DE102018003703A1

DE102018003703A1 - Electrochemical storage cell

Info

Publication number: DE102018003703A1
Application number: DE102018003703.8A
Authority: DE
Inventors: Ingolf Bauer; Lukas Rubacek
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Speicherzelle (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer Anode als erste Zellelektrode, mit wenigstens einer Kathode als zweite Zellelektrode, mit einem Separator, mittels welchem die Elektroden elektrisch voneinander isoliert sind, und mit wenigstens einer Erfassungseinrichtung (10), wobei die Erfassungseinrichtung (10) wenigstens zwei an dem Separator (14) angeordnete und sich kreuzende Elektrodendrähte (16, 16') aufweist, welche eine Referenzelektrode (18) bilden, mittels welcher ein elektrisches Potential gegenüber wenigstens einer der Zellelektroden erfassbar ist.

The invention relates to an electrochemical storage cell (12) for storing electrical energy, comprising at least one anode as first cell electrode, with at least one cathode as second cell electrode, with a separator by means of which the electrodes are electrically isolated from one another, and with at least one detection device ( 10), wherein the detection device (10) has at least two electrode wires (16, 16 ') arranged and intersecting on the separator (14), which form a reference electrode (18) by means of which an electrical potential relative to at least one of the cell electrodes can be detected ,

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Speicherzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solch eine elektrochemische Speicherzellen kann zum Aufbau einer Batterie verwendet werden und dient dem Speichern von elektrischer Energie, durch welche beispielsweise ein Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Damit eine elektrochemische Speicherzelle Energie abgeben kann, wird chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Im Wesentlichen können Speicherzellen beziehungsweise Batterien in zwei Arten unterteilt werden, in welche die nur einmal Energie abgeben können und welche die wiederaufladbar sind und somit, beispielsweise für den elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wiederverwendet werden können. Wiederaufladbare Batterien werden als Akkumulatoren bezeichnet. Für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs werden mehrere elektrochemische Zellen zu einer Batterie verschaltet.The invention relates to an electrochemical storage cell according to the preamble of claim 1. Such an electrochemical storage cell can be used to construct a battery and serves to store electrical energy, by which, for example, a motor vehicle can be driven. For an electrochemical storage cell to release energy, chemical reaction energy is converted into electrical energy. Essentially, memory cells or batteries can be subdivided into two types, into which the energy can only once and which are rechargeable and thus, for example, for the electric drive of a motor vehicle, can be reused. Rechargeable batteries are called accumulators. For driving a motor vehicle, a plurality of electrochemical cells are connected to form a battery.

Um die jeweilige elektrochemische Speicherzelle und somit die Batterie sicher betreiben zu können, ist es wünschenswert, dass aktuelle Parameter, welche den Zustand beziehungsweise Betriebszustand der jeweiligen elektrochemischen Speicherzelle beschreiben, überwacht werden können. Aus dem Stand der Technik sind Möglichkeiten bekannt, welche eine an der Speicherzelle anliegende Spannung, einen durch die Speicherzelle fließenden Strom, eine Temperatur der Speicherzelle und/oder ein Druck innerhalb der Speicherzelle erfassen.In order to be able to operate the respective electrochemical storage cell and thus the battery safely, it is desirable that current parameters which describe the state or operating state of the respective electrochemical storage cell can be monitored. Possibilities are known from the prior art which detect a voltage applied to the memory cell, a current flowing through the memory cell, a temperature of the memory cell and / or a pressure within the memory cell.

So zeigt die DE 10 2015 215 091 A1 ein Verfahren zur Bestimmung eines Drucks innerhalb eines Gehäuses einer Batteriezelle, welche eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Messelektrode und eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Elektrodeneinheit umfasst, wobei eine elektrische Impedanz zwischen der Messelektrode und dem Gehäuse gemessen wird. Dabei gestattet eine Gegenelektrode eine ortsaufgelöste Messung der Impedanz. Dabei wird aus der Impedanz der Druck innerhalb der Batteriezelle bestimmt.That's how it shows DE 10 2015 215 091 A1 a method for determining a pressure within a housing of a battery cell, comprising a measuring electrode disposed within the housing and an electrode unit disposed within the housing, wherein an electrical impedance between the measuring electrode and the housing is measured. In this case, a counter electrode allows a spatially resolved measurement of the impedance. In this case, the impedance within the battery cell is determined from the impedance.

Nachteilig beim genannten Stand der Technik ist, dass für die Impedanzmessung das Gehäuse teilweise elektrisch leitfähig sein muss. Ein weiterer Nachteil ist beispielsweise die fehlende Möglichkeit einen Spannungsverlauf innerhalb der Batteriezelle, insbesondere während eines Betriebs, zu überwachen.A disadvantage of the cited prior art is that for the impedance measurement, the housing must be partially electrically conductive. Another disadvantage is, for example, the lack of ability to monitor a voltage profile within the battery cell, in particular during operation.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrochemische Speicherzelle bereitzustellen, deren Zustand während eines Betriebs besonders vorteilhaft überwacht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide an electrochemical storage cell, the state of which can be monitored particularly advantageously during operation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrochemische Speicherzelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by an electrochemical storage cell having the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die erfindungsgemäße elektrochemische Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie weist wenigstens eine Anode als erste Zellelektrode und wenigstens eine Kathode als zweite Zellelektrode auf, welche durch einen Separator elektrisch voneinander isoliert sind. Ferner umfasst die Speicherzelle wenigstens eine Erfassungseinrichtung. Die elektrochemische Speicherzelle kann beispielsweise als, insbesondere großformatige, elektrochemische Zelle wie beispielsweise eine sogenannte Pouchzelle ausgebildet sein, welche eine Ausführungsform einer Lithium-Ionen-Zelle ist. Lithium-Ionen-Zellen beziehungsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren können beispielsweise in einem Kraftfahrzeug für eine Stromversorgung des Antriebs verwendet werden. Die erste Zellelektrode und die zweite Zellelektrode, also die Anode und die Kathode können auch als Arbeitselektroden bezeichnet werden. Außerdem ist ein Separator vorgesehen, mittels welchem die Zellelektroden elektronisch voneinander isoliert beziehungsweise getrennt sind. Gleichzeitig muss der Separator eine ionische Leitfähigkeit zwischen den Zellelektroden sicherstellen, da Ionen eine Umwandlung einer gespeicherten chemischen Energie in elektrische Energie bewirken. Der Separator ist dazu beispielsweise aus einem mikroporösen Werkstoff gebildet, wodurch der Separator Separatorporen aufweist, durch welche Ionen transportierbar sind. Die ionische Leitfähigkeit kann beispielsweise durch eine Füllung der Separatorporen mit einem Elektrolyten und/oder durch intrinsische ionische Leitfähigkeit des Separators erfolgen. Ferner können die Zellelektroden mittels des Separators räumlich voneinander beabstandet sein.The electrochemical storage cell according to the invention for storing electrical energy has at least one anode as a first cell electrode and at least one cathode as a second cell electrode, which are electrically isolated from one another by a separator. Furthermore, the memory cell comprises at least one detection device. The electrochemical storage cell can be designed, for example, as an electrochemical cell, in particular a large-format one, such as, for example, a so-called pouch cell, which is an embodiment of a lithium-ion cell. Lithium-ion cells or lithium-ion batteries can be used for example in a motor vehicle for a power supply of the drive. The first cell electrode and the second cell electrode, that is to say the anode and the cathode, can also be referred to as working electrodes. In addition, a separator is provided by means of which the cell electrodes are electronically isolated or separated from one another. At the same time, the separator must ensure ionic conductivity between the cell electrodes because ions cause a conversion of stored chemical energy into electrical energy. For this purpose, the separator is formed, for example, from a microporous material, as a result of which the separator has separator pores through which ions can be transported. The ionic conductivity can be effected, for example, by filling the separator pores with an electrolyte and / or by intrinsic ionic conductivity of the separator. Furthermore, the cell electrodes may be spatially spaced apart by means of the separator.

Um nun die elektrochemische Speicherzelle besonders vorteilhaft, und insbesondere in-operando, also während eines Betriebs der Speicherzelle überwachen zu können, weist die Erfassungseinrichtung der erfindungsgemäßen Speicherzelle wenigstens zwei an dem Separator angeordnete und sich kreuzende Elektrodendrähte auf, welche eine Referenzelektrode bilden, mittels welcher ein elektrisches Potential, insbesondere ortsaufgelöst, gegenüber wenigstens einer der Zellelektroden erfassbar ist beziehungsweise erfasst wird. Die ortsaufgelöste Erfassung des Potentials kann dadurch erreicht werden, dass das jeweilige elektrische Potential beziehungsweise die jeweilige Potentialdifferenz zwischen jeweils einer der Zellelektroden und der Referenzelektrode und/oder zwischen einer der Zellelektroden und einem der Elektrodendrähte der Referenzelektrode gemessen beziehungsweise erfasst wird. Das jeweilige Potential kann dabei als lokales Potential betrachtet werden, welches zwischen der jeweiligen Zellelektrode und der Referenzelektrode beziehungsweise dem Elektrodendraht auftritt. Ferner kann das Potential beziehungsweise die Potentialdifferenz zwischen einem ersten der Elektrodendrähte und einem weiteren der Elektrodendrähte erfasst werden, sodass für einen Bereich zwischen den sich kreuzenden Elektrodendrähten ebenso ein lokales Potential bestimmbar beziehungsweise erfassbar ist. Die Erfassung des jeweiligen Potentials kann beispielsweise über eine Spannungsmessung zwischen der jeweiligen Zellelektrode und dem Elektrodendraht und/oder zwischen wenigstens zwei Elektrodendrähten erfolgen. Das jeweilige elektrische Potential beziehungsweise die Potentialdifferenz ist für eine beliebige Kombination aus Zellelektrode und Elektrodendraht erfassbar beziehungsweise bestimmbar, wodurch eine Ortsauflösung des elektrischen Potentials der Speicherzelle durch die jeweiligen lokalen Potentiale möglich ist. Durch das elektrische Potential kann beispielsweise bestimmt werden, welche elektrische Spannung eine der Zellelektroden bereitstellen kann, wodurch der Zustand der Speicherzelle besonders vorteilhaft überwacht werden kann.In order to be able to monitor the electrochemical storage cell particularly advantageously, and in particular in-operando, ie during operation of the memory cell, the detection device of the memory cell according to the invention has at least two electrode wires arranged on the separator and intersecting, which form a reference electrode, by means of which electrical potential, in particular spatially resolved, relative to at least one of the cell electrodes can be detected or detected. The spatially resolved detection of the potential can be achieved by measuring or detecting the respective electrical potential or the respective potential difference between in each case one of the cell electrodes and the reference electrode and / or between one of the cell electrodes and one of the electrode wires of the reference electrode. The respective potential can be considered as a local potential, which occurs between the respective cell electrode and the reference electrode or the electrode wire. Furthermore, the potential or the potential difference between a first one of the electrode wires and another of the electrode wires can be detected, so that a local potential can also be determined or detected for a region between the intersecting electrode wires. The detection of the respective potential can take place, for example, via a voltage measurement between the respective cell electrode and the electrode wire and / or between at least two electrode wires. The respective electrical potential or the potential difference can be detected or determined for any combination of cell electrode and electrode wire, whereby a spatial resolution of the electrical potential of the memory cell by the respective local potentials is possible. The electrical potential can be used, for example, to determine which electrical voltage can supply one of the cell electrodes, as a result of which the state of the memory cell can be monitored particularly advantageously.

Mit anderen Worten ist die Speicherzelle derart aufgebaut, dass der Separator, welcher insbesondere die Anode von der Kathode beabstanden kann beziehungsweise zumindest teilweise zwischen Anode und Kathode angeordnet sein kann, in der elektrochemischen Speicherzelle eingebracht ist, wobei sich kreuzende Elektrodendrähte der Referenzelektrode an dem Separator angeordnet sind. Durch die erfindungsgemäße Speicherzelle ergibt sich der Vorteil, dass eine in-operando Technik zur zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen ortsaufgelösten Potentialmessung bereitsteht, wobei die Ortsauflösung insbesondere durch das Erfassen der jeweiligen lokalen Potentiale realisierbar ist. Darüber hinaus kann durch eine, insbesondere bestimmbare, Positionierung der Referenzelektrode der Ort der Potentialmessung beeinflusst werden. Das heißt, je nach dem Ort, an welchem die Referenzelektrode beziehungsweise die Elektrodendrähte der Referenzelektrode innerhalb der Speicherzelle angeordnet ist beziehungsweise sind, ist ein jeweiliges lokales Potential beziehungsweise ein Potentialdifferenz erfassbar. So ist durch die sich kreuzenden Elektrodendrähte eine getrennte Potentialerfassung in mehrere Raumrichtungen möglich, sodass daraus das jeweilige lokale Potential erfasst werden kann und dadurch eine ortsaufgelöste Potentialverteilung innerhalb der Speicherzelle bestimmt werden kann.In other words, the memory cell is constructed in such a way that the separator, which in particular can space the anode from the cathode or at least partially can be arranged between the anode and cathode, is introduced into the electrochemical storage cell, wherein crossing electrode wires of the reference electrode are arranged on the separator are. The advantage of the memory cell according to the invention is that an in-operando technique is available for two-dimensional and / or three-dimensional spatially resolved potential measurement, wherein the spatial resolution can be realized, in particular, by detecting the respective local potentials. In addition, by a, in particular determinable, positioning of the reference electrode, the location of the potential measurement can be influenced. That is, depending on the location at which the reference electrode or the electrode wires of the reference electrode is or are arranged within the memory cell, a respective local potential or a potential difference can be detected. Separated potential detection in several spatial directions is thus possible due to the intersecting electrode wires, so that the respective local potential can be detected therefrom and thus a spatially resolved potential distribution within the memory cell can be determined.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der jeweilige Elektrodendraht von dem jeweils anderen Elektrodendraht und/oder von zumindest einer der Zellelektroden, insbesondere von beiden Zellelektroden, elektrisch isoliert. Dies kann beispielsweise durch eine Beschichtung des jeweiligen Elektrodendrahts und/oder durch den Separator und/oder einen weiteren Separator ausgebildet sein. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung wenigstens eine Multiplexervorrichtung, sodass die elektrochemische Speicherzelle, insbesondere mittels der wenigstens zwei sich kreuzenden Elektrodendrähte der Referenzelektrode, in besonders vorteilhafter Weise, insbesondere in-operando, überwacht wird beziehungsweise überwachbar ist. Die Multiplexervorrichtung ist eine Selektionsschaltung, welchen einen Multiplexer umfasst und mittels welcher zwischen den Elektrodendrähten und/oder den Zellelektroden umgeschaltet werden kann, sodass jeweils ein anderes lokales Potential erfassbar ist und gleichzeitig eine Verschaltung der Elektrodendrähte und Zellelektroden besonders einfach gehalten werden kann. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektrodendrähte an einer flexiblen Leiterplatte gehalten.In an advantageous embodiment of the invention, the respective electrode wire is electrically insulated from the respective other electrode wire and / or from at least one of the cell electrodes, in particular from both cell electrodes. This can be formed for example by a coating of the respective electrode wire and / or by the separator and / or another separator. In an advantageous embodiment of the invention, the detection device according to the invention comprises at least one multiplexer device, so that the electrochemical storage cell, in particular by means of at least two intersecting electrode wires of the reference electrode, in a particularly advantageous manner, in particular in-operando, is monitored or monitored. The multiplexer device is a selection circuit which comprises a multiplexer and by means of which it is possible to switch over between the electrode wires and / or the cell electrodes, so that in each case a different local potential can be detected and at the same time an interconnection of the electrode wires and cell electrodes can be kept particularly simple. In a further advantageous embodiment of the invention, the electrode wires are held on a flexible circuit board.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigt:

1 eine schematische Seitenansicht einer Erfassungseinrichtung einer elektrochemischen Speicherzelle entlang einer erste Blickrichtung;
2 eine schematische Seitenansicht der Erfassungseinrichtung der Speicherzelle gemäß 1 entlang einer zweiten Blickrichtung; und
3 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfassungseinrichtung.

Showing:

1 a schematic side view of a detection device of an electrochemical storage cell along a first viewing direction;
2 a schematic side view of the detection device of the memory cell according to 1 along a second line of sight; and
3 a schematic side view of a second embodiment of the detection device.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Erfassungseinrichtung 10 einer elektrochemischen Speicherzelle 12 entlang einer z-Achse eines orthogonalen Koordinatensystems. Dabei ist die elektrochemische Speicherzelle 12, insbesondere als Pouchzelle, beispielsweise einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet, und weist wenigstens eine Anode als erste Zellelektrode und wenigstens eine Kathode als zweite Zellelektrode sowie die Erfassungseinrichtung 10 auf. Die Zellelektroden sind mittels einen Separator 14 elektrisch voneinander isoliert und können durch den Separator voneinander beabstandet sein. 1 shows a schematic side view of a detection device 10 an electrochemical storage cell 12 along a z-axis of an orthogonal coordinate system. In this case, the electrochemical storage cell 12 , in particular designed as a pouch cell, for example a traction battery of a motor vehicle, and has at least one anode as a first cell electrode and at least one cathode as a second cell electrode and the detection device 10 on. The cell electrodes are by means of a separator 14 electrically isolated from each other and may be spaced apart by the separator.

Um mittels der Erfassungseinrichtung 10, insbesondere in-operando, also während des Betriebs der Speicherzelle 12, die elektrochemische Speicherzelle 12 besonders vorteilhaft in ihrer Funktionalität zu überwachen, weist die Erfassungseinrichtung 10 wenigstens zwei an dem Separator 14 angeordnete und sich kreuzende Elektrodendrähte 16 und 16' auf. Dabei kreuzt einer der Elektrodendrähte 16 wenigstens einen der Elektrodendrähte 16'. Die wenigstens zwei Elektrodendrähte 16 und 16' bilden zusammen eine Referenzelektrode 18, mittels welcher ein elektrisches Potential wenigstens gegenüber der ersten Zellelektrode und/oder der zweiten Zellelektrode erfassbar sind. Die wenigstens zwei Zellelektroden sind der Übersicht halber nicht gezeigt, wobei sich beispielsweise in der 1 die Anode vor der Zeichenebene und die Kathode hinter der Zeichenebene befinden können oder umgekehrt, sodass insbesondere der Separator 14 zwischen den beiden Zellelektroden angeordnet ist. Dabei kann das elektrische Potential, insbesondere durch die kreuzende Anordnung der Elektrodendrähte 16 und 16', relativ gegenüber der jeweiligen Zellelektrode, als auch beispielsweise gegenüber den einzelnen Elektrodendrähten untereinander ortsaufgelöst messbar beziehungsweise erfassbar sein. So kann beispielsweise durch eine Spannungsmessung eine Potentialdifferenz und somit das elektrische Potential zwischen jeweils einem Elektrodendraht und einer Zellelektrode und/oder zwischen zwei Elektrodendrähten erfasst werden, wodurch durch unterschiedliche Kombinationen von Elektrodendrähten und Zellelektroden jeweils für eine Kombination ein lokales Potential erfassbar ist und die einzelnen, lokalen Potentiale zur einer Ortsverteilung des elektrischen Potentials der Speicherzelle zusammenfassbar sind. To by means of the detection device 10 , in particular in-operando, ie during the operation of the memory cell 12 , the electrochemical storage cell 12 Particularly advantageous in their functionality to monitor, the detection device 10 at least two on the separator 14 arranged and intersecting electrode wires 16 and 16 ' on. Thereby one of the electrode wires crosses 16 at least one of the electrode wires 16 ' , The at least two electrode wires 16 and 16 ' together form a reference electrode 18 , by means of which an electrical potential can be detected at least with respect to the first cell electrode and / or the second cell electrode. The at least two cell electrodes are not shown for the sake of clarity, wherein, for example, in the 1 the anode can be located in front of the drawing plane and the cathode behind the drawing plane or vice versa, so that in particular the separator 14 is arranged between the two cell electrodes. In this case, the electric potential, in particular by the crossing arrangement of the electrode wires 16 and 16 ' , relative to the respective cell electrode, as well as for example with respect to the individual electrode wires with each other spatially resolved be measured or detectable. Thus, for example by a voltage measurement, a potential difference and thus the electric potential between each electrode wire and a cell electrode and / or between two electrode wires are detected, whereby a combination of electrode wires and cell electrodes for each combination a local potential can be detected and the individual, local potentials for a spatial distribution of the electrical potential of the memory cell are summarized.

Vorteilhafterweise ist der jeweilige Elektrodendraht 16, 16' von dem jeweiligen anderen Elektrodendraht 16', 16 und/oder von zumindest einer der Zellelektroden elektrisch isoliert, was beispielsweise durch den Separator 14 und/oder einem weiteren Separator oder eine Beschichtung der jeweiligen Elektrodendrähte realisierbar ist. Durch die sich kreuzenden, zueinander elektrisch isolierten, an beziehungsweise in dem Separator 14 angeordneten Elektrodendrähte 16, 16' ist eine getrennte Erfassung von lokalen Potentialen in mehrere Raumrichtungen möglich.Advantageously, the respective electrode wire 16 . 16 ' from the respective other electrode wire 16 ' . 16 and / or electrically isolated from at least one of the cell electrodes, such as by the separator 14 and / or another separator or a coating of the respective electrode wires can be realized. Through the intersecting, mutually electrically isolated, on or in the separator 14 arranged electrode wires 16 . 16 ' a separate detection of local potentials in several directions is possible.

Bei fester Integration der Elektrodendrähte 16, 16' in dem Separator 14, kann der Separator 14 wie ein normales Separatorblatt verarbeitet werden. Somit kann beispielsweise eine Kontaktierung am fertigen Zellenstapel erfolgen. Dadurch ist beispielsweise eine besonders einfache Herstellung der elektrochemischen Speicherzelle 12 möglich. Durch eine dünne Ausbildung der Referenzelektrode 18 kann beispielsweise der Separator 14 so ausgebildet werden beziehungsweise sein, dass der Separator 14 sich ähnlich wie ein Standardseparator ohne Referenzelektrode 18 verhält, sodass die durch die Erfassungseinrichtung 10 über die Elektrodendrähte 16, 16' gemessenen Potentiale eine besonders große Praxisrelevanz für den tatsächlichen Zustand der elektrochemischen Speicherzelle 12 darstellen können. Ferner kann durch die Positionierung der Elektrodendrähte 16, 16' der Ort der Potentialmessung beeinflusst werden, was nicht zwingend innerhalb beispielsweise einer Elektrodenlage geschehen muss.With fixed integration of the electrode wires 16 . 16 ' in the separator 14 , the separator can 14 how to process a normal separator sheet. Thus, for example, a contact can be made on the finished cell stack. As a result, for example, a particularly simple production of the electrochemical storage cell 12 possible. By a thin design of the reference electrode 18 For example, the separator 14 be formed or be that the separator 14 similar to a standard separator without a reference electrode 18 behaves, so that by the detection device 10 over the electrode wires 16 . 16 ' measured potentials a particularly great practical relevance for the actual state of the electrochemical storage cell 12 can represent. Furthermore, by the positioning of the electrode wires 16 . 16 ' the location of the potential measurement are influenced, which does not necessarily have to happen within, for example, an electrode layer.

Durch die gezeigte Erfassungseinrichtung 10 und die damit einhergehende Möglichkeit einer ortsaufgelösten Potentialbestimmung, insbesondere beispielsweise in großformatigen, elektrochemischen Zellen, kann aufgrund der Eigenschaft des Separators 14 mit den an ihm angeordneten Elektrodendrähte 16, 16' eine besonders praxisnahe Konfiguration erfolgen. Werden beispielsweise als die Elektrodendrähte 16, 16' Drähte mit einen Durchmesser kleiner 20 Mikrometer und/oder dünne FPC-Folienelemente (FPC = Flexible Printed Circuit) verwendet, können Gesamtdicken des Separators 14 von wesentlich kleiner 100 Mikrometer erreicht werden. Dadurch ist eine jeweilige Beeinflussung des zu erfassenden Potentials durch die Referenzelektrode 18 beziehungsweise deren Geometrie besonders gering.By the detection device shown 10 and the associated possibility of a spatially resolved potential determination, in particular, for example, in large-sized, electrochemical cells, due to the property of the separator 14 with the electrode wires arranged on it 16 . 16 ' a particularly practical configuration done. For example, as the electrode wires 16 . 16 ' Using wires smaller than 20 microns in diameter and / or thin FPC (Flexible Printed Circuit) (FPC) film elements, the overall thickness of the separator can be reduced 14 be achieved by much smaller than 100 microns. As a result, a respective influencing of the potential to be detected by the reference electrode 18 or their geometry is particularly low.

Im in 1 und 2 gezeigten Separator 14 sind beispielsweise in einer Separatorebene 20 pro Raumrichtung je zwei Elektrodendrähte 16 eingebaut, welche parallel zur x-Achse angeordnet sind. Entlang einer dazu senkrechten y-Achse sind in einer weiteren Separatorebene 20' ebenfalls zwei weitere Elektrodendrähte 16' angeordnet. Darüber hinaus sind auch andere Geometrien denkbar, solange sich wenigstens einer der Elektrodendrähte 16 der wenigstens einen Separatorebene 20 mit wenigstens einem der Elektrodendrähte 16' der wenigstens einen anderen Separatorebene 20' kreuzt. Die jeweiligen Elektrodendrähten 16 beziehungsweise 16' der jeweiligen Separatorebene 20 beziehungsweise 20' können jeweils als Elektrodenschar bezeichnet werden. Der Separator 14 kann ein sogenanntes Separatorblatt 28 ausbilden oder mehrere Separatorblätter 28 umfassen.Im in 1 and 2 shown separator 14 are for example in a separator plane 20 two electrode wires per spatial direction 16 installed, which are arranged parallel to the x-axis. Along a vertical y-axis are in another separator plane 20 ' also two more electrode wires 16 ' arranged. In addition, other geometries are conceivable as long as at least one of the electrode wires 16 the at least one separator level 20 with at least one of the electrode wires 16 ' the at least one other separator plane 20 ' crosses. The respective electrode wires 16 respectively 16 ' the respective separator level 20 respectively 20 ' can each be referred to as electrode array. The separator 14 may be a so-called separator sheet 28 form or more separator sheets 28 include.

Ferner sind die Elektrodendrähte 16, 16' voneinander und zu der Anode und/oder Kathode elektrisch isoliert ausgebildet. Insbesondere in 2 ist zu erkennen, dass ein Mehrschichtaufbau durch die jeweilige Separatorebene 20, 20' mit den dazugehörigen Elektrodendrähten 16, 16' ausbildbar ist beziehungsweise ausgebildet werden kann. Die Elektrodendrähte 16, 16' sind dabei durch eine Separatorschicht 22, welche auch als Separatorlayer bezeichnet werden kann, voneinander elektrisch isoliert. Die Separatorschicht 22 kann beispielsweise aus einer porösen Polyolefinmembran bestehen. Die elektrische Trennung der Referenzelektrodendrähte 16, 16' zur ersten beziehungsweise zweiten Zellelektrode, also der Anode beziehungsweise Kathode, kann beispielsweise durch weitere Separatorschichten 24 erfolgen. Diese weiteren Separatorschichten 24 können ebenfalls zumindest teilweise aus Polyolefinmembranen ausgebildet sein.Further, the electrode wires 16 . 16 ' formed electrically insulated from one another and to the anode and / or cathode. In particular in 2 It can be seen that a multi-layer structure by the respective Separatorebene 20 . 20 ' with the corresponding electrode wires 16 . 16 ' can be formed or can be formed. The electrode wires 16 . 16 ' are thereby by a Separatorschicht 22 , which may also be referred to as Separatorlayer, electrically isolated from each other. The separator layer 22 may for example consist of a porous polyolefin membrane. The electrical separation of Reference electrode wires 16 . 16 ' to the first or second cell electrode, so the anode or cathode, for example, by further Separatorschichten 24 respectively. These further separator layers 24 may also be at least partially formed of polyolefin membranes.

Wird der Separator 14 mitsamt den Elektrodendrähten 16, 16' bereits vor Verbau in die Speicherzelle 12 als Verbund hergestellt, beispielsweise durch Laminieren der einzelnen Separatorschichten 22, 24 und der Elektrodendrähte 16, 16', kann der Separator 14 wie ein gewöhnlicher Separator im Zellstapel beziehungsweise in der Speicherzelle 12 verbaut werden. Jeweils ein Ende des jeweiligen Elektrodendrahts 16 beziehungsweise 16' der Referenzelektrode 18 kann jeweils eine Kontaktstellen 26 beziehungsweise 26' ausbilden. Die jeweilige Kontaktstelle 26, 26' kann vorteilhafterweise, insbesondere elektrisch leitend, beispielsweise mittels eines jeweiligen Kabels oder direkt mit einer Multiplexervorrichtung 32, wie in 3 gezeigt, verbunden sein.Will the separator 14 together with the electrode wires 16 . 16 ' already before installation in the storage cell 12 produced as a composite, for example by laminating the individual Separatorschichten 22 . 24 and the electrode wires 16 . 16 ' , the separator can 14 like an ordinary separator in the cell stack or in the memory cell 12 be installed. One end of each electrode wire 16 respectively 16 ' the reference electrode 18 can each have a contact points 26 respectively 26 ' form. The respective contact point 26 . 26 ' can advantageously, in particular electrically conductive, for example by means of a respective cable or directly to a multiplexer device 32 , as in 3 shown to be connected.

Die lokalen Potentiale, eines jeweiligen beziehungsweise mehrerer der Elektrodendrähte 16, 16' gegenüber der Kathode beziehungsweise Anode, können durch die Auswertung der einzelnen Potentiale der sich kreuzenden Elektrodendrähte 16, 16' und deren bekannten Positionen zueinander bestimmt werden. Dabei beschränkt sich die Methode zumindest in der gezeigten Ausführungsform auf jeweils zwei Referenzelektrodendrähte 16 beziehungsweise 16' pro Raumrichtung, da sonst beispielsweise aufgrund einer zunehmenden Anzahl an Kreuzungspunkten eine eindeutige Bestimmung der lokalen Potentiale aufwändig werden kann.The local potentials of one or more of the electrode wires 16 . 16 ' with respect to the cathode or anode, by evaluating the individual potentials of the intersecting electrode wires 16 . 16 ' and their known positions are determined to each other. At least in the embodiment shown, the method is limited to two reference electrode wires each 16 respectively 16 ' per spatial direction, since otherwise, for example due to an increasing number of crossing points, an unambiguous determination of the local potentials can become laborious.

3 zeigt eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfassungseinrichtung 10. Bei dieser zweiten Ausführungsform kann die Bestimmung der lokalen Potentiale, insbesondere in drei Dimensionen erfolgen. Dazu können zusätzlich oder alternativ zu dem gezeigten Separatorblatt 28 des Separators 14 mehrere Separatorblätter 28 mit jeweiligen Elektrodendrähten 16 übereinander gelegt werden. So kann beispielsweise die in der 3 gezeigte Schicht durch weitere baugleiche Schichten zu einer Vielschichtstruktur (eine sogenannte Multilayerstruktur) ergänzt werden, sodass die Erfassungseinrichtung 10 beziehungsweise die Referenzelektrode 18 vorteilhafterweise erweitert werden kann. 3 shows a schematic side view of a second embodiment of the detection device 10 , In this second embodiment, the determination of the local potentials, in particular in three dimensions. For this purpose, additionally or alternatively to the separator sheet shown 28 of the separator 14 several separator sheets 28 with respective electrode wires 16 be superimposed. For example, in the 3 shown layer through further identical layers to a multilayer structure (a so-called multilayer structure) are added, so that the detection device 10 or the reference electrode 18 can advantageously be extended.

Durch mehrere der in 3 gezeigten Schichten ist in besonders vorteilhafter Weise die ortsaufgelöste Potentialbestimmung in drei Dimension möglich, wobei das Potential in Abhängigkeit zum Abstand der Kathode beziehungsweise Anode ermittelt werden kann. Außerdem kann durch unterschiedliche x-y-Positionierung der Elektrodendrähte 16 in den verschiedenen Schichten eine Anzahl an Messpunkten und damit die örtliche Auflösung der Potentialmessung in der x-y-Ebene erhöht werden.By several of the in 3 layers shown in a particularly advantageous manner, the spatially resolved potential determination in three dimensions possible, the potential can be determined in dependence on the distance of the cathode or anode. In addition, by different xy positioning of the electrode wires 16 In the various layers, a number of measuring points and thus the local resolution of the potential measurement in the xy plane are increased.

Vorteilhafterweise sind die Elektrodendrähte 16, 16' an einer flexiblen Leiterplatte 36 gehalten. Die Kontaktstellen 26 beziehungsweise 26' sind vorteilhafterweise mit der Multiplexervorrichtung 32 verbunden. Durch die Multiplexervorrichtung 32 kann eine Auswahl und Verschaltung von Elektrodendrähten 16, 16' und/oder Zellelektroden erfolgen, sodass der ausgewählte Elektrodendraht 16, 16' mit einem weiteren ausgewählten Elektrodendraht 16, 16' und/oder der ausgewählten Zellelektrode verschaltbar ist beziehungsweise verschaltet wird. Dadurch kann die Erfassungseinrichtung 10 beispielsweise besonders kostengünstig und einfach ausgebildet werden, da beispielsweise nur noch ein Kabel beziehungsweise Draht 34 von der Multiplexervorrichtung 32 zu einem AD-Wandler (Analog zu Digital-Wandler) 46 zu führen ist. Somit kann es ausreichend sein, nur einen zusätzlichen elektrischen Anschluss für die Erfassung der lokalen Potentiale vorzusehen. Zusätzlich oder alternativ können die Kontaktstellen 26, 26' der Elektrodendrähte 16 beziehungsweise 16' selbst mit der flexiblen Leiterplatte 36 und/oder wenigsten einer weiteren flexiblen Leiterplatte verbunden werden und die flexible Leiterplatte beispielsweise 36 aus dem Inneren der Speicherzelle 12 geführt werden.Advantageously, the electrode wires 16 . 16 ' on a flexible circuit board 36 held. The contact points 26 respectively 26 ' are advantageously with the multiplexer device 32 connected. Through the multiplexer device 32 can be a selection and interconnection of electrode wires 16 . 16 ' and / or cell electrodes, so that the selected electrode wire 16 . 16 ' with another selected electrode wire 16 . 16 ' and / or the selected cell electrode is connected or interconnected. As a result, the detection device 10 For example, be particularly cost-effective and simple, since, for example, only a cable or wire 34 from the multiplexer device 32 to an AD converter (analog to digital converter) 46 to lead is. Thus, it may be sufficient to provide only one additional electrical connection for the detection of the local potentials. Additionally or alternatively, the contact points 26 . 26 ' the electrode wires 16 respectively 16 ' even with the flexible circuit board 36 and / or at least one other flexible printed circuit board and the flexible printed circuit board, for example, 36 from the interior of the memory cell 12 be guided.

Die flexible Leiterplatte 36 oder eine weitere Leiterplatte kann als sogenanntes FPC hergestellt sein, wobei sich auf und/oder in einer Trägerfolie 30, welche beispielsweise eine poröse Polyolefinfolie sein kann, mehrere flexible Leiterplatten 36 befinden können und die flexiblen Leiterplatten 36 zwischen den jeweiligen Elektrodendrähten 16, 16' und/oder der Anode und/oder der Kathode und/oder dem Separator 14 verlegbar beziehungsweise angeordnet sind. In einer Ausführung kann die Trägerfolie 30 gleichzeitig eine flexible Leiterplatte sein, solange das Grundmaterial dieser flexiblen Leiterplatte die Separatorfunktion der ionischen Leitfähigkeit erfüllt. Entlang einzelner flexibler Leiterplatten 36 können beispielsweise mehrere, insbesondere elektrisch und räumlich voneinander getrennte, Leiterbahnen 38 geführt werden, welche jeweils zumindest einen Teilbereich des jeweiligen Elektrodendrahts 16, 16 bilden können beziehungsweise als ein solcher fungieren können. Die Leiterbahn 38 beziehungsweise der Teilbereich kann in einen weiteren, insbesondere platt ausgebildeten, Teilbereich des Elektrodendrahts 16, 16' übergehen, welcher durch seine räumliche Ausdehnung beispielsweise als ein Sensorpad 40 ausgebildet ist. Dabei kann das Sensorpad 40 so ausgebildet sein, dass es für einen sich in der Speicherzelle 12 beziehungsweise in einer durch den Separator 14 jeweils getrennten Halbzelle der Speicherzelle 12 befindenden Elektrolyten, insbesondere an seiner Oberfläche 42, zugänglich ist, sodass insbesondere die Oberfläche 42 des jeweiligen Sensorpads 40 als ein Referenzelektrodenelement fungieren kann. Die jeweils zu einem der Sensorpads 40 führende Leiterbahn 38 beziehungsweise der Teilbereich des jeweiligen Elektrodendrahts 16, 16' ist dabei vorteilhafterweise so ausgeführt, dass diese beziehungsweise dieser nicht in direktem Kontakt mit dem Elektrolyten steht. Das heißt, ein, insbesondere lokales, elektrisches Potential kann beispielsweise zwischen einer der Zellelektroden und jeweils einem Sensorpad 40 erfassbar sein beziehungsweise erfasst werden. Durch eine räumliche Ausdehnung des Sensorpads 40, welche beispielsweise im Vergleich zu einem der Elektrodendrähte 16 der 1 auf einen kleineren Bereich beschränkt ist, kann die Ortsauflösung des Potentials besonders exakt erfolgen.The flexible circuit board 36 or another printed circuit board can be produced as so-called FPC, wherein on and / or in a carrier film 30 which may be, for example, a porous polyolefin film, multiple flexible circuit boards 36 can be located and the flexible circuit boards 36 between the respective electrode wires 16 . 16 ' and / or the anode and / or the cathode and / or the separator 14 can be laid or arranged. In one embodiment, the carrier film 30 at the same time be a flexible circuit board, as long as the base material of this flexible circuit board fulfills the separator function of the ionic conductivity. Along individual flexible printed circuit boards 36 For example, a plurality of, in particular electrically and spatially separated, interconnects 38 are guided, each of which at least a portion of the respective electrode wire 16 . 16 or can act as such. The conductor track 38 or the partial area may be in a further, in particular flattened, partial area of the electrode wire 16 . 16 ' pass over, which by its spatial extent, for example, as a sensor pad 40 is trained. In this case, the sensor pad 40 Be designed so that it is in the memory cell 12 or in a through the separator 14 each separate half cell of the memory cell 12 located electrolyte, in particular on its surface 42 , is accessible, so in particular the surface 42 of the respective sensor pad 40 can function as a reference electrode element. Each one to one of the sensor pads 40 leading track 38 or the subregion of the respective electrode wire 16 . 16 ' is advantageously carried out so that this or this is not in direct contact with the electrolyte. That is, a, in particular local, electrical potential, for example, between one of the cell electrodes and a respective sensor pad 40 be recorded or recorded. Due to a spatial extent of the sensor pad 40 which, for example, compared to one of the electrode wires 16 of the 1 is limited to a smaller range, the spatial resolution of the potential can be very accurate.

Der Bereich der jeweiligen Leiterbahn 38, an welchem die Leiterbahn 38 aus der Trägerfolie 30 austritt, kann beispielsweise durch eine Siegelnaht 44 verschlossen beziehungsweise abgedichtet sein. Dadurch können die Leiterbahnen 38 besonders einfach zu der Multiplexervorrichtung 32 geführt werden, welcher wiederum ein Signal von einem jeweiligen Sensorpad 40 zu dem AD-Wandler 46 (Analog zu Digital-Wandler) leitet. Dort kann aus den zwischen den einzelnen Elektrodendrähten 16, 16' beziehungsweise den einzelnen Sensorpads 40 zueinander und/oder der Anode und Kathode gemessenen Spannungen das Potential, insbesondere in zwei und/oder sogar in drei Dimensionen ortsaufgelöst innerhalb der, insbesondere gesamten, elektrochemischen Speicherzelle 12 bestimmt werden.The area of the respective trace 38 at which the conductor track 38 from the carrier film 30 can exit, for example, by a sealed seam 44 be sealed or sealed. This allows the tracks 38 especially easy to the multiplexer device 32 guided, which in turn receives a signal from a respective sensor pad 40 to the AD converter 46 (Analog to digital converter) conducts. There can be out of the between the individual electrode wires 16 . 16 ' or the individual sensor pads 40 voltages measured to one another and / or the anode and cathode, the potential, in particular in two and / or even in three dimensions spatially resolved within the, in particular entire, electrochemical storage cell 12 be determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Erfassungseinrichtungdetector
1212: elektrochemische Speicherzelleelectrochemical storage cell
1414: Separatorseparator
16, 16'16, 16 ': Elektrodendrahtelectrode wire
1818: Referenzelektrodereference electrode
20, 20'20, 20 ': SeparatorebeneSeparatorebene
2222: Separatorschichtseparator
2424: weitere Separatorschichtadditional separator layer
26, 26'26, 26 ': Kontaktstellecontact point
2828: Separatorblattseparator sheet
3030: Trägerfoliesupport film
3232: Multiplexervorrichtungmultiplexer
3434: Drahtwire
3636: flexible Leiterplatteflexible circuit board
3838: Leiterbahnconductor path
4040: Sensorpadsensor pad
4242: Oberflächesurface
4444: Siegelnahtseal
4646: AD-WandlerADC

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015215091 A1 [0003]

Claims

Electrochemical storage cell (12) for storing electrical energy, having at least one anode as the first cell electrode, with at least one cathode as a second cell electrode, with a separator, by means of which the cell electrodes are electrically isolated from each other, and at least one detecting means (10), characterized in that the detection device (10) has at least two electrode wires (16, 16 ') arranged and intersecting on the separator (14), which form a reference electrode (18) by means of which an electrical potential relative to at least one of the cell electrodes can be detected.

Electrochemical storage cell (12) according to Claim 1 , characterized in that the respective electrode wire (16, 16 ') of the respective other electrode wire (16', 16) and / or of at least one of the cell electrodes is electrically isolated.

Electrochemical storage cell (12) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the detection device (10) comprises at least one multiplexer device (32).

Electrochemical cell (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode wires (16, 16 ') are held on a flexible printed circuit board (36).