgen. Die Sensoranordnung 200 kann mehrere Sensoren 240 aufweisen, die zum Beispiel empfindlich für einen Druck in dem Gasraum über dem Elektrolyten und dem Elektrodenstapel 220, die Temperatur des Gases oder eher des Chips und andere Betriebsparameter sein können. Im Gegensatz zu den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Sensoranordnung 200 ferner einen Empfänger auf, der verwendet werden kann, um die Messungen auf eine Anfrage hin auszuführen, die durch ein entsprechendes Signal ausgelöst wird. Zum Beispiel kann der Empfänger ein Niedrigfrequenzempfänger sein, zum Beispiel ungefähr 125 kHz oder eine andere entsprechende Frequenz. Andere Drahtloskommunikationstechniken können verwendet werden, um mit der Sensoranordnung 200 zu kommunizieren, um Befehle und Anweisungen an die Anordnung 200 bereitzustellen. Die Messungen oder die Erfassung kann auch autonom durch die Sensoranordnung 200 selbst ausgelöst werden.
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Das in 11 gezeigte System kann vollständig autonom arbeiten, nachdem es in der Batteriezelle 100 installiert ist. Eine Temperaturmessung ist jedoch möglicherweise nicht so genau wie möglich, da eine plötzliche Änderung der Temperatur des Elektrodenstapels 120 die Temperatur der Sensoranordnung 200 oder von Teilen derselben erhöhen muss, so dass sie durch den Sensor 240 erfasst wird. Ein solches System kann jedoch mit einer geringen Standfläche implementiert werden, aufgrund der Möglichkeit die notwendige Schaltungsanordnung gut zu integrieren.
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Um die Genauigkeit einer Temperaturmessung oder einer Messung eines anderen Betriebsparameters zu verbessern, kann ein externer Sensor verwendet werden, der als ein zweites Package (in 11 nicht gezeigt) implementiert sein kann. Die Temperatur kann zum Beispiel direkt innerhalb oder in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten erfasst werden. Wiederum können die Sensoren sowohl für einen internen als auch einen externen Sensor, einen Temperatursensor, einen Chemiesensor, einen Gasdrucksensor, einen Belastungssensor, einen Stromsensor, einen optischen Sensor oder einen anderen Sensor verwendet werden.
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Die Beschreibung und die Zeichnungen stellen nur die Prinzipien der Erfindung dar. Fachleute auf dem Gebiet werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu erdenken, die, obwohl sie hierin nicht explizit beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und innerhalb ihres Wesens und Schutzbereichs umfasst sind. Ferner sind alle hierin angeführten Beispiele ausdrücklich nur zu pädagogischen Zwecken gedacht, um den Leser beim Verständnis der Prinzipien der Erfindung und der Konzepte zu unterstützen, die durch den oder die Erfinder beigetragen wurden, um die Technik weiterzuentwickeln, und sollen nicht als Einschränkung für solche hierin angeführten Beispiele und Bedingungen angesehen werden. Ferner sollen alle hierin angeführten Aussagen, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsbeispiele der Erfindung angeben, sowie spezifische Beispiele derselben, auch Entsprechungen derselben umfassen.
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Funktionale Blöcke, die eine bestimmte Funktion ausführen, sollen als funktionale Blöcke angesehen werden, die eine Schaltungsanordnung aufweisen, die angepasst ist zum Ausführen bzw. zur Ausführung einer bestimmten Funktion. Somit kann ein solcher Block auch als eine Schaltungsanordnung, ein Element oder ähnliches verstanden werden, das für eine spezifische Operation angepasst, ausgebildet oder geeignet ist. Ein Block, der zum Ausführen einer bestimmten Operation angepasst ist impliziert nicht, dass eine solche Operation zu einem gegebenen Zeitpunkt ausgeführt wird.
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Die hierin beschriebenen Verfahren können als Software implementiert sein, z.B. als Computerprogramm. Die Teilprozesse können durch ein solches Programm, z.B. durch Schreiben in einen Speicherort, ausgeführt werden. Auf ähnliche Weise kann das Lesen oder Empfangen von Daten durch Lesen aus demselben oder einem anderen Speicherort ausgeführt werden. Ein Speicherort kann ein Register oder ein anderer Speicher einer geeigneten Hardware sein. Die Funktionen der verschiedenen in den Figuren gezeigten Elemente können durch die Verwendung dedizierter Hardware bereitgestellt werden. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzelnen, dedizierten Prozessor, einen einzelnen, gemeinschaftlich verwendeten Prozessor, oder durch eine Mehrzahl von individuellen Prozessoren bereitgestellt werden, wobei einige derselben gemeinschaftlich verwendet werden können. Ferner sollte die explizite Verwendung des Ausdrucks „Prozessor“ oder „Steuerung“ nicht derart ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die in der Lage ist, Software auszuführen, und kann implizit und ohne Einschränkung eine Digitalsignalprozessor-Hardware (DSP-Hardware; DSP = digital signal processor), einen Netzwerkprozessor, eine anwendungsspezifische, integrierte Schaltung (ASIC; application specific integrated circuit), ein feldprogrammiergares Gate-Array (FPGA; field programmable gate array), einen Nur-Lese-Speicher (ROM = read only memory) zum Speichern von Software, einen Direktzugriffsspeicher (RAM = random access memory) und eine nichtflüchtige Speicherung umfassen. Andere Hardware, ob herkömmlich und/oder kundenspezifisch, kann ebenfalls umfasst sein. Auf ähnliche Weise sind jegliche, in den Figuren gezeigten Schalter ausschließlich konzeptionell. Ihre Funktion kann durch die Operation einer Programmlogik, durch dedizierte Logik, durch die Wechselwirkung von Programmsteuerung und dedizierter Logik ausgeführt werden, wobei die bestimmte Technik durch den Implementierer auswählbar ist, da sie aus dem Kontext besser verständlich ist.
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Fachleute auf dem Gebiet sollten erkennen, dass jegliche Blockdiagramme hierin konzeptionelle Ansichten einer darstellenden Schaltungsanordnung darstellen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. Auf ähnliche Weise wird darauf hingewiesen, dass jegliche Flussdiagramme, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium verkörpert sein können und somit durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, egal ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit gezeigt ist oder nicht.
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Ferner sind die nachfolgenden Ansprüche hierdurch in die detaillierte Beschreibung eingelagert, wobei jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen kann. Während jeder Anspruch für sich als separates Ausführungsbeispiel stehen kann, sollte darauf hingewiesen werden, dass – obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand von jedem anderen abhängigen Anspruch umfassen können. Solche Kombinationen sind hierin vorgeschlagen, außer es ist angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist es die Absicht, auch Merkmale eines Anspruchs in jeglichen anderen unabhängigen Anspruch zu integrieren, auch wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig ist.
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Es wird ferner darauf hingewiesen, dass Verfahren, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, durch eine Vorrichtung implementiert sein können, die ein Mittel zum Ausführen von jeglichem der entsprechenden Schritte dieser Verfahren aufweist.
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Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen, die in der Beschreibung oder in den Ansprüchen offenbart sind, nicht darauf beschränkt sein soll, dass sie in der spezifischen Reihenfolge ist. Daher schränkt die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmt Reihenfolge ein, außer solche Schritte oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar.
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Ferner kann bei einigen Ausführungsbeispielen ein einzelner Prozess mehrere Teilprozesse umfassen oder in diese aufgeteilt sein. Solche Teilprozesse können in der Offenbarung dieses einzelnen Schrittes umfasst und Teil desselben sein, außer dies ist ausdrücklich ausgeschlossen.
