DE102020113597A1 - Device with closure cover and sensor device integrated in it - Google Patents

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DE102020113597A1
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Abstract

Eine Vorrichtung umfasst einen Verschlussdeckel, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen, und eine in den Verschlussdeckel integrierte Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung umfasst ein Sensorgehäuse und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip, der dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.A device comprises a closure cover, which is designed to close a housing of an electrochemical energy store, and a sensor device integrated in the closure cover. The sensor device comprises a sensor housing and a sensor chip which is arranged in the sensor housing and is designed to detect a pressure within the housing of the energy storage device, which is closed by the closure cover.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Offenbarung betrifft Vorrichtungen mit einem Verschlussdeckel und einer in dem Verschlussdeckel integrierten Sensorvorrichtung. Ferner betrifft die Offenbarung Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen.The present disclosure relates to devices with a closure cover and a sensor device integrated in the closure cover. The disclosure also relates to methods of manufacturing such devices.

Hintergrundbackground

Elektrochemische Energiespeicher, wie Lithium-Ionen-Akkumulatoren, können zum Beispiel in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. In der Regel kann der Druck innerhalb des Energiespeichers schneller auf einen kritischen Zustand des Energiespeichers reagieren als die in dem Energiespeicher vorherrschende Temperatur. Um kritische Zustände eines Energiespeichers zuverlässig detektieren zu können, kann deshalb der Druck innerhalb des Energiespeichers durch eine Sensorvorrichtung überwacht werden. Ein zu starker Druckanstieg innerhalb des Energiespeichers kann zu einem Brand des Energiespeichers und schlimmstenfalls des Fahrzeugs führen. Hersteller von elektrochemischen Energiespeichern und zugehörigen Sensorvorrichtungen sind ständig bestrebt, ihre Produkte zu verbessern. Insbesondere kann es in diesem Zusammenhang wünschenswert sein, langzeitstabile und sichere Lösungen bereitzustellen.Electrochemical energy storage devices such as lithium-ion batteries can be used, for example, in electric vehicles. As a rule, the pressure within the energy store can react more quickly to a critical state of the energy store than the temperature prevailing in the energy store. In order to be able to reliably detect critical states of an energy store, the pressure within the energy store can therefore be monitored by a sensor device. An excessive increase in pressure within the energy store can lead to a fire in the energy store and, in the worst case, the vehicle. Manufacturers of electrochemical energy storage devices and related sensor devices are constantly striving to improve their products. In particular, it can be desirable in this context to provide long-term stable and safe solutions.

KurzdarstellungBrief description

Verschiedene Aspekte betreffen eine Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst einen Verschlussdeckel, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine in den Verschlussdeckel integrierte Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung umfasst ein Sensorgehäuse und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip, der dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Various aspects relate to a device. The device comprises a closure cover which is designed to close a housing of an electrochemical energy store. The device further comprises a sensor device integrated in the closure cover. The sensor device comprises a sensor housing and a sensor chip which is arranged in the sensor housing and is designed to detect a pressure within the housing of the energy storage device, which is closed by the closure cover.

Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen einer Sensorvorrichtung. Die Sensorvorrichtung umfasst ein Sensorgehäuse und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip. Das Verfahren umfasst ferner ein Integrieren der Sensorvorrichtung in einem Verschlussdeckel, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen, wobei der Sensorchip nach dem Integrieren dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Various aspects relate to a method. The method includes providing a sensor device. The sensor device comprises a sensor housing and a sensor chip arranged in the sensor housing. The method further comprises integrating the sensor device in a closure cover that is designed to close a housing of an electrochemical energy store, wherein the sensor chip is designed, after integration, to detect a pressure within the housing of the energy store that is closed by the closure cover.

FigurenlisteFigure list

Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Offenbarung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander wiedergegeben. Identische Bezugszeichen können identische Komponenten bezeichnen.

  • 1 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Vorrichtung 100 gemäß der Offenbarung mit einem Verschlussdeckel und einer in den Verschlussdeckel integrierten Sensorvorrichtung.
  • 2 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 200 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 3 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 300 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 4 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 400 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 5 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 500 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 6 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 600 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 7 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Sensorvorrichtung 700 gemäß der Offenbarung, die in einen Verschlussdeckel integriert werden kann.
  • 8 zeigt eine Querschnittseitenansicht eines elektrochemischen Energiespeichers 800 gemäß der Offenbarung mit einem Verschlussdeckel und einer in den Verschlussdeckel integrierten Sensorvorrichtung.
  • 9 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Vorrichtung 900 gemäß der Offenbarung mit einem elektrochemischen Energiespeicher und einer auf dem Energiespeicher montierten Leiterplatte.
  • 10 zeigt eine Querschnittseitenansicht einer Vorrichtung 1000 gemäß der Offenbarung mit einem elektrochemischen Energiespeicher und einer auf dem Energiespeicher montierten Leiterplatte.
  • 11 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der Offenbarung.
Devices and methods according to the disclosure are explained in more detail below with reference to drawings. The elements shown in the drawings are not necessarily drawn to scale relative to one another. Identical reference symbols can designate identical components.
  • 1 Figure 3 shows a cross-sectional side view of a device 100 according to the disclosure with a closure cover and a sensor device integrated in the closure cover.
  • 2 Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 200 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 3 Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 300 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 4th Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 400 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 5 Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 500 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 6th Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 600 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 7th Figure 11 shows a cross-sectional side view of a sensor device 700 according to the disclosure, which can be integrated into a closure lid.
  • 8th Figure 11 shows a cross-sectional side view of an electrochemical energy store 800 according to the disclosure with a closure cover and a sensor device integrated in the closure cover.
  • 9 Figure 3 shows a cross-sectional side view of a device 900 according to the disclosure with an electrochemical energy store and a printed circuit board mounted on the energy store.
  • 10 Figure 3 shows a cross-sectional side view of a device 1000 according to the disclosure with an electrochemical energy store and a printed circuit board mounted on the energy store.
  • 11 12 shows a flow diagram of a method according to the disclosure.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Die nachfolgend beschriebenen Figuren zeigen Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen gemäß der Offenbarung. Dabei können die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren in einer allgemeinen Weise dargestellt sein, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Die beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können weitere Aspekte aufweisen, die in der jeweiligen Figur der Einfachheit halber nicht gezeigt sein können. Das jeweilige Beispiel kann allerdings um Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit anderen Beispielen gemäß der Offenbarung beschrieben sind. Somit können Ausführungen zu einer bestimmten Figur gleichermaßen für Beispiele anderer Figuren gelten. Außerdem können die hierin beschriebenen Merkmale der verschiedenen Beispiele miteinander kombiniert werden, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angemerkt ist.The figures described below show devices and methods for producing devices according to the disclosure. The devices and methods described can be presented in a general manner in order to qualitatively describe aspects of the disclosure. The devices and methods described can have further aspects which, for the sake of simplicity, cannot be shown in the respective figure. The respective example can, however, be expanded to include aspects that are described in connection with other examples according to the disclosure. Thus, statements relating to a specific figure can apply equally to examples of other figures. In addition, the features of the various examples described herein can be combined with one another, unless expressly stated otherwise.

Die Vorrichtung 100 der 1 kann einen Verschlussdeckel 2 und eine in den Verschlussdeckel 2 integrierte Sensorvorrichtung 4 aufweisen. Der Verschlussdeckel 2 kann dazu ausgelegt sein, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers (nicht gezeigt) zu verschließen. Ein durch einen Verschlussdeckel gemäß der Offenbarung verschlossener Energiespeicher ist beispielhaft in der 8 gezeigt und beschrieben. Im Beispiel der 1 kann der Verschlussdeckel 2 zumindest eine Öffnung 24 aufweisen, die beim Verschließen des Energiespeichers eine Elektrode des Energiespeichers aufnehmen kann (vgl. 8). Die Sensorvorrichtung 4 kann ein Sensorgehäuse 6 und einen in dem Sensorgehäuse 6 angeordneten Sensorchip 8 aufweisen. Der Sensorchip 8 kann dazu ausgelegt sein, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel 2 verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.The device 100 the 1 can have a sealing cap 2 and one in the cap 2 integrated sensor device 4th exhibit. The sealing cap 2 can be designed to close a housing of an electrochemical energy store (not shown). An energy store closed by a closure cover according to the disclosure is exemplified in FIG 8th shown and described. In the example of the 1 can the sealing cap 2 at least one opening 24 have which, when the energy store is closed, can accommodate an electrode of the energy store (cf. 8th ). The sensor device 4th can be a sensor housing 6th and one in the sensor housing 6th arranged sensor chip 8th exhibit. The sensor chip 8th can be designed to maintain a pressure within the through the sealing cap 2 to capture closed housing of the energy storage device.

Die Sensorvorrichtung 4 kann ein Trägersubstrat 10 aufweisen, welches aus zumindest einem von einem Epoxid, einem Kunststoff, einem PCB-Material, einem Keramikmaterial oder einem Glasmaterial gefertigt sein kann. Das Trägersubstrat 10 und das Sensorgehäuse 6 können einen Innenraum 12 der Sensorvorrichtung 4 ausbilden. Der Sensorchip 8 kann auf einer Montagefläche des Trägersubstrats 10 montiert sein, so dass der Sensorchip 8 in dem Innenraum 12 angeordnet sein kann. Das Trägersubstrat 10 und das Sensorgehäuse 6 können durch ein organisches Dichtungsmaterial 18 mechanisch miteinander verbunden sein.The sensor device 4th can be a carrier substrate 10 which can be made of at least one of an epoxy, a plastic, a PCB material, a ceramic material, or a glass material. The carrier substrate 10 and the sensor housing 6th can make an interior 12th the sensor device 4th form. The sensor chip 8th can on a mounting surface of the carrier substrate 10 be mounted so that the sensor chip 8th in the interior 12th can be arranged. The carrier substrate 10 and the sensor housing 6th can through an organic sealing material 18th be mechanically connected to each other.

Durch das Trägersubstrat 10 kann zumindest eine elektrische Verbindung 14 verlaufen, die dazu ausgelegt sein kann, den Sensorchip 8 elektrisch zu kontaktieren. Im Beispiel der 1 kann eine elektrische Kopplung zwischen den elektrischen Verbindungen 14 und elektrischen Anschlüssen des Sensorchips 8 über Bonddrähte 16 bereitgestellt werden. In weiteren Beispielen kann diese elektrische Kopplung alternativ oder zusätzlich über Clips und/oder Bänder bereitgestellt werden. Ein elektrisches Kontaktieren des Sensorchips 8 von außerhalb der Sensorvorrichtung 4 kann somit über die elektrischen Verbindungen 14 bereitgestellt werden. Des Weiteren können die elektrischen Verbindungen 14 dazu ausgelegt sein, die Vorrichtung 100 mit einer Leiterplatte (nicht gezeigt) eines Batterieüberwachungssystems (BMS) oder eines Modulüberwachungssystems (MMS) elektrisch und mechanisch zu verbinden, wie es beispielhaft in der 8 gezeigt und beschrieben ist. In der 1 können die elektrischen Verbindungen 14 beispielhaft in Form von (im Wesentlichen geradlinigen) Pins ausgeführt sein.Through the carrier substrate 10 can have at least one electrical connection 14th run, which can be designed to the sensor chip 8th to contact electrically. In the example of the 1 can create an electrical coupling between the electrical connections 14th and electrical connections of the sensor chip 8th via bond wires 16 to be provided. In further examples, this electrical coupling can alternatively or additionally be provided via clips and / or straps. An electrical contacting of the sensor chip 8th from outside the sensor device 4th can thus use the electrical connections 14th to be provided. Furthermore, the electrical connections 14th be designed to use the device 100 to be electrically and mechanically connected to a circuit board (not shown) of a battery monitoring system (BMS) or a module monitoring system (MMS), as exemplified in FIG 8th is shown and described. In the 1 can make electrical connections 14th for example in the form of (essentially straight) pins.

Im Beispiel der 1 kann es sich bei dem Sensorchip 8 um einen „Nacktchip“ (engl. „bare die“) handeln, d.h. einen Halbleiterchip ohne Gehäuse. In weiteren Beispielen kann der Sensorchip 8 in einem Gehäuse verkapselt sein, wie es beispielsweise in der 2 gezeigt und beschrieben ist. Der Sensorchip 8 kann zumindest eine bewegliche MEMS-Struktur 20 zur Druckmessung aufweisen, insbesondere in Form einer Membran oder eines Diaphragmas. Bei den Druckmessungen kann es sich beispielsweise um Absolutdruckmessungen und/oder Relativdruckmessungen handeln. In Antwort auf einen zu erfassenden Druck bzw. eine zu erfassende Druckänderung kann die bewegliche MEMS-Struktur 20 in der z-Richtung ausgelenkt werden. Hierfür kann das Sensorgehäuse 6 zumindest eine Öffnung 22 aufweisen, die eine Gasverbindung bzw. einen Gaskanal zwischen dem Innenraum des elektrochemischen Energiespeichers und dem Innenraum 12 des Sensorgehäuses 6 bereitstellen kann. Auslenkungen bzw. Bewegungen der MEMS-Struktur 20 können in elektrische Signale umgewandelt werden. Beispielsweise kann im Falle eines kapazitiven Drucksensors die bewegliche MEMS-Struktur 20 als bewegliche Kondensatorplatte relativ zu einer festen Kondensatorplatte ausgelenkt werden. Durch die Auslenkung ändert sich der Abstand zwischen den Kondensatorplatten und somit die Kapazität des Kondensators.In the example of the 1 it can be with the sensor chip 8th a “bare die”, ie a semiconductor chip without a housing. In further examples, the sensor chip 8th be encapsulated in a housing, as for example in the 2 is shown and described. The sensor chip 8th can have at least one moveable MEMS structure 20th for pressure measurement, in particular in the form of a membrane or a diaphragm. The pressure measurements can be, for example, absolute pressure measurements and / or relative pressure measurements. In response to a pressure to be detected or a pressure change to be detected, the movable MEMS structure can 20th be deflected in the z-direction. The sensor housing 6th at least one opening 22nd have, which have a gas connection or a gas channel between the interior of the electrochemical energy store and the interior 12th of the sensor housing 6th can provide. Deflections or movements of the MEMS structure 20th can be converted into electrical signals. For example, in the case of a capacitive pressure sensor, the movable MEMS structure 20th be deflected as a movable capacitor plate relative to a fixed capacitor plate. The deflection changes the distance between the capacitor plates and thus the capacitance of the capacitor.

Ein Logikchip (nicht gezeigt) bzw. ein oder mehrere darin enthaltene Schaltkreise können dazu ausgelegt sein, von der MEMS-Struktur 20 bereitgestellte Messsignale logisch zu verarbeiten. Bei dem Logikchip kann es sich zum Beispiel um einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) handeln. In einem Beispiel kann der Logikchip Teil der Sensorvorrichtung 4 sein. In einem weiteren Beispiel kann der Logikchip als separate elektronische Komponente neben der Sensorvorrichtung 4 auf einer gleichen Platine (z.B. eines BMS oder MMS) angeordnet sein und mit der Sensorvorrichtung 4 elektrisch verbunden sein.A logic chip (not shown) or one or more circuits contained therein can be designed to be derived from the MEMS structure 20th to process provided measurement signals logically. The logic chip can be, for example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). In one example, the logic chip can be part of the sensor device 4th be. In a further example, the logic chip can be used as a separate electronic component in addition to the sensor device 4th be arranged on the same circuit board (for example a BMS or MMS) and with the sensor device 4th be electrically connected.

Die Sensorvorrichtung 4 bzw. das Sensorgehäuse 6 kann in den Verschlussdeckel 2 integriert sein und einen Teil davon ausbilden. Mit anderen Worten können der Verschlussdeckel 2 und die Sensorvorrichtung 4 insbesondere als einzelne, integrale Komponente betrachtet werden. Der Verschlussdeckel 2 kann zum Beispiel aus einem oder mehreren von einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt sein, insbesondere aus Edelstahl und/oder Aluminium. Das Sensorgehäuse 6 kann aus zumindest einem von einem Metall, einem gefüllten Kunststoff, einem Duroplast oder einem Thermoplast gefertigt sein. In Abhängigkeit von den Materialien des Verschlussdeckels 2 und des Sensorgehäuses 6 kann die Sensorvorrichtung 4 durch zumindest eine der folgenden Techniken in den Verschlussdeckel 2 integriert werden: Schweißen, Löten, Kleben, Einpressen.The sensor device 4th or the sensor housing 6th can in the sealing cap 2 be integrated and train a part of it. In other words, the cover can 2 and the sensor device 4th in particular be viewed as a single, integral component. The sealing cap 2 can for example be made of one or more of a metal or a metal alloy, in particular of stainless steel and / or aluminum. The sensor housing 6th can be made of at least one of a metal, a filled plastic, a thermosetting plastic, or a thermoplastic. Depending on the materials of the sealing cap 2 and the sensor housing 6th can the sensor device 4th into the sealing cap by at least one of the following techniques 2 can be integrated: welding, soldering, gluing, pressing.

Dementsprechend kann die Sensorvorrichtung 4 mittels zumindest einer der folgenden Verbindungen in den Verschlussdeckel 2 integriert sein: eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Klebeverbindung, eine Einpressverbindung (Press-Fit-Verbindung). Bei den genannten Verbindungen kann es sich um langzeitstabile Verbindungen handeln, welche die Robustheit der Sensorvorrichtung 4 im Einzelnen und des Verschlussdeckels 2 im Ganzen erhöhen können. Insbesondere können der Verschlussdeckel 2 und das Sensorgehäuse 6 aus einem gleichen Material gefertigt sein, um eine langzeitstabile Verbindung zu gewährleisten. So können zum Beispiel aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigte Komponenten durch Schweißen und/oder Löten fest und beständig miteinander verbunden werden. Eine zusätzliche Verbesserung der mechanischen Verbindung kann zum Beispiel durch eine zusätzliche Plattierung des Sensorgehäuses 6 erreicht werden.Accordingly, the sensor device 4th into the cover by means of at least one of the following connections 2 be integrated: a welded connection, a soldered connection, an adhesive connection, a press-fit connection. The connections mentioned can be connections which are stable over the long term and which improve the robustness of the sensor device 4th in detail and the cover 2 as a whole can increase. In particular, the closure cover 2 and the sensor housing 6th be made of the same material to ensure a long-term stable connection. For example, components made from a metal or a metal alloy can be firmly and permanently connected to one another by welding and / or soldering. An additional improvement of the mechanical connection can, for example, be achieved by additional plating of the sensor housing 6th can be achieved.

Im Beispiel der 1 kann das Sensorgehäuse 6 eine sich um die Seitenwände des Sensorgehäuses 6 erstreckende Randstruktur 26 aufweisen. In der z-Richtung betrachtet kann die Randstruktur 26, insbesondere vollständig, um das Sensorgehäuse 6 verlaufen und eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise kreisförmig, oval, quadratisch, rechteckig, usw. Die Gestalt der Randstruktur 26 und die Gestalt des Verschlussdeckels 2 können derart aufeinander abgestimmt sein, dass die Randstruktur 26 bündig und luftdicht mit dem Material des Verschlussdeckels 2 abschließt. Die Randstruktur 26 kann dazu ausgelegt sein, die Sensorvorrichtung 4 mit dem Verschlussdeckel 2 mechanisch zu verbinden. Beispielsweise kann die zusätzliche Randstruktur 26 einen Löt- oder Schweißvorgang beim Integrieren des Sensorgehäuses 6 in den Verschlussdeckel 2 erleichtern. In weiteren Beispielen kann die Sensorvorrichtung 4 ohne zusätzliche Randstruktur 26 in den Verschlussdeckel 2 integriert werden. Dabei kann zum Beispiel eine direkte mechanische Verbindung zwischen den Seitenwänden des Sensorgehäuses 6 und dem Verschlussdeckel 2 hergestellt werden.In the example of the 1 can the sensor housing 6th one around the side walls of the sensor housing 6th extending edge structure 26th exhibit. Viewed in the z-direction, the edge structure 26th , in particular completely to the sensor housing 6th run and have any shape, for example circular, oval, square, rectangular, etc. The shape of the edge structure 26th and the shape of the closure cap 2 can be coordinated in such a way that the edge structure 26th flush and airtight with the material of the sealing cap 2 concludes. The edge structure 26th can be designed to use the sensor device 4th with the cap 2 to connect mechanically. For example, the additional edge structure 26th a soldering or welding process when integrating the sensor housing 6th in the cap 2 facilitate. In further examples, the sensor device 4th without additional edge structure 26th in the cap 2 to get integrated. For example, there can be a direct mechanical connection between the side walls of the sensor housing 6th and the cap 2 getting produced.

Die Sensorvorrichtung 4 kann dazu ausgelegt sein, eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Energiespeichergehäuses und der Umgebung bzw. dem Außenbereich des Energiespeichers bereitzustellen, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses einen Grenzwertdruck überschreitet. Ein solcher Grenzwertdruck kann zum Beispiel in einem Bereich von etwa 2bar bis etwa 14bar liegen, genauer in einem Bereich von etwa 6bar bis etwa 10bar. Mit anderen Worten kann die Sensorvorrichtung 4 eine Überdruckschutzfunktionalität bereitstellen. Während des Betriebs kann der Energiespeicher in einen kritischen Zustand geraten, beispielsweise kann der Energiespeicher thermisch durchgehen. Ein zu starker Druckanstieg innerhalb des Energiespeichergehäuses bei einem solchen kritischen Zustand kann zu einem Brand des Energiespeichers und schlimmstenfalls eines den Energiespeicher verwendenden Fahrzeugs führen. Durch die von der Sensorvorrichtung 4 bereitgestellte Gasverbindung bei Überdruck kann überschüssiger Druck aus dem Energiespeicher abgelassen werden, so dass ein Schaden vermieden werden kann. Die Sensorvorrichtung 4 kann somit gleichzeitig eine Sensorfunktionalität und eine Sicherheitsfunktionalität bereitstellen, d.h. eine Doppelfunktion erfüllen.The sensor device 4th can be designed to provide a gas connection between the interior of the energy storage housing and the surroundings or the outer area of the energy storage when the pressure inside the housing exceeds a limit pressure. Such a limit pressure can, for example, be in a range from approximately 2 bar to approximately 14 bar, more precisely in a range from approximately 6 bar to approximately 10 bar. In other words, the sensor device 4th provide overpressure protection functionality. During operation, the energy storage device can enter a critical state, for example the energy storage device can run down thermally. Too great a pressure increase within the energy storage housing in such a critical state can lead to a fire in the energy storage and, in the worst case, a vehicle using the energy storage. By the from the sensor device 4th provided gas connection in the event of excess pressure, excess pressure can be released from the energy store, so that damage can be avoided. The sensor device 4th can thus provide a sensor functionality and a safety functionality at the same time, ie fulfill a double function.

Im Beispiel der 1 kann die Überdruckschutzfunktionalität durch das organische Dichtungsmaterial 18 bereitgestellt werden. Überschreitet der Druck innerhalb des Energiespeichergehäuses einen Grenzwertdruck, kann das Dichtungsmaterial 18 brechen und eine Gasverbindung bereitstellen, so dass überschüssiger Druck aus dem Gehäuse entweichen kann. Beispielsweise kann das Dichtungsmaterial 18 durch in der z-Richtung wirkende Scherkräfte seine Haftung an der Innenwand des Sensorgehäuses 6 verlieren oder brechen, wodurch die Gasverbindung an den Seiten des Trägersubstrats 10 ausgebildet werden kann. Im Beispiel der 1 kann das Dichtungsmaterial 18 die Oberseite des Trägersubstrats 10 und die innere Seitenwand des Sensorgehäuses 6 mechanisch kontaktieren und diese aneinander befestigen. Dabei kann das Dichtungsmaterial 18 entlang des gesamten Randes des Trägersubstrats 10 verlaufen. Alternativ oder zusätzlich kann das Dichtungsmaterial 18 auf der Unterseite des Trägersubstrats 10 angeordnet sein, wie es zum Beispiel in der 2 gezeigt und beschrieben ist. Bei dem Dichtungsmaterial 18 kann es sich um ein luftdichtes Material handeln, um eine luftdichte Verbindung zwischen dem Trägersubstrat 10 und dem Sensorgehäuse 6 bereitzustellen. Beispielsweise kann das Dichtungsmaterial 18 zumindest eines von einem Silikon oder einem Acrylat umfassen.In the example of the 1 the overpressure protection functionality can be achieved by the organic sealing material 18th to be provided. If the pressure inside the energy storage housing exceeds a limit pressure, the sealing material can 18th break and provide a gas connection so that excess pressure can escape from the housing. For example, the sealing material 18th its adhesion to the inner wall of the sensor housing due to shear forces acting in the z-direction 6th lose or break, causing the gas connection on the sides of the carrier substrate 10 can be trained. In the example of the 1 can the sealing material 18th the top of the carrier substrate 10 and the inner side wall of the sensor housing 6th contact mechanically and fasten them together. The sealing material 18th along the entire edge of the carrier substrate 10 get lost. Alternatively or additionally, the sealing material 18th on the underside of the carrier substrate 10 be arranged, for example in the 2 is shown and described. With the sealing material 18th it can be an airtight material, an airtight connection between the carrier substrate 10 and the sensor housing 6th provide. For example, the sealing material 18th comprise at least one of a silicone or an acrylate.

Die Sensorvorrichtung 200 der 2 kann der Sensorvorrichtung 4 der 1 zumindest teilweise ähnlich sein. Analog zur 1 kann die Sensorvorrichtung 200 insbesondere in einen Verschlussdeckel eines elektrochemischen Energiespeichers integriert werden. Gleiches gilt für die anderen hierin beschriebenen Sensorvorrichtungen. Im Gegensatz zur 1 kann der Sensorchip der Sensorvorrichtung 200 in einem Verkapselungsmaterial 28 verkapselt sein und durch dieses verdeckt sein. Mit anderen Worten kann das Verkapselungsmaterial 28 ein Gehäuse für den Sensorchip ausbilden. Das Gehäuse und der darin verkapselte Sensorchip können auch als Halbleiterpackage oder Sensorpackage bezeichnet werden. Durch das Verkapselungsmaterial 28 kann der Sensorchip gegen äußere Einflüsse, wie zum Beispiel Feuchtigkeit, Leckströme, oder mechanische Stöße, geschützt sein. Das Verkapselungsmaterial 28 kann beispielsweise mindestens eines von einer Moldverbindung, einem Laminat, einem Epoxid, einem gefüllten Epoxid, einem glasfasergefüllten Epoxid, einem Imid, einem Thermoplast, einem duroplastischen Polymer, einer Polymermischung beinhalten. Bei der Fertigung des Gehäuses kann beispielsweise eine oder mehrerer der folgenden Techniken verwendet werden: Formpressen (Compression Molding), Spritzgießen (Injection Molding), Pulverschmelzverfahren (Powder Molding), Einspritzverfahren (Liquid Molding), usw. In einem weiteren Beispiel kann der Sensorchip in einem Gel eingebettet sein. In noch einem weiteren Beispiel kann der Sensorchip durch Parylen verkapselt bzw. beschichtet sein. Das Parylen kann dabei aus der Gasphase abgeschieden werden.The sensor device 200 the 2 can the sensor device 4th the 1 be at least partially similar. Analogous to 1 can the sensor device 200 in particular be integrated into a cover of an electrochemical energy store. The same applies to the other sensor devices described herein. In contrast to 1 can the sensor chip of the sensor device 200 in an encapsulation material 28 be encapsulated and covered by this. In other words, the encapsulation material 28 form a housing for the sensor chip. The housing and the sensor chip encapsulated therein can also be referred to as a semiconductor package or sensor package. Through the encapsulation material 28 the sensor chip can be protected against external influences, such as moisture, leakage currents, or mechanical impacts. The encapsulation material 28 may for example include at least one of a molding compound, a laminate, an epoxy, a filled epoxy, a glass fiber filled epoxy, an imide, a thermoplastic, a thermosetting polymer, a polymer blend. For example, one or more of the following techniques can be used to manufacture the housing: compression molding, injection molding, powder molding, liquid molding, etc. be embedded in a gel. In yet another example, the sensor chip can be encapsulated or coated by parylene. The parylene can be deposited from the gas phase.

Eine elektrische Verbindung zwischen dem in das Verkapselungsmaterial 28 eingebetteten Sensorchip und den elektrischen Verbindungen 14 kann über aus dem Verkapselungsmaterial 28 herausstehende elektrische Kontaktelemente 32 bereitgestellt werden. Bei den elektrischen Kontaktelementen 32 kann es sich beispielsweise um Anschlussleiter (Leads) eines Leiterrahmens (Leadframe) handeln. Das Verkapselungsmaterial 28 kann durch ein luftdichtes Material 30 mit einer Innenwand des Sensorgehäuses 6 mechanisch verbunden sein. Durch das Material 30 kann eine luftdichte Verbindung zwischen dem Verkapselungsmaterial 28 und dem Sensorgehäuse 6 bereitgestellt werden. Das luftdichte Material 30 kann zum Beispiel dem bereits beschriebenen Dichtungsmaterial 18 ähnlich sein. Im Gegensatz zur 1 kann das Dichtungsmaterial 18 der Sensorvorrichtung 200 zusätzlich auf der Unterseite des Trägersubstrats 10 angeordnet sein, wodurch sich eine vergleichsweise festere Verbindung zwischen dem Trägersubstrat 10 und dem Sensorgehäuse 6 ergeben kann.An electrical connection between the in the encapsulation material 28 embedded sensor chip and the electrical connections 14th can over from the encapsulation material 28 protruding electrical contact elements 32 to be provided. With the electrical contact elements 32 it can be, for example, connecting conductors (leads) of a leadframe. The encapsulation material 28 can through an airtight material 30th with an inner wall of the sensor housing 6th be mechanically connected. Through the material 30th can create an airtight connection between the encapsulation material 28 and the sensor housing 6th to be provided. The airtight material 30th can, for example, the sealing material already described 18th be similar to. In contrast to 1 can the sealing material 18th the sensor device 200 additionally on the underside of the carrier substrate 10 be arranged, whereby a comparatively stronger connection between the carrier substrate 10 and the sensor housing 6th can result.

Die Sensorvorrichtung 300 der 3 kann der Sensorvorrichtung 200 der 2 zumindest teilweise ähnlich sein. Im Gegensatz zur 2 können die elektrischen Verbindungen 14 der Sensorvorrichtung 300 durch gebogene Federkontakte ausgebildet sein. Im Allgemeinen können die elektrischen Verbindungen 14 auf jede geeignete Art ausgeführt sein, solange sie dazu ausgelegt sind, den Sensorchip elektrisch zu kontaktieren und die Sensorvorrichtung mit einer Leiterplatte mechanisch und elektrisch zu verbinden. Dabei können die elektrischen Verbindungen 14 beispielsweise eines oder mehreres von folgendem umfassen: Pins, Anschlussleiter, Drähte, Federn, Pads, Balls.The sensor device 300 the 3 can the sensor device 200 the 2 be at least partially similar. In contrast to 2 can make electrical connections 14th the sensor device 300 be formed by bent spring contacts. In general, the electrical connections 14th be designed in any suitable way, as long as they are designed to make electrical contact with the sensor chip and to mechanically and electrically connect the sensor device to a printed circuit board. The electrical connections 14th For example, one or more of the following include: pins, connecting conductors, wires, springs, pads, balls.

Die Sensorvorrichtung 400 der 4 kann der Sensorvorrichtung 4 der 1 zumindest teilweise ähnlich sein. Wie oben beschrieben wird im Beispiel der 1 die Überdruckschutzfunktionalität durch das organische Dichtungsmaterial 18 bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Überdruckschutzfunktionalität in der 4 durch eine oder mehrere in dem Material des Sensorgehäuses 6 ausgebildete Sollbruchstellen 34 bereitgestellt werden. Überschreitet der Druck innerhalb des Energiespeichergehäuses einen vorgegebenen Grenzwertdruck kann das Sensorgehäuse 6 an zumindest einer der Sollbruchstellen 34 brechen, so dass eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses und seiner Umgebung bereitgestellt wird und überschüssiger Druck aus dem Gehäuse entweichen kann.The sensor device 400 the 4th can the sensor device 4th the 1 be at least partially similar. As described above, the 1 the overpressure protection functionality through the organic sealing material 18th provided. Alternatively or additionally, the overpressure protection functionality in the 4th by one or more in the material of the sensor housing 6th trained predetermined breaking points 34 to be provided. If the pressure inside the energy storage housing exceeds a predetermined limit pressure, the sensor housing can 6th at at least one of the predetermined breaking points 34 break, so that a gas connection between the interior of the housing and its surroundings is provided and excess pressure can escape from the housing.

Die Sollbruchstelle 34 kann zum Beispiel in einer dem Innenraum des Energiespeichergehäuses zugewandten Fläche des Sensorgehäuses 6 ausgebildet sein. Im Beispiel der 4 kann die Sollbruchstelle 34 durch eine Einkerbung in der Randstruktur 26 des Sensorgehäuses 6 ausgebildet sein, insbesondere in der Unterseite der Randstruktur 26. In der Querschnittseitenansicht der 4 kann die Sollbruchstelle 34 eine dreieckige Form aufweisen. In weiteren Beispielen kann die Form der Sollbruchstellt 34 anders sein, zum Beispiel viereckig, rund, oval, mehreckig, usw. In weiteren Beispielen kann die Sollbruchstelle 34 durch eine oder mehrere lokale Verjüngungen des Sensorgehäuses 6 mit beliebiger Gestalt ausgebildet sein.The predetermined breaking point 34 can, for example, in a surface of the sensor housing facing the interior of the energy storage housing 6th be trained. In the example of the 4th can be the breaking point 34 by a notch in the edge structure 26th of the sensor housing 6th be formed, in particular in the underside of the edge structure 26th . In the cross-sectional side view of the 4th can be the breaking point 34 have a triangular shape. In further examples, the shape of the predetermined breaking point can be used 34 be different, for example square, round, oval, polygonal, etc. In further examples, the predetermined breaking point 34 by one or more local tapers in the sensor housing 6th be designed with any shape.

Die Sensorvorrichtung 500 der 5 kann der Sensorvorrichtung 400 der 4 zumindest teilweise ähnlich sein. Im Vergleich zur 4 kann die Sensorvorrichtung 500 kein zusätzliches Dichtungsmaterial aufweisen, so dass die Überdruckschutzfunktionalität in der 5 durch eine oder mehrere Sollbruchstellen 34 in dem Sensorgehäuse 6 bereitgestellt sein kann. Im Beispiel der 5 können die Sollbruchstellen 34 durch Einkerbungen in einer Außenwand des Sensorgehäuses 6 ausgebildet sein. Beispielsweise können die Einkerbungen auf der Unterseite der unteren Gehäusewand angeordnet sein, in der auch die Öffnung 22 ausgebildet sein kann. In den hierin gezeigten Beispielen sind beispielhaft jeweils zwei Einkerbungen in dem Sensorgehäuse 6 gezeigt. In weiteren Beispielen kann die Anzahl der Einkerbungen jedoch beliebig anders gewählt werden. Im Gegensatz zur 4 kann der Sensorchip 8 der Sensorvorrichtung 500 durch eine Flip-Chip-Technik auf dem Trägersubstrat 10 montiert sein. Dabei kann die MEMS-Struktur 20 des Sensorchips 8 dem Trägersubstrat 10 zugewandt sein.The sensor device 500 the 5 can the sensor device 400 the 4th be at least partially similar. In comparison to 4th can the sensor device 500 have no additional sealing material, so that the overpressure protection functionality in the 5 through one or more predetermined breaking points 34 in the sensor housing 6th can be provided. In the example of the 5 can use the predetermined breaking points 34 by notches in an outer wall of the sensor housing 6th be trained. For example, the notches can be arranged on the underside of the lower housing wall, in which also the opening 22nd can be formed. The examples shown herein are exemplary two notches each in the sensor housing 6th shown. In further examples, however, the number of notches can be selected as desired. In contrast to 4th can the sensor chip 8th the sensor device 500 by flip-chip technology on the carrier substrate 10 be mounted. The MEMS structure 20th of the sensor chip 8th the carrier substrate 10 be facing.

Die Sensorvorrichtung 600 der 6 kann der Sensorvorrichtung 200 der 2 zumindest teilweise ähnlich sein. Im Vergleich zur 2 kann die Sensorvorrichtung 600 anstelle eines Dichtungsmaterials Sollbruchstellen 34 in dem Sensorgehäuse 6 aufweisen. Die Sollbruchstellen 34 können in Form von Einkerbungen in der Randstruktur 26 ausgebildet sein, wie es bereits im Zusammenhang mit der 4 beschrieben wurde. Eine stabile mechanische Verbindung zwischen dem Trägersubstart 10 und dem Sensorgehäuse 6 kann zum Beispiel durch eine Arretierung des Trägersubstrats 10 in der inneren Seitenwand des Sensorgehäuses 6 bereitgestellt werden. Im Vergleich zur 2 können die elektrischen Verbindungen 14 eine andere Form aufweisen und insbesondere in der x-und/oder y-Richtung größere Abmessungen aufweisen.The sensor device 600 the 6th can the sensor device 200 the 2 be at least partially similar. In comparison to 2 can the sensor device 600 predetermined breaking points instead of a sealing material 34 in the sensor housing 6th exhibit. The predetermined breaking points 34 can be in the form of notches in the edge structure 26th be designed as it is already in connection with the 4th has been described. A stable mechanical connection between the carrier substructure 10 and the sensor housing 6th can for example by locking the carrier substrate 10 in the inner side wall of the sensor housing 6th to be provided. In comparison to 2 can make electrical connections 14th have a different shape and in particular have larger dimensions in the x and / or y direction.

Die Sensorvorrichtung 700 der 7 kann der Sensorvorrichtung 600 der 6 zumindest teilweise ähnlich sein. In der 7 kann der Innenraum des Sensorgehäuses 6 durch ein zusätzliches Verkapselungsmaterial 36 vergossen sein. Dabei kann das Verkapselungsmaterial 28 des Sensorpackage zumindest teilweise in das zusätzliche Verkapselungsmaterial 36 eingebettet sein. Die elektrischen Kontaktelemente 32 können zumindest teilweise aus dem zusätzlichen Verkapselungsmaterial 36 herausstehen. Das zusätzliche Verkapselungsmaterial 36 kann zum Beispiel eines oder mehreres von einem Glob-Top, einem Acrylat, einem Epoxid umfassen. Im Vergleich zur 6 können die elektrischen Verbindungen 14 in der z-Richtung kleinere Abmessungen aufweisen.The sensor device 700 the 7th can the sensor device 600 the 6th be at least partially similar. In the 7th can be the interior of the sensor housing 6th through an additional encapsulation material 36 be shed. The encapsulation material can 28 of the sensor package at least partially into the additional encapsulation material 36 be embedded. The electrical contact elements 32 can at least partially consist of the additional encapsulation material 36 stick out. The additional encapsulation material 36 may for example comprise one or more of a glob-top, an acrylate, an epoxy. In comparison to 6th can make electrical connections 14th have smaller dimensions in the z-direction.

Der elektrochemische Energiespeicher 800 der 8 kann die Sensorvorrichtung 100 der 1 mit dem Verschlussdeckel 2 und der darin integrierten Sensorvorrichtung 4 aufweisen. Alternativ kann in weiteren Beispielen eine andere der in den 2 bis 7 beschriebenen Sensorvorrichtungen in den Verschlussdeckel 2 integriert sein. Der Energiespeicher 800 kann ein Gehäuse 38 aufweisen, welches durch den Verschlussdeckel 2 (insbesondere luftdicht) verschlossen sein kann. In dem Gehäuse 38 kann sich ein Elektrolyt 40 befinden, in den Elektroden 42 eingetaucht sein können. Die Elektroden 42 können sich durch die Öffnungen 24 des Verschlussdeckels 2 erstrecken. Eine mechanische Verbindung zwischen den Elektroden 42 und dem Verschlussdeckel 2 kann zum Beispiel durch eine Steckverbindung bereitgestellt werden.The electrochemical energy storage 800 the 8th can the sensor device 100 the 1 with the cap 2 and the sensor device integrated therein 4th exhibit. Alternatively, in other examples, a different one of the one shown in the 2 until 7th described sensor devices in the cover 2 be integrated. The energy storage 800 can be a housing 38 have, which through the cap 2 (in particular airtight) can be closed. In the case 38 can become an electrolyte 40 located in the electrodes 42 can be immersed. The electrodes 42 can get through the openings 24 of the sealing cap 2 extend. A mechanical connection between the electrodes 42 and the cap 2 can for example be provided by a plug connection.

Bei dem elektrochemischen Energiespeicher 800 kann es sich beispielsweise um eine Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs, handeln. Das Elektrofahrzeug kann zum Beispiel von einem der folgenden Typen sein: BEV (Battery Electric Vehicle), PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FHEV (Full Hybrid Electric Vehicle), MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle), usw. Beispielsweise kann es sich bei dem Energiespeicher 800 um einen Lithium-Ionen-Akkumulator handeln. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen elektrochemischen Energiespeicher nicht auf Lithium-Ionen-Energiespeicher eingeschränkt sein müssen. Alternativ oder zusätzlich können die elektrochemischen Energiespeicher auch eines oder mehreres von Natrium-Ionen-Batterien, Magnesium-Schwefel-Batterien, Aluminium-Batterien, Zink-Luft-Batterien oder Calcium-Batterien umfassen. Ein oder mehrere dieser Batterietypen müssen zum Zeitpunkt dieser Anmeldung nicht notwendigerweise praxisreif sein, können aber möglicherweise zu einem späteren Zeitpunkt in elektrochemischen Energiespeichern gemäß der Offenbarung eingesetzt werden.With the electrochemical energy storage 800 it can be, for example, a battery of a vehicle, in particular an electric vehicle. For example, the electric vehicle may be one of the following types: BEV (Battery Electric Vehicle), PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), FHEV (Full Hybrid Electric Vehicle), MHEV (Mild Hybrid Electric Vehicle), etc. For example at the energy storage 800 be a lithium-ion battery. In this context, it should be noted that the electrochemical energy storage devices described here do not have to be restricted to lithium-ion energy storage devices. As an alternative or in addition, the electrochemical energy stores can also comprise one or more of sodium-ion batteries, magnesium-sulfur batteries, aluminum batteries, zinc-air batteries or calcium batteries. One or more of these battery types need not necessarily be ready for use at the time of this application, but can possibly be used in electrochemical energy stores according to the disclosure at a later time.

Die Vorrichtung 900 der 9 kann einen elektrochemischen Energiespeicher 800 aufweisen, der dem Energiespeicher der 8 ähnlich sein kann. Ferner kann die Vorrichtung 900 eine Leiterplatte 44 aufweisen, die zum Beispiel Teil eines Batterieüberwachungssystems (BMS) oder eines Modulüberwachungssystems (MMS) sein kann. Die in dem Verschlussdeckel integrierte Sensorvorrichtung 4 kann über die elektrischen Verbindungen 14 elektrisch und mechanisch mit der Leiterplatte 44 verbunden sein, beispielsweise mittels Durchkontaktierungslöten (Through Hole Soldering). Auf der Ober- und/oder Unterseite der Leiterplatte 44 können eine oder mehrere elektronische Komponenten 46 montiert sein. Die elektronischen Komponenten 46 können eines oder mehreres von folgendem umfassen: einen Mikrocontroller, einen Speicher (mit oder ohne Verschlüsselung), eine oder mehrere Sensorvorrichtungen, die dazu ausgelegt sein können, eine oder mehrere mit dem Energiespeicher 800 assoziierte physikalische Größen (z.B. Strom, Spannung, Temperatur, usw.) zu erfassen. Der Sensorchip 8 kann über eine Verdrahtung der Leiterplatte 44 mit einer oder mehreren der elektronischen Komponenten 46 elektrisch gekoppelt sein.The device 900 the 9 can use an electrochemical energy store 800 have, the energy storage of the 8th can be similar. Furthermore, the device 900 a circuit board 44 which can be part of a battery monitoring system (BMS) or a module monitoring system (MMS), for example. The sensor device integrated in the cover 4th can through the electrical connections 14th electrically and mechanically with the circuit board 44 be connected, for example by means of through hole soldering. On the top and / or bottom of the circuit board 44 can be one or more electronic components 46 be mounted. The electronic components 46 may include one or more of the following: a microcontroller, a memory (with or without encryption), one or more sensor devices that may be designed to combine one or more with the energy store 800 to record associated physical quantities (e.g. current, voltage, temperature, etc.). The sensor chip 8th can via wiring the circuit board 44 with one or more of the electronic components 46 be electrically coupled.

Die Vorrichtung 1000 der 10 kann der Vorrichtung 900 der 9 ähnlich sein. Im Gegensatz zur 9 können die elektrischen Verbindungen 14 der Vorrichtung 1000 durch gebogene Federkontakte ausgeführt sein.The device 1000 the 10 can the device 900 the 9 be similar to. In contrast to 9 can make electrical connections 14th the device 1000 be carried out by bent spring contacts.

Das Verfahren der 11 ist in einer allgemeinen Weise dargestellt, um Aspekte der Offenbarung qualitativ zu beschreiben. Das Verfahren kann dazu verwendet werden eine der hierin beschriebenen Vorrichtungen zu fertigen. Das Verfahren kann weitere Aspekte aufweisen, die in der 11 der Einfachheit halber nicht gezeigt und beschrieben sind. Das Verfahren kann um einen oder mehrere Aspekte erweitert werden, die in Verbindung mit anderen Beispielen gemäß der Offenbarung beschrieben sind.The procedure of 11 is presented in a general manner to qualitatively describe aspects of the disclosure. The method can be used to manufacture any of the devices described herein. The method can have further aspects that are described in 11 are not shown and described for the sake of simplicity. The method can be expanded to include one or more aspects that are described in connection with other examples according to the disclosure.

Bei 48 kann eine Sensorvorrichtung bereitgestellt werden. Die Sensorvorrichtung kann ein Sensorgehäuse und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip aufweisen. Bei 50 kann die Sensorvorrichtung in einem Verschlussdeckel integriert werden, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen. Der Sensorchip kann nach dem Integrieren dazu ausgelegt sein, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen. In einem Beispiel kann das Integrieren der Sensorvorrichtung in dem Verschlussdeckel zumindest eines von Folgendem umfassen: Schweißen, Löten, Kleben, Einpressen.at 48 a sensor device can be provided. The sensor device can have a sensor housing and a sensor chip arranged in the sensor housing. at 50 the sensor device can be integrated in a cover that is designed to close a housing of an electrochemical energy store. After being integrated, the sensor chip can be designed to detect a pressure within the housing of the energy store that is closed by the closure cover. In one example, integrating the sensor device in the closure cap can include at least one of the following: welding, soldering, gluing, press-fitting.

BeispieleExamples

Im Folgenden werden Vorrichtungen und Verfahren gemäß der Offenbarung anhand von Beispielen erläutert.In the following, devices and methods according to the disclosure are explained using examples.

Beispiel 1 ist eine Vorrichtung, umfassend: einen Verschlussdeckel, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen; und eine in den Verschlussdeckel integrierte Sensorvorrichtung, umfassend: ein Sensorgehäuse, und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip, der dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Example 1 is a device comprising: a closure cover which is designed to close a housing of an electrochemical energy store; and a sensor device integrated in the closure cover, comprising: a sensor housing, and a sensor chip, which is arranged in the sensor housing and is designed to detect a pressure within the housing of the energy storage device, which is closed by the closure cover.

Beispiel 2 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 1, wobei die Sensorvorrichtung dazu ausgelegt ist, eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses des Energiespeichers und der Umgebung des Energiespeichers bereitzustellen, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses einen Grenzwertdruck überschreitet.Example 2 is a device according to Example 1, the sensor device being designed to provide a gas connection between the interior of the housing of the energy store and the surroundings of the energy store when the pressure within the housing exceeds a limit pressure.

Beispiel 3 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 2, wobei der Grenzwertdruck in einem Bereich von 2bar bis 14bar liegt.Example 3 is a device according to Example 2, the limit value pressure being in a range from 2 bar to 14 bar.

Beispiel 4 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 2 oder 3, ferner umfassend: eine in dem Material des Sensorgehäuses ausgebildete Sollbruchstelle, welche dazu ausgelegt ist zu brechen und die Gasverbindung bereitzustellen.Example 4 is a device according to Example 2 or 3, further comprising: a predetermined breaking point formed in the material of the sensor housing, which is designed to break and provide the gas connection.

Beispiel 5 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Sensorgehäuse eine sich um die Seitenwände des Sensorgehäuses erstreckende Randstruktur umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Sensorvorrichtung mit dem Verschlussdeckel mechanisch zu verbinden.Example 5 is a device according to one of the preceding examples, wherein the sensor housing comprises an edge structure which extends around the side walls of the sensor housing and is designed to mechanically connect the sensor device to the closure cover.

Beispiel 6 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 5, wobei die in dem Material des Sensorgehäuses ausgebildete Sollbruchstelle durch eine Einkerbung in der Randstruktur ausgebildet ist.Example 6 is a device according to Example 5, the predetermined breaking point formed in the material of the sensor housing being formed by a notch in the edge structure.

Beispiel 7 ist eine Vorrichtung nach einem der Beispiele 4 bis 6, wobei die Sollbruchstelle durch eine Einkerbung in einer Außenwand des Sensorgehäuses ausgebildet ist.Example 7 is a device according to one of Examples 4 to 6, the predetermined breaking point being formed by a notch in an outer wall of the sensor housing.

Beispiel 8 ist eine Vorrichtung nach einem der Beispiele 2 bis 7, wobei die Sensorvorrichtung ein organisches Dichtungsmaterial umfasst, welches dazu ausgelegt ist zu brechen und die Gasverbindung bereitzustellen.Example 8 is a device according to any one of Examples 2 to 7, wherein the sensor device comprises an organic sealing material which is designed to break and provide the gas connection.

Beispiel 9 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 8, wobei das Dichtungsmaterial zumindest eines von einem Silikon oder einem Acrylat umfasst.Example 9 is a device according to Example 8, wherein the sealing material comprises at least one of a silicone and an acrylate.

Beispiel 10 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Sensorvorrichtung ferner umfasst: ein Trägersubstrat, auf welchem der Sensorchip montiert ist, wobei das Trägersubstrat und das Sensorgehäuse einen Innenraum der Sensorvorrichtung ausbilden, in welchem der Sensorchip angeordnet ist.Example 10 is a device according to one of the preceding examples, wherein the sensor device further comprises: a carrier substrate on which the sensor chip is mounted, the carrier substrate and the sensor housing forming an interior of the sensor device in which the sensor chip is arranged.

Beispiel 11 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 10, wobei das Dichtungsmaterial das Trägersubstrat und das Sensorgehäuse mechanisch verbindet.Example 11 is a device according to Example 10, the sealing material mechanically connecting the carrier substrate and the sensor housing.

Beispiel 12 ist eine Vorrichtung nach Beispiel 10 oder 11, wobei das Trägersubstrat aus zumindest einem von einem Epoxid, einem Kunststoff, einem PCB-Material, einem Keramikmaterial oder einem Glasmaterial gefertigt ist.Example 12 is a device according to Example 10 or 11, wherein the carrier substrate is made from at least one of an epoxy, a plastic, a PCB material, a ceramic material or a glass material.

Beispiel 13 ist eine Vorrichtung nach einem der Beispiele 10 bis 12, ferner umfassend: zumindest eine durch das Trägersubstrat verlaufende elektrische Verbindung, die dazu ausgelegt ist, den Sensorchip elektrisch zu kontaktieren und die Vorrichtung mit einer Leiterplatte eines Batterieüberwachungssystems (BMS) oder eines Modulüberwachungssystems (MMS) elektrisch und mechanisch zu verbinden.Example 13 is a device according to one of Examples 10 to 12, further comprising: at least one electrical connection running through the carrier substrate, which is designed to make electrical contact with the sensor chip and the device with a printed circuit board of a battery monitoring system (BMS) or a module monitoring system ( MMS) to be connected electrically and mechanically.

Beispiel 14 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Sensorgehäuse aus zumindest einem von einem Metall, einem gefüllten Kunststoff, einem Duroplast oder einem Thermoplast gefertigt ist.Example 14 is a device according to one of the preceding examples, wherein the sensor housing is made from at least one of a metal, a filled plastic, a thermoset or a thermoplastic.

Beispiel 15 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Verschlussdeckel und das Sensorgehäuse aus einem gleichen Material gefertigt sind.Example 15 is a device according to one of the preceding examples, wherein the closure cover and the sensor housing are made of the same material.

Beispiel 16 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei die Sensorvorrichtung durch zumindest eines von Folgendem in den Verschlussdeckel integriert ist: eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Klebeverbindung, eine Einpressverbindung.Example 16 is a device according to one of the preceding examples, wherein the sensor device is integrated into the closure cover by at least one of the following: a welded connection, a soldered connection, an adhesive connection, a press-fit connection.

Beispiel 17 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei das Sensorgehäuse eine Öffnung umfasst, die eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Energiespeichers und dem Sensorchip bereitstellt.Example 17 is a device according to one of the preceding examples, wherein the sensor housing comprises an opening that provides a gas connection between the interior of the energy store and the sensor chip.

Beispiel 18 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, ferner umfassend: ein den Sensorchip verkapselndes Verkapselungsmaterial, wobei das Verkapselungsmaterial durch ein luftdichtes Material mit einer Innenwand des Sensorgehäuses mechanisch verbunden ist.Example 18 is a device according to one of the preceding examples, further comprising: an encapsulation material encapsulating the sensor chip, the encapsulation material being mechanically connected to an inner wall of the sensor housing by an airtight material.

Beispiel 19 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Verschlussdeckel zumindest eine Öffnung aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine Elektrode des Energiespeichers aufzunehmen.Example 19 is a device according to one of the preceding examples, wherein the closure cover has at least one opening which is designed to receive an electrode of the energy store.

Beispiel 20 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Energiespeicher eine Batterie für ein Elektrofahrzeug umfasst.Example 20 is a device according to one of the preceding examples, wherein the energy store comprises a battery for an electric vehicle.

Beispiel 21 ist eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Beispiele, wobei der Energiespeicher einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfasst.Example 21 is a device according to one of the preceding examples, wherein the energy store comprises a lithium-ion accumulator.

Beispiel 22 ist ein Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Sensorvorrichtung, umfassend: ein Sensorgehäuse, und einen in dem Sensorgehäuse angeordneten Sensorchip; und Integrieren der Sensorvorrichtung in einem Verschlussdeckel, der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen, wobei der Sensorchip nach dem Integrieren dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Example 22 is a method comprising: providing a sensor device comprising: a sensor housing, and a sensor chip disposed in the sensor housing; and integrating the sensor device in a closure cover which is designed to close a housing of an electrochemical energy store, the sensor chip being designed, after the integration, to detect a pressure within the housing of the energy store which is closed by the closure cover.

Beispiel 23 ist ein Verfahren nach Beispiel 22, wobei das Integrieren der Sensorvorrichtung in dem Verschlussdeckel zumindest eines von Folgendem umfasst: Schweißen, Löten, Kleben, Einpressen.Example 23 is a method according to Example 22, wherein the integration of the sensor device in the closure cover comprises at least one of the following: welding, soldering, gluing, pressing in.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.Although specific embodiments are shown and described herein, it will be apparent to those skilled in the art that a variety of alternative and / or equivalent implementations can be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the present disclosure. This application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, it is intended that this disclosure be limited only by the claims and their equivalents.

Claims (23)

Vorrichtung, umfassend: einen Verschlussdeckel (2), der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen; und eine in den Verschlussdeckel (2) integrierte Sensorvorrichtung (4), umfassend: ein Sensorgehäuse (6), und einen in dem Sensorgehäuse (6) angeordneten Sensorchip (8), der dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel (2) verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Apparatus comprising: a closure cover (2) which is designed to close a housing of an electrochemical energy store; and a sensor device (4) integrated in the closure cover (2), comprising: a sensor housing (6), and a sensor chip (8) which is arranged in the sensor housing (6) and is designed to detect a pressure inside the housing of the energy storage device, which is closed by the closure cover (2). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensorvorrichtung (4) dazu ausgelegt ist, eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Gehäuses des Energiespeichers und der Umgebung des Energiespeichers bereitzustellen, wenn der Druck innerhalb des Gehäuses einen Grenzwertdruck überschreitet.Device according to Claim 1 , wherein the sensor device (4) is designed to provide a gas connection between the interior of the housing of the energy store and the environment of the energy store when the pressure within the housing exceeds a limit pressure. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Grenzwertdruck in einem Bereich von 2bar bis 14bar liegt.Device according to Claim 2 , the limit value pressure being in a range from 2 bar to 14 bar. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend: eine in dem Material des Sensorgehäuses (6) ausgebildete Sollbruchstelle (34), welche dazu ausgelegt ist zu brechen und die Gasverbindung bereitzustellen.Device according to Claim 2 or 3 , further comprising: a predetermined breaking point (34) formed in the material of the sensor housing (6), which is designed to break and provide the gas connection. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (6) eine sich um die Seitenwände des Sensorgehäuses (6) erstreckende Randstruktur (26) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Sensorvorrichtung (4) mit dem Verschlussdeckel (2) mechanisch zu verbinden.Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor housing (6) comprises an edge structure (26) which extends around the side walls of the sensor housing (6) and is designed to mechanically connect the sensor device (4) to the closure cover (2). Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die in dem Material des Sensorgehäuses (6) ausgebildete Sollbruchstelle (34) durch eine Einkerbung in der Randstruktur (26) ausgebildet ist.Device according to Claim 5 wherein the predetermined breaking point (34) formed in the material of the sensor housing (6) is formed by a notch in the edge structure (26). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Sollbruchstelle (34) durch eine Einkerbung in einer Außenwand des Sensorgehäuses (6) ausgebildet ist.Device according to one of the Claims 4 until 6th , wherein the predetermined breaking point (34) is formed by a notch in an outer wall of the sensor housing (6). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Sensorvorrichtung (4) ein organisches Dichtungsmaterial (18) umfasst, welches dazu ausgelegt ist zu brechen und die Gasverbindung bereitzustellen.Device according to one of the Claims 2 until 7th , wherein the sensor device (4) comprises an organic sealing material (18) which is designed to break and provide the gas connection. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Dichtungsmaterial (18) zumindest eines von einem Silikon oder einem Acrylat umfasst.Device according to Claim 8 wherein the sealing material (18) comprises at least one of a silicone and an acrylate. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (4) ferner umfasst: ein Trägersubstrat (10), auf welchem der Sensorchip (8) montiert ist, wobei das Trägersubstrat (10) und das Sensorgehäuse (6) einen Innenraum (12) der Sensorvorrichtung (4) ausbilden, in welchem der Sensorchip (8) angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device (4) further comprises: a carrier substrate (10) on which the sensor chip (8) is mounted, the carrier substrate (10) and the sensor housing (6) forming an interior (12) of the sensor device (4) in which the sensor chip (8) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Dichtungsmaterial (18) das Trägersubstrat (10) und das Sensorgehäuse (6) mechanisch verbindet.Device according to Claim 10 , wherein the sealing material (18) mechanically connects the carrier substrate (10) and the sensor housing (6). Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Trägersubstrat (10) aus zumindest einem von einem Epoxid, einem Kunststoff, einem PCB-Material, einem Keramikmaterial oder einem Glasmaterial gefertigt ist.Device according to Claim 10 or 11 wherein the carrier substrate (10) is made of at least one of an epoxy, a plastic, a PCB material, a ceramic material or a glass material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, ferner umfassend: zumindest eine durch das Trägersubstrat (10) verlaufende elektrische Verbindung (14), die dazu ausgelegt ist, den Sensorchip (8) elektrisch zu kontaktieren und die Vorrichtung mit einer Leiterplatte (44) eines Batterieüberwachungssystems (BMS) oder eines Modulüberwachungssystems (MMS) elektrisch und mechanisch zu verbinden.Device according to one of the Claims 10 until 12th , further comprising: at least one electrical connection (14) running through the carrier substrate (10) which is designed to make electrical contact with the sensor chip (8) and the device with a printed circuit board (44) of a battery monitoring system (BMS) or a module monitoring system ( MMS) to be connected electrically and mechanically. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (6) aus zumindest einem von einem Metall, einem gefüllten Kunststoff, einem Duroplast oder einem Thermoplast gefertigt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor housing (6) is made from at least one of a metal, a filled plastic, a thermoset or a thermoplastic. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschlussdeckel (2) und das Sensorgehäuse (6) aus einem gleichen Material gefertigt sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the closure cover (2) and the sensor housing (6) are made of the same material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (4) durch zumindest eines von Folgendem in den Verschlussdeckel (2) integriert ist: eine Schweißverbindung, eine Lötverbindung, eine Klebeverbindung, eine Einpressverbindung.Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor device (4) is integrated in the closure cover (2) by at least one of the following: a welded connection, a soldered connection, an adhesive connection, a press-fit connection. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorgehäuse (6) eine Öffnung (22) umfasst, die eine Gasverbindung zwischen dem Innenraum des Energiespeichers und dem Sensorchip (8) bereitstellt.Device according to one of the preceding claims, wherein the sensor housing (6) comprises an opening (22) which provides a gas connection between the interior of the energy store and the sensor chip (8). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: ein den Sensorchip (8) verkapselndes Verkapselungsmaterial (28), wobei das Verkapselungsmaterial (28) durch ein luftdichtes Material (30) mit einer Innenwand des Sensorgehäuses (6) mechanisch verbunden ist.Device according to one of the preceding claims, further comprising: an encapsulation material (28) encapsulating the sensor chip (8), the encapsulation material (28) being mechanically connected to an inner wall of the sensor housing (6) by an airtight material (30). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verschlussdeckel (2) zumindest eine Öffnung (24) aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine Elektrode (42) des Energiespeichers aufzunehmen.Device according to one of the preceding claims, wherein the closure cover (2) has at least one opening (24) which is designed to receive an electrode (42) of the energy store. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher eine Batterie für ein Elektrofahrzeug umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the energy store comprises a battery for an electric vehicle. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the energy store comprises a lithium-ion accumulator. Verfahren, umfassend: Bereitstellen einer Sensorvorrichtung (4), umfassend: ein Sensorgehäuse (6), und einen in dem Sensorgehäuse (6) angeordneten Sensorchip (8); und Integrieren der Sensorvorrichtung (4) in einem Verschlussdeckel (2), der dazu ausgelegt ist, ein Gehäuse eines elektrochemischen Energiespeichers zu verschließen, wobei der Sensorchip (8) nach dem Integrieren dazu ausgelegt ist, einen Druck innerhalb des durch den Verschlussdeckel (2) verschlossenen Gehäuses des Energiespeichers zu erfassen.Method comprising: Providing a sensor device (4), comprising: a sensor housing (6), and a sensor chip (8) arranged in the sensor housing (6); and Integrating the sensor device (4) in a closure cover (2) which is designed to close a housing of an electrochemical energy store, wherein the sensor chip (8) after integration is designed to generate a pressure within the area closed by the closure cover (2) Detect housing of the energy storage. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Integrieren der Sensorvorrichtung (4) in dem Verschlussdeckel (2) zumindest eines von Folgendem umfasst: Schweißen, Löten, Kleben, Einpressen.Procedure according to Claim 22 wherein the integration of the sensor device (4) in the closure cover (2) comprises at least one of the following: welding, soldering, gluing, pressing.
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