WO2013131687A1 - Galvanic element and battery monitoring system - Google Patents

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WO2013131687A1
WO2013131687A1 PCT/EP2013/051484 EP2013051484W WO2013131687A1 WO 2013131687 A1 WO2013131687 A1 WO 2013131687A1 EP 2013051484 W EP2013051484 W EP 2013051484W WO 2013131687 A1 WO2013131687 A1 WO 2013131687A1
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surface acoustic
sensor
galvanic
galvanic element
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PCT/EP2013/051484
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Remigius Has
Fabian Henrici
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a galvanic element, to a use of a surface acoustic wave sensor and to a battery system.
  • temperature and voltage of the battery are detected area by area to monitor an operating point of the battery. If the temperature is outside a tolerance range, damage to the battery can occur.
  • DE 10 2009 005 228 A1 describes a protective device for galvanic cells, which are interconnected via pole connections to a battery.
  • the protective device can be assigned to individual cells of the battery.
  • the protective device When the protective device is activated, the protective device removes a galvanic cell assigned to the protective device from the battery assembly.
  • Accumulator packages usually consist of several modules, which in turn consist of several cells, eg. As lithium-ion cells can be assembled. An effective battery management system becomes the function of the individual
  • the working temperature of the cell is z.
  • sensors can be used which detect the operating temperature of the battery cells. Monitoring the internal pressure of the cell is also crucial. Creeping pressure can indicate operational electrochemical aging or incipient leaking of the package. If a cell ages in a series connection, this will not only affect its performance.
  • Aging can initially increase an internal resistance of the individual cell. In the worst case, then a large part of the total voltage of the memory can fall over this single cell. In this case, the aged battery cell can be overloaded so far that cell-internal security measures can no longer sufficiently grab. A spontaneous pressure increase can be due to a strong short term overload of the
  • the pressure monitoring can already give a premature indication to turn off the energy storage, since the outgassing usually develops much faster than the temperature. Therefore, the monitoring of these factors with suitable pressure sensors and additionally or alternatively with suitable temperature sensors is essential.
  • suitable pressure sensors up to 200 individual cells are interconnected and packaged together. Usually the voltage is measured by each cell.
  • SAW sensors where SAW denotes a surface acoustic wave or surface acoustic wave
  • SAW denotes a surface acoustic wave or surface acoustic wave
  • the sensors can be integrated into existing battery designs.
  • a wireless or wired measured value transmission, for. B. via power line communication without an individual wiring is necessary. This saves on the one hand a cost, or allows a single-cell temperature and pressure measurement, which is not yet performed for cost reasons.
  • the temperature can be detected in all cells or modules of a battery pack, without this leading to excessive wiring.
  • a galvanic element having a first electrical connection and a second electrical connection has the following feature: a surface acoustic wave sensor for detecting at least one parameter of the galvanic element.
  • a galvanic element can be understood to mean an electrochemical element, for example a battery cell.
  • electrochemical reactions can take place between two reaction partners, by means of which an electrical cell voltage is provided between the two electrical connections of the galvanic element.
  • the reactants and arranged in the galvanic element parts of the electrical connections may be enclosed by a shell.
  • the two electrical connections can penetrate the shell.
  • the galvanic element can be connected via the electrical connections to a composite of a plurality of galvanic elements to form a battery.
  • a surface acoustic wave sensor can be understood as a device for detecting body waves.
  • the surface acoustic wave sensor may be arranged so that the surface acoustic wave sensor in direct Contact with at least one of the reactants.
  • the surface acoustic wave sensor may be disposed protected from the reactants.
  • the surface acoustic wave sensor may include a substrate on which electric wires, for example, planar lines for forming a SAW structure are arranged.
  • an activation pulse received by the surface acoustic wave sensor can be converted into structure-borne sound waves which propagate in the substrate.
  • the substrate may have a reflector structure for the structure-borne sound waves.
  • the reflector structure may be spaced from the SAW structure on the substrate or formed by a portion of the substrate.
  • the structure-borne sound waves are reflected and can propagate as reflected structure-borne sound waves in the substrate back to the SAW structure.
  • a characteristic of the reflected structure-borne sound waves may be dependent on the at least one parameter of the galvanic element.
  • the SAW structure the reflected structure-borne sound waves can be converted into an electrical signal that can be emitted by the surface acoustic wave sensor as a measurement signal.
  • a characteristic of the emitted electrical signal can thus be dependent on the at least one parameter of the galvanic element.
  • the electrical signal can thus be understood as an echo of the activation pulse influenced by the at least one parameter of the galvanic element.
  • the parameter may be, for example, an internal pressure and / or an internal temperature of the galvanic element.
  • the parameter can influence at least one physical property of the substrate of the surface acoustic wave sensor and thus change a transit time of a surface wave on the substrate.
  • Parameter for example, the internal pressure and / or the internal temperature can be represented.
  • the surface acoustic wave sensor may be connected to at least one of the electrical connections for transmitting data representing at least one parameter.
  • the sensor can be designed to transmit the acquired data via at least one of the electrical connections, for example to a control device arranged outside the galvanic element.
  • the sensor may be configured to receive electrical impulses for communication from the at least one of the electrical connections and to transmit further electrical impulses via the at least one of the electrical connections. see send out connections. In this way, the sensor can be contacted via the electrical connections of the galvanic element and use the electrical connections for communication.
  • the surface acoustic wave sensor may be connected by means of a capacitive coupling with at least one of the electrical connections.
  • the capacitive coupling can be formed by a capacitor arranged between an electrical connection and the sensor. Due to the capacitive coupling, a current flow between the electrical contact and the sensor can be prevented, however, pulses for communication can pass through the capacitive coupling.
  • the surface acoustic wave sensor may include an antenna.
  • the antenna can be arranged directly on the sensor.
  • the antenna may be electrically conductively connected to the SAW structure of the surface acoustic wave sensor.
  • an activation pulse can be received by the surface acoustic wave sensor via the antenna and can be transmitted again after passing through the surface acoustic wave sensor.
  • the antenna can be arranged completely or partially within the galvanic element. Alternatively, the antenna may be disposed on a surface of the galvanic element.
  • At least one of the electrical connections may be formed as an antenna for wireless transmission of the data representing the at least one parameter.
  • Acquired data can be transmitted wirelessly, for example to a control unit, via the antenna. Wireless transmission can reduce cabling overhead.
  • the surface acoustic wave sensor may be disposed in an interior of the galvanic element.
  • the substrate of the surface acoustic wave sensor may be in direct contact with reactants arranged in the galvanic element.
  • Communication with the surface acoustic wave sensor can be wireless or via a line, for example an electrical connection of the galvanic cell, through a sheath of the galvanic element.
  • the surface acoustic wave sensor may be disposed on a shell of the galvanic element.
  • the surface acoustic wave sensor may be configured to detect an internal pressure of the galvanic element via a deformation of the envelope.
  • the sensor can be arranged on an outer surface of the shell of the galvanic element.
  • the galvanic element By placing it outside the shell of the galvanic element, the galvanic element can be made with a higher power density because the sensor occupies no space within the shell.
  • the surface acoustic wave sensor may be configured to receive an activation pulse and to use the activation pulse to detect the at least one parameter.
  • the activation pulse can be received wirelessly or via a line, for example from a control unit.
  • the sensor Via the activation pulse, the sensor can be supplied with energy necessary for detecting the at least one parameter and transmitting the data representing the at least one parameter.
  • the sensor may be designed to emit an information representing the internal temperature and / or the internal pressure in response to the activation pulse.
  • the galvanic element may comprise a further surface acoustic wave sensor for detecting at least one parameter of the galvanic element. With another surface acoustic wave sensor, the other surface acoustic wave sensor sensor can be secured.
  • the two sensors can be arranged at different positions. For example, one of the sensors may be disposed inside the galvanic element and the other of the sensors may be disposed on an outer surface of the galvanic element.
  • the sensors may be configured to detect the same or the same or different parameters. For example, with one of the sensors the temperature and with the other sensor of the
  • the sensors can also have different measuring ranges.
  • the galvanic element can be monitored with a higher level of safety.
  • an acoustic surface wave sensor can advantageously be used for detecting at least one parameter of a battery cell.
  • the surface acoustic wave sensor can be arranged in an interior or on an outer side of the battery cell.
  • the battery cell may be a galvanic element.
  • a battery cell can be understood to mean an arrangement of one or more galvanic elements, which are enclosed by a housing.
  • a battery system has the following features: a battery having at least one battery cell with a galvanic element according to the approach presented here; and a controller configured to emit an activation pulse for the at least one surface acoustic wave sensor and to receive a signal from the at least one surface acoustic wave sensor.
  • the battery may have a housing in which a plurality of galvanic elements may be arranged.
  • the housing may have a device for tempering the galvanic elements.
  • the battery may have a first pole and a second pole.
  • 1 shows a representation of a galvanic element with a sensor within the galvanic element according to an embodiment of the present invention
  • 2 shows an illustration of a galvanic element with a sensor arranged on the galvanic element according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows an illustration of a galvanic element with a sensor inside the galvanic element according to a further exemplary embodiment of the present invention
  • 4 is an illustration of a battery system according to an embodiment of the present invention
  • FIG 5 is an illustration of another battery system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows an illustration of a battery system with a galvanic element with a sensor with capacitive coupling according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an illustration of a battery cell or a galvanic cell 100 having a surface acoustic wave sensor 102 according to an embodiment of the present invention.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is disposed inside the galvanic cell 100 and implemented as a radio sensor.
  • a positive pole 104 and a negative pole 106 are arranged as electrical connections.
  • the positive pole 104 and the negative pole 106 are represented as electrical conductors which are designed to introduce electrical energy into the galvanic element 100 or to discharge electrical energy from the galvanic element 100 by means of a passage through a shell of the galvanic element 100.
  • substances are arranged which function as reactants for an electrochemical reaction of the galvanic element.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is disposed within the envelope embedded in the substances acting as reactants.
  • the sensor 102 is thus arranged inside the galvanic element 100.
  • the sensor 102 has two dipoles as antenna 108.
  • the antenna 108 is connected to two terminals of an intermediate finger transducer 110 (Interdigital Transducer, IDT).
  • IDT Interdigital Transducer
  • the intermediate finger transducer 1 10 is designed to be used Beginning of a request signal or activation pulse via the antenna 108, a substrate of the sensor 102, which consists of a piezoelectric single crystal 1 12 according to this embodiment, to excite surface vibrations.
  • the surface vibrations propagate as surface waves on the piezoelectric single crystal 1 12. In two different distances
  • U and L 2 to the intermediate finger transducer 1 10 reflectors 1 14 are arranged on the surface.
  • the surface wave will reflect to the intermediate finger transducer 110.
  • the intermediate finger transducer 110 is designed to convert the surface waves reflected at the reflectors 14 into a signal.
  • the signal is emitted via the antenna 108 as an electromagnetic wave.
  • a delay time between the receipt of the request signal and the transmission of the signal represents information about the environmental conditions, that is to say, for example, internal pressure and / or internal temperature at the sensor 102.
  • the sheath of the galvanic element 100 is in this embodiment at least partially transmissive to electromagnetic waves.
  • the request signal can reach the interior of the galvanic element 100 to the antenna 108.
  • the signal can reach the interior of the galvanic element 100 from the antenna 108.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a battery cell 100, z. B. a battery cell with a lithium-based reactants, with an integrated surface acoustic wave (SAW) sensor 102 for measuring pressure and additionally or alternatively a temperature of the cell 100.
  • the sensor 102 is located within the battery cell 100 and wirelessly gives the collected information to a control unit on.
  • the transmission of temperature and pressure representing signals from the battery cell 100 is possible according to this embodiment, because an incomplete metallic encapsulation of the outer wall of the battery cell 100 is present.
  • FIG. 2 shows an illustration of a galvanic element 100 with an acoustical surface wave sensor 102 according to one exemplary embodiment of the present invention.
  • the acoustic is Surface wave sensor 102 disposed on an outer surface, such as a shell of the galvanic element 100.
  • the embodiment shown in FIG. 2 corresponds to the embodiment shown in FIG.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is configured to detect the internal temperature of the galvanic cell 100 and, additionally or alternatively, the internal pressure of the galvanic cell 100 through the shell of the galvanic cell 100.
  • the internal pressure of the galvanic element 100 influences a shape of the shell.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a battery
  • Cell 100 eg, lithium having an integrated surface acoustic wave (SAW) sensor 102 for measuring pressure additionally or alternatively a temperature of the cell 100.
  • the sensor 102 is located on the battery cell 100 and outputs the sensed temperature, such as also the pressure wirelessly to the control unit on.
  • the pressure is detected via a perception of the expansion and / or the deformation of the outer wall of the battery cell 100.
  • SAW surface acoustic wave
  • FIG. 3 shows a representation of a galvanic element 100 with a surface acoustic wave sensor 102 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is disposed inside the galvanic element 100.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is implemented as a radio sensor.
  • the representation essentially corresponds to the illustration shown in FIG. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the sensor 102 shown in FIG. 3 does not have its own dipoles as antenna.
  • the intermediate finger transducer 1 10 is electrically conductively connected to the electrical terminals 104, 106 of the galvanic element 100.
  • the electrical connections 104, 106 are used by the sensor 102 as an antenna.
  • the sheath can be made impermeable to electromagnetic waves.
  • the surface acoustic wave sensor 102 in the form of a SAW sensor can be connected to the power terminals 104, 106, which at the same time serve as an antenna outside the battery cell 100, despite metallic encapsulation to the outside Spark the control unit.
  • the galvanic element 100 has a surface acoustic wave sensor 102 which is based on the
  • the surface acoustic wave sensor 102 is electrically conductively connected to the positive pole 104 and the negative pole 106 of the galvanic element.
  • the negative pole 106 is connected via an electrical line to the
  • Control unit 400 connected.
  • the controller 400 is configured to provide a request signal to the surface acoustic wave sensor 102 via at least one of the electrical connections 104, 106 of the galvanic element and to receive a signal from the surface acoustic wave sensor 102.
  • the control unit 400 may be connected to the positive pole 104 indirectly via a ring closure via further galvanic elements. In the embodiment shown in Fig. 4 is a direct connection of the
  • SAW sensor 102 which in turn may be located on or in the battery cell 100, is shown to the controller 400.
  • 4 shows, like the following FIG. 5, a SAW sensor 102 with a direct connection to the control unit 400.
  • the SAW sensor 102 is located on the battery cell 100.
  • FIG. 5 shows the SAW sensor 102. Sensor 102 within the battery cell 100. It can be connected via lines to the controller 400, or in each case only one of the terminals 104, 106. In each case, signals between the SAW sensor 102 and the control unit 400, depending on the embodiment over one or both of the ports 104, 106 are guided.
  • 5 shows an illustration of a battery system with a galvanic cell 100 and a control unit 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the galvanic cell 100 includes a surface acoustic wave sensor 102 disposed inside the galvanic cell 100.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is conductively connected to the electrical connections 104, 106 of the galvanic element 100 and connected via the positive pole 104 and additionally or alternatively the negative pole 106 to the control device 400 via an electrical line.
  • the sensor 102 By connecting the sensor 102 to the electrical connections 104, 106 of the galvanic element 100, the internal temperature and / or the internal pressure of the galvanic element 100 can be detected directly.
  • the galvanic cell 100 includes a surface acoustic wave sensor 102 disposed inside the galvanic cell 100.
  • the surface acoustic wave sensor 102 is connected via capacitive couplings to the electrical terminals 104, 106 of the galvanic element. Notwithstanding the embodiment shown in FIG. 5 is between the positive pole 104 and the intermediate finger transducer 1 10 and between the negative pole 106 and the intermediate finger transducer 1 10 each a capacity 600 is arranged.
  • the capacitances 600 prevent current flow from the negative pole 106 to the positive pole 104 through the sensor 102. Pulses, such as those of the request signal to the sensor 102 and an output signal of the sensor 102, may pass through the capacitances 600.
  • the sensor 102 may be directly connected to the controller 400.
  • the senor 102 may be wirelessly connected to the controller 400 because the electrical connections 104, 106 may act as antennas.
  • a SAW sensor 102 with a capacity connection via a subsequent power line communication is shown. Also a wireless version is possible.
  • the SAW sensor 102 may be arranged in or on the battery cell 100 as in the previously described embodiments.
  • Figures 1 to 6 show battery cells 100 with integrated SAW sensor 102 for pressure and temperature measurement of the battery cell 100 via the integrated SAW sensor 102.
  • a SAW sensor 102 can be applied. Furthermore, a significant performance increase of the battery can be achieved via the single battery cell monitoring.
  • coding can be carried out via an identifier in the propagation time of the reflected signals of the SAW sensors 102.
  • a SAW sensor 102 is placed in or on each cell 100 for temperature and / or pressure measurement.
  • a battery cell 100 is not completely encapsulated metallically, the measured value transmission z. B. done wirelessly through the cell wall.
  • a SAW sensor 102 may be connected to the power line, that is, supply line to the terminals 104, 106 with an antenna outside the battery cell 100.
  • an output signal of the sensor 102 may be wirelessly transmitted to the controller 400 again, although a metallic encapsulation is present.
  • Another possibility may be a direct connection of the SAW sensor 102 by the power lines 104, 106.
  • the measurement of the internal pressure in the battery cell 100 is simple.
  • the sensor 102 can be placed with measurement leads within a cell 102 and sealed.
  • the proposed SAW pressure sensor 102 is insensitive to the aggressive conditions, eg. As high-frequency radiation, in the (electro) chemical battery cell 100.
  • the SAW sensor 102 is inexpensive and technically easy to implement.
  • the pressure sensor 102 occupies a small space in the cell 100, whereby an energy density of the cell 100 only slightly decreases.
  • Another measurement option utilizes the effect that an increasing internal pressure leads to a swelling of the cell 100. That is, the internal pressure of the cells 100 becomes not measured directly, but can be measured indirectly via the deformation or geometry change of the cells 100 or the cell housing.
  • the SAW sensor 102 can be placed on the surface of the battery cell 100 for this purpose and can detect pressure and temperature from the outside.
  • each individual battery cell 100 can be individually monitored, but due to possible malfunction of the monitoring sensor 102, a redundancy of the measurement signals may also be useful.
  • the concepts presented can be combined to obtain a plausibility check. That is, it may be convenient not only to place a SAW sensor 102 in the battery cell 100, but to mount another SAW sensor 102 on the outer wall thereof.
  • the possibly increasing internal resistance can also be used as information for energy management.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

The invention relates to a galvanic element (100) comprising a first electrical connection (104) and a second electrical connection (106), wherein said galvanic element (100) has a surface acoustic wave sensor (102) for detecting at least one parameter of the galvanic element (100).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Galvanisches Element und Batteriekontrollsvstem Stand der Technik  Galvanic element and Batteriekontrollsvstem prior art
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein galvanisches Element, auf eine Verwendung eines akustischen Oberflächenwellensensors und auf ein Batteriesystem. The present invention relates to a galvanic element, to a use of a surface acoustic wave sensor and to a battery system.
Bei einer herkömmlichen Batterie werden Temperatur und Spannung der Batterie bereichsweise erfasst, um einen Betriebspunkt der Batterie zu überwachen. Befindet sich die Temperatur außerhalb eines Toleranzbereichs, kann eine Schädigung der Batterie eintreten. In a conventional battery, temperature and voltage of the battery are detected area by area to monitor an operating point of the battery. If the temperature is outside a tolerance range, damage to the battery can occur.
Die DE 10 2009 005 228 A1 beschreibt eine Schutzeinrichtung für galvanische Zellen, die über Polanschlüsse zu einer Batterie zusammengeschaltet sind. Die Schutzeinrichtung kann einzelnen Zellen der Batterie zugeordnet werden. Bei Aktivierung der Schutzeinrichtung nimmt die Schutzeinrichtung eine der Schutzeinrichtung zugeordnete galvanische Zelle aus dem Batterieverbund heraus. DE 10 2009 005 228 A1 describes a protective device for galvanic cells, which are interconnected via pole connections to a battery. The protective device can be assigned to individual cells of the battery. When the protective device is activated, the protective device removes a galvanic cell assigned to the protective device from the battery assembly.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein galvanisches Element, eine Verwendung eines akustischen Oberflächenwellensensors und ein Batteriekontrollsystem gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, a galvanic element, a use of a surface acoustic wave sensor and a battery control system according to the main claims are presented with the present invention. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Mit der immer größer werdenden Nachfrage nach alternativen Antriebskonzepten für Fahrzeuge rückt der Elektroantrieb mehr und mehr in den Mittelpunkt der Be- trachtung. In der Automobilindustrie zum Einsatz kommende With the ever increasing demand for alternative drive concepts for vehicles, the electric drive is becoming more and more the focus of attention. trachtung. Used in the automotive industry
Akkumulatorenpakete bestehen meist aus mehreren Modulen, welche wiederum aus mehreren Zellen, z. B. Lithium-Ionen Zellen, zusammengebaut werden. Durch ein effektives Batteriemanagementsystem wird die Funktion der einzelnenAccumulator packages usually consist of several modules, which in turn consist of several cells, eg. As lithium-ion cells can be assembled. An effective battery management system becomes the function of the individual
Zellen der Batterie überwacht und deren Ladevorgang gesteuert. Ferner können defekte Zellen abgeschaltet und/oder überbrückt und Zustandsmeldungen über den Ladezustand ausgeben werden. Ein irreversibler Kapazitätsverlust (Alterung) einer Batteriezelle ist von mehrerenMonitor cells of the battery and controlled their charging. Furthermore, defective cells can be switched off and / or bypassed and status messages about the state of charge can be output. An irreversible capacity loss (aging) of a battery cell is of several
Faktoren abhängig. Die Arbeitstemperatur der Zelle ist z. B. einer dieser Faktoren, der die Alterung vorantreibt. Hohe Temperaturen treiben den irreversiblen Kapazitätsverlust voran, indem sie die Reaktion der Elektrode mit dem Elektrolyt beschleunigt. In Kennfeldern können z. B. die Ströme in Abhängigkeit der Tem- peratur und des Ladezustandes der Batterie abgelegt werden. Auch eine Überladung der Zellen führt zu einer Überhitzung. Wenn dies unbeachtet bleibt, kann es sogar zu einer Entzündung kommen. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um Überladungen und Tiefentladungen zu vermeiden. Hierfür können Sensoren eingesetzt werden, die die Arbeitstemperatur der Batterie-Zellen erfas- sen. Die Überwachung des Innendrucks der Zelle ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. Ein schleichend nachlassender Druck kann auf eine betriebsbedingte elektrochemische Alterung oder eine beginnende Undichtigkeit der Verpackung hinweisen. Altert eine Zelle in einer Serienschaltung, so wird diese nicht nur in ihrer Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Durch die Alterung kann zunächst ein Innenwiderstand der einzelnen Zelle ansteigen. Im ungünstigen Fall kann dann ein großer Teil der Gesamtspannung des Speichers über diese einzelne Zelle abfallen. Dabei kann die gealterte Batteriezelle soweit überlastet werden, dass zellinterne Sicherungsmaßnahmen nicht mehr ausreichend greifen können. Ein spontaner Druckanstieg kann auf eine starke kurzfristige Überlastung derFactors dependent. The working temperature of the cell is z. One of these factors that drives aging. High temperatures drive irreversible capacity loss by accelerating the reaction of the electrode with the electrolyte. In maps can z. B. the currents depending on the temperature and the state of charge of the battery are stored. Overcharging the cells also leads to overheating. If this goes unnoticed, it can even lead to inflammation. Therefore, great efforts are made to avoid overcharging and over-discharging. For this purpose, sensors can be used which detect the operating temperature of the battery cells. Monitoring the internal pressure of the cell is also crucial. Creeping pressure can indicate operational electrochemical aging or incipient leaking of the package. If a cell ages in a series connection, this will not only affect its performance. Aging can initially increase an internal resistance of the individual cell. In the worst case, then a large part of the total voltage of the memory can fall over this single cell. In this case, the aged battery cell can be overloaded so far that cell-internal security measures can no longer sufficiently grab. A spontaneous pressure increase can be due to a strong short term overload of the
Zelle hindeuten. Neben der Temperaturüberwachung kann die Drucküberwachung bereits einen vorzeitigen Hinweis geben, den Energiespeicher abzuschalten, da die sich die Ausgasung in der Regel deutlich schneller entwickelt als die Temperatur. Daher ist die Überwachung dieser Faktoren mit geeigneten Druck- sensoren und zusätzlich oder alternativ mit geeigneten Temperatursensoren es- senziell. Derzeit werden beim Bau von Akkupacks für Hybrid- und Elektrofahrzeuge bis zu 200 einzelne Zellen zusammengeschaltet und gemeinsam verpackt. Dabei wird normalerweise von jeder Zelle die Spannung gemessen. Indicate cell. In addition to the temperature monitoring, the pressure monitoring can already give a premature indication to turn off the energy storage, since the outgassing usually develops much faster than the temperature. Therefore, the monitoring of these factors with suitable pressure sensors and additionally or alternatively with suitable temperature sensors is essential. Currently, when building battery packs for hybrid and electric vehicles, up to 200 individual cells are interconnected and packaged together. Usually the voltage is measured by each cell.
Vorteilhafterweise können SAW-Sensoren, wobei SAW eine surface acoustic wave oder akustische Oberflächenwelle bezeichnet, zur Druck- und Temperaturerfassung einer Batterie- bzw. Einzel-Zellen-Überwachung genutzt werden, um Schädigungen bzw. Frühausfälle zu vermeiden. Die Sensoren sind in die bestehenden Batteriekonstruktionen integrierbar. Je nach Verschaltung kann hierbei eine drahtlose oder drahtgebundene Messwertübertragung, z. B. über Power line Communication erfolgen, ohne dass eine individuelle Verkabelung notwendig ist. Dies spart zum einen Kosten ein, bzw. ermöglicht eine Einzel-Zellen-Temperatur- und Druckmessung, die bis jetzt aus Kostengründen nicht durchgeführt wird. Somit kann die Temperatur bei allen Zellen oder Modulen eines Akkupacks er- fasst werden, ohne das dies zu einer übermäßigen Verkabelung führt. Advantageously, SAW sensors, where SAW denotes a surface acoustic wave or surface acoustic wave, can be used for pressure and temperature detection of a battery or single-cell monitoring in order to avoid damage or early failures. The sensors can be integrated into existing battery designs. Depending on the interconnection, a wireless or wired measured value transmission, for. B. via power line communication without an individual wiring is necessary. This saves on the one hand a cost, or allows a single-cell temperature and pressure measurement, which is not yet performed for cost reasons. Thus, the temperature can be detected in all cells or modules of a battery pack, without this leading to excessive wiring.
Ein galvanisches Element mit einem ersten elektrischen Anschluss und einem zweiten elektrischen Anschluss weist das folgende Merkmal auf: einen akustischen Oberflächenwellensensor zum Erfassen zumindest eines Parameters des galvanischen Elements. A galvanic element having a first electrical connection and a second electrical connection has the following feature: a surface acoustic wave sensor for detecting at least one parameter of the galvanic element.
Unter einem galvanischen Element kann ein elektro-chemisches Element, beispielsweise eine Batteriezelle, verstanden werden. Im Inneren des galvanischen Elements können elektrochemische Reaktionen zwischen zwei Reaktionspartnern ablaufen, durch die eine elektrische Zellenspannung zwischen den zwei elektrischen Anschlüssen des galvanischen Elements bereitgestellt wird. Die Reaktionspartner sowie in dem galvanischen Element angeordnete Teile der elektrischen Anschlüsse können von einer Hülle umschlossen sein. Die zwei elektrischen Anschlüsse können die Hülle durchdringen. Das galvanische Element kann über die elektrischen Anschlüsse zu einem Verbund mehrerer galvanischer Elemente verbunden werden, um eine Batterie zu bilden. Unter einem akustischen Oberflächenwellensensor kann eine Einrichtung zum Erfassen von Körperwellen verstanden werden. Der akustische Oberflächenwellensensor kann so angeordnet sein, dass der akustische Oberflächenwellensensor in direkten Kontakt mit zumindest einem der Reaktionspartner ist. Alternativ kann der akustische Oberflächenwellensensor geschützt gegenüber den Reaktionspartnern angeordnet sein. Der akustische Oberflächenwellensensor kann ein Substrat umfassen, auf dem elektrische Leitungen, beispielsweise planare Leitungen zum Bilden einer SAW-Struktur angeordnet sind. Mittels der SAW-Struktur kann ein von dem akustischen Oberflächenwellensensor empfangener Aktivierungsimpuls in Körperschallwellen umgewandelt werden, die sich in dem Substrat ausbreiten. Das Substrat kann eine Reflektorstruktur für die Körperschallwellen aufweisen. Die Reflektorstruktur kann beabstandet von der SAW-Struktur auf dem Substrat angeordnet sein oder durch einen Abschnitt des Substrats gebildet sein. An derA galvanic element can be understood to mean an electrochemical element, for example a battery cell. In the interior of the galvanic element, electrochemical reactions can take place between two reaction partners, by means of which an electrical cell voltage is provided between the two electrical connections of the galvanic element. The reactants and arranged in the galvanic element parts of the electrical connections may be enclosed by a shell. The two electrical connections can penetrate the shell. The galvanic element can be connected via the electrical connections to a composite of a plurality of galvanic elements to form a battery. A surface acoustic wave sensor can be understood as a device for detecting body waves. The surface acoustic wave sensor may be arranged so that the surface acoustic wave sensor in direct Contact with at least one of the reactants. Alternatively, the surface acoustic wave sensor may be disposed protected from the reactants. The surface acoustic wave sensor may include a substrate on which electric wires, for example, planar lines for forming a SAW structure are arranged. By means of the SAW structure, an activation pulse received by the surface acoustic wave sensor can be converted into structure-borne sound waves which propagate in the substrate. The substrate may have a reflector structure for the structure-borne sound waves. The reflector structure may be spaced from the SAW structure on the substrate or formed by a portion of the substrate. At the
Reflektorstruktur werden die Körperschallwellen reflektiert und können sich als reflektierte Körperschallwellen in dem Substrat zurück zu der SAW-Struktur ausbreiten. Eine Charakteristik der reflektierten Körperschallwellen kann von dem zumindest einen Parameter des galvanischen Elements abhängig sein. Durch die SAW-Struktur können die reflektierten Körperschallwellen in ein elektrisches Signal gewandelt werden, das von dem akustischen Oberflächenwellensensor als Messsignal ausgesendet werden kann. Eine Charakteristik des ausgesendeten elektrischen Signals kann somit von dem zumindest einen Parameter des galvanischen Elements abhängig sein. Das elektrische Signal kann somit als ein durch den zumindest einen Parameter des galvanischen Elements beeinflusstes Echo des Aktivierungsimpulses aufgefasst werden. Der Parameter kann beispielsweise ein Innendruck und/oder eine Innentemperatur des galvanischen Elements sein. Der Parameter kann zumindest eine physikalische Eigenschaft des Substrats des akustischen Oberflächenwellensensors beeinflussen und damit eine Laufzeit ei- ner Oberflächenwelle auf dem Substrat verändern. Durch die Laufzeit kann erReflector structure, the structure-borne sound waves are reflected and can propagate as reflected structure-borne sound waves in the substrate back to the SAW structure. A characteristic of the reflected structure-borne sound waves may be dependent on the at least one parameter of the galvanic element. Through the SAW structure, the reflected structure-borne sound waves can be converted into an electrical signal that can be emitted by the surface acoustic wave sensor as a measurement signal. A characteristic of the emitted electrical signal can thus be dependent on the at least one parameter of the galvanic element. The electrical signal can thus be understood as an echo of the activation pulse influenced by the at least one parameter of the galvanic element. The parameter may be, for example, an internal pressure and / or an internal temperature of the galvanic element. The parameter can influence at least one physical property of the substrate of the surface acoustic wave sensor and thus change a transit time of a surface wave on the substrate. Through the term he can
Parameter, beispielsweise der Innendruck und/oder die Innentemperatur repräsentiert werden. Parameter, for example, the internal pressure and / or the internal temperature can be represented.
Der akustische Oberflächenwellensensor kann zum Übermitteln von den zumin- dest einen Parameter repräsentierenden Daten mit zumindest einem der elektrischen Anschlüsse verbunden sein. Der Sensor kann dazu ausgebildet sein, die erfassten Daten über zumindest einen der elektrischen Anschlüsse, beispielsweise an ein außerhalb des galvanischen Elements angeordnetes Steuergerät zu übermitteln. Der Sensor kann dazu ausgebildet sein, elektrische Impulse zur Kommunikation von dem zumindest einen der elektrischen Anschlüsse zu empfangen und weitere elektrische Impulse über den zumindest einen der elektri- sehen Anschlüsse auszusenden. Auf diese Weise kann der Sensor über die elektrischen Anschlüsse des galvanischen Elements kontaktiert sein und die elektrischen Anschlüsse zur Kommunikation verwenden. The surface acoustic wave sensor may be connected to at least one of the electrical connections for transmitting data representing at least one parameter. The sensor can be designed to transmit the acquired data via at least one of the electrical connections, for example to a control device arranged outside the galvanic element. The sensor may be configured to receive electrical impulses for communication from the at least one of the electrical connections and to transmit further electrical impulses via the at least one of the electrical connections. see send out connections. In this way, the sensor can be contacted via the electrical connections of the galvanic element and use the electrical connections for communication.
Der akustische Oberflächenwellensensor kann mittels einer kapazitiven Kopplung mit zumindest einem der elektrischen Anschlüsse verbunden sein. Die kapazitive Kopplung kann durch eine zwischen einem elektrischen Anschluss und dem Sensor angeordnete Kapazität gebildet sein. Durch die kapazitive Kopplung kann ein Stromfluss zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Sensor unterbunden werden, jedoch können Impulse zur Kommunikation die kapazitive Kopplung passieren. The surface acoustic wave sensor may be connected by means of a capacitive coupling with at least one of the electrical connections. The capacitive coupling can be formed by a capacitor arranged between an electrical connection and the sensor. Due to the capacitive coupling, a current flow between the electrical contact and the sensor can be prevented, however, pulses for communication can pass through the capacitive coupling.
Der akustische Oberflächenwellensensor kann eine Antenne aufweisen. Die Antenne kann unmittelbar an dem Sensor angeordnet sein. Die Antenne kann mit der SAW-Struktur des akustischen Oberflächenwellensensors elektrisch leitfähig verbunden sein. Über die Antenne kann beispielsweise ein Aktivierungsimpuls von dem akustischen Oberflächenwellensensor empfangen werden und nach Passieren des akustischen Oberflächenwellensensors wieder ausgesendet werden. Die Antenne kann vollständig oder teilweise innerhalb des galvanischen Elements angeordnet sein. Alternativ kann die Antenne auf einer Oberfläche des galvanischen Elements angeordnet sein. The surface acoustic wave sensor may include an antenna. The antenna can be arranged directly on the sensor. The antenna may be electrically conductively connected to the SAW structure of the surface acoustic wave sensor. By way of example, an activation pulse can be received by the surface acoustic wave sensor via the antenna and can be transmitted again after passing through the surface acoustic wave sensor. The antenna can be arranged completely or partially within the galvanic element. Alternatively, the antenna may be disposed on a surface of the galvanic element.
Gemäß einer Ausführungsform kann zumindest einer der elektrischen Anschlüsse als Antenne zum drahtlosen Übermitteln der den zumindest einen Parameter repräsentierenden Daten ausgebildet sein. Über die Antenne können erfasste Daten drahtlos, beispielsweise an ein Steuergerät übermittelt werden. Durch eine drahtlose Übermittlung kann ein Verkabelungsaufwand reduziert werden. According to one embodiment, at least one of the electrical connections may be formed as an antenna for wireless transmission of the data representing the at least one parameter. Acquired data can be transmitted wirelessly, for example to a control unit, via the antenna. Wireless transmission can reduce cabling overhead.
Gemäß einer Ausführungsform kann der akustische Oberflächenwellensensor in einem Inneren des galvanischen Elements angeordnet sein. Dabei kann beispielsweise das Substrat des akustischen Oberflächenwellensensors in direktem Kontakt mit in dem galvanischen Element angeordneten Reaktionspartner sein. Eine Kommunikation mit dem akustischen Oberflächenwellensensor kann drahtlos oder über eine Leitung, beispielsweise einen elektrischen Anschluss der galvanischen Zelle, durch eine Hülle des galvanischen Elements hindurch erfolgen. Alternativ kann der akustische Oberflächenwellensensor an einer Hülle des galvanischen Elements angeordnet sein. Beispielsweise kann der akustische Oberflächenwellensensor dazu ausgebildet sein, einen Innendruck des galvanischen Elements über eine Verformung der Hülle zu erfassen. Der Sensor kann auf ei- ner äußeren Oberfläche der Hülle des galvanischen Elements angeordnet sein.According to an embodiment, the surface acoustic wave sensor may be disposed in an interior of the galvanic element. In this case, for example, the substrate of the surface acoustic wave sensor may be in direct contact with reactants arranged in the galvanic element. Communication with the surface acoustic wave sensor can be wireless or via a line, for example an electrical connection of the galvanic cell, through a sheath of the galvanic element. Alternatively, the surface acoustic wave sensor may be disposed on a shell of the galvanic element. For example, the surface acoustic wave sensor may be configured to detect an internal pressure of the galvanic element via a deformation of the envelope. The sensor can be arranged on an outer surface of the shell of the galvanic element.
Durch eine Anordnung außerhalb der Hülle des galvanischen Elements kann das galvanische Element mit einer höheren Leistungsdichte gefertigt werden, da der Sensor keinen Platz innerhalb der Hülle belegt. Der akustische Oberflächenwellensensor kann ausgebildet sein, um einen Aktivierungsimpuls zu empfangen und den Aktivierungsimpuls zum Erfassen des zumindest einen Parameters zu verwenden. Beispielsweise kann der Aktivierungsimpuls drahtlos oder über eine Leitung, beispielsweise von einem Steuergerät empfangen werden. Über den Aktivierungsimpuls kann dem Sensor eine für das Erfassen des zumindest einen Parameters und das Übermitteln der den zumindest einen Parameter repräsentierenden Daten notwendige Energie zugeführt werden. Der Sensor kann dazu ausgebildet sein, um ansprechend auf den Aktivierungsimpuls eine die Innentemperatur und/oder den Innendruck repräsentierende Information auszusenden. By placing it outside the shell of the galvanic element, the galvanic element can be made with a higher power density because the sensor occupies no space within the shell. The surface acoustic wave sensor may be configured to receive an activation pulse and to use the activation pulse to detect the at least one parameter. For example, the activation pulse can be received wirelessly or via a line, for example from a control unit. Via the activation pulse, the sensor can be supplied with energy necessary for detecting the at least one parameter and transmitting the data representing the at least one parameter. The sensor may be designed to emit an information representing the internal temperature and / or the internal pressure in response to the activation pulse.
Das galvanische Element kann einen weiteren akustischen Oberflächenwellensensor zum Erfassen zumindest eines Parameters des galvanischen Elements aufweisen. Mit einem weiteren akustischen Oberflächenwellensensor kann der andere akustische Oberflächenwellensensor Sensor abgesichert werden. Die beiden Sensoren können an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Beispielsweise kann einer der Sensoren im Inneren des galvanischen Elements und der anderer der Sensoren an einer äußeren Oberfläche des galvanischen Elements angeordnet sein. Die Sensoren können ausgebildet sein, um denselben oder dieselben oder unterschiedliche Parameter zu erfassen. Beispielsweise kann mit einem der Sensoren die Temperatur und mit dem anderen Sensor derThe galvanic element may comprise a further surface acoustic wave sensor for detecting at least one parameter of the galvanic element. With another surface acoustic wave sensor, the other surface acoustic wave sensor sensor can be secured. The two sensors can be arranged at different positions. For example, one of the sensors may be disposed inside the galvanic element and the other of the sensors may be disposed on an outer surface of the galvanic element. The sensors may be configured to detect the same or the same or different parameters. For example, with one of the sensors the temperature and with the other sensor of the
Druck erfasst werden. Die Sensoren können auch unterschiedliche Messbereiche aufweisen. Durch die Verwendung von zwei oder auch mehreren akustischen Oberflächenwellensensoren für ein galvanisches Element kann das galvanische Element mit einer höheren Sicherheit überwacht werden. Somit kann ein akustischer Oberflächenwellensensor vorteilhaft zum Erfassen zumindest eines Parameters einer Batteriezelle eingesetzt werden. Dabei kann der akustische Oberflächenwellensensor in einem Inneren oder auf einer Außenseite der Batteriezelle angeordnet sein. Bei der Batteriezelle kann es sich um ein galvanisches Element handeln. Auch kann unter einer Batteriezelle eine Anordnung aus einem oder mehreren galvanischen Elementen verstanden werden, die von einem Gehäuse umschlossen sind. Pressure to be detected. The sensors can also have different measuring ranges. By using two or more acoustic surface wave sensors for a galvanic element, the galvanic element can be monitored with a higher level of safety. Thus, an acoustic surface wave sensor can advantageously be used for detecting at least one parameter of a battery cell. In this case, the surface acoustic wave sensor can be arranged in an interior or on an outer side of the battery cell. The battery cell may be a galvanic element. Also, a battery cell can be understood to mean an arrangement of one or more galvanic elements, which are enclosed by a housing.
Ein Batteriesystem weist die folgenden Merkmale auf: eine Batterie mit zumindest einer Batteriezelle mit einem galvanischen Element gemäß dem hier vorgestellten Ansatz; und ein Steuergerät, das ausgebildet ist, einen Aktivierungsimpuls für den zumindest einen akustischen Oberflächenwellensensor auszusenden und ein Signal von dem zumindest einen akustischen Oberflächenwellensensor zu empfangen. A battery system has the following features: a battery having at least one battery cell with a galvanic element according to the approach presented here; and a controller configured to emit an activation pulse for the at least one surface acoustic wave sensor and to receive a signal from the at least one surface acoustic wave sensor.
Die Batterie kann ein Gehäuse aufweisen, in dem mehrere galvanische Elemente angeordnet sein können. Das Gehäuse kann eine Einrichtung zum Temperieren der galvanischen Elemente aufweisen kann. Die Batterie kann einen ersten Pol und einen zweiten Pol aufweisen. The battery may have a housing in which a plurality of galvanic elements may be arranged. The housing may have a device for tempering the galvanic elements. The battery may have a first pole and a second pole.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine Darstellung eines galvanischen Elements mit einem Sensor innerhalb des galvanischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine Darstellung eines galvanischen Elements mit einem auf dem galvanischen Element angeordneten Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 shows a representation of a galvanic element with a sensor within the galvanic element according to an embodiment of the present invention; 2 shows an illustration of a galvanic element with a sensor arranged on the galvanic element according to an exemplary embodiment of the present invention;
Fig. 3 eine Darstellung eines galvanischen Elements mit einem Sensor inner- halb des galvanischen Elements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Fig. 4 eine Darstellung eines Batteriesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 3 shows an illustration of a galvanic element with a sensor inside the galvanic element according to a further exemplary embodiment of the present invention; 4 is an illustration of a battery system according to an embodiment of the present invention;
Fig. 5 eine Darstellung eines weiteren Batteriesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 5 is an illustration of another battery system according to an embodiment of the present invention; and
Fig. 6 eine Darstellung eines Batteriesystems mit einen galvanischen Element mit einem Sensor mit kapazitiver Kopplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 shows an illustration of a battery system with a galvanic element with a sensor with capacitive coupling according to an embodiment of the present invention.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of preferred embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Batteriezelle oder eines galvanischen Elements 100 mit einem akustischen Oberflächenwellensensor 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist innerhalb des galvanischen Elements 100 angeordnet und als ein Funksensor ausgeführt. Auf einer Stirnseite des galvanischen Elements 100 sind ein Pluspol 104 und ein Minuspol 106 als elektrische Anschlüsse angeordnet. Der Pluspol 104 und der Minuspol 106 sind als elektrische Leiter dargestellt, die dazu ausgebildet sind, mittels je einer Durchführung durch eine Hülle des galvanischen Elements 100, elektrische Energie in das galvanische Element 100 einzuleiten oder elektrische Energie aus dem galvanischen Element 100 auszuleiten. Innerhalb der Hülle des galvanischen Elements 100 sind Stoffe angeordnet, die als Reaktionspartner für eine elektrochemische Reaktion des galvanischen Elements fungieren. Der akustischen Oberflächenwellensensor 102 ist innerhalb der Hülle, eingebettet in die als Reaktionspartner fungieren Stoffe angeordnet. 1 shows an illustration of a battery cell or a galvanic cell 100 having a surface acoustic wave sensor 102 according to an embodiment of the present invention. The surface acoustic wave sensor 102 is disposed inside the galvanic cell 100 and implemented as a radio sensor. On one end side of the galvanic element 100, a positive pole 104 and a negative pole 106 are arranged as electrical connections. The positive pole 104 and the negative pole 106 are represented as electrical conductors which are designed to introduce electrical energy into the galvanic element 100 or to discharge electrical energy from the galvanic element 100 by means of a passage through a shell of the galvanic element 100. Within the shell of the galvanic element 100, substances are arranged which function as reactants for an electrochemical reaction of the galvanic element. The surface acoustic wave sensor 102 is disposed within the envelope embedded in the substances acting as reactants.
Der Sensor 102 ist somit innerhalb des galvanischen Elements 100 angeordnet. Der Sensor 102 weist zwei Dipole als Antenne 108 auf. Die Antenne 108 ist mit zwei Anschlüssen eines Zwischenfingerwandlers 1 10 (Interdigitaltransducers, IDT) verbunden. Der Zwischenfingerwandler 1 10 ist dazu ausgebildet, bei Emp- fang eines Anforderungssignals oder Aktivierungsimpulses über die Antenne 108 ein Substrat des Sensors 102, das gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem piezoelektrischen Einkristall 1 12 besteht, zu Oberflächenschwingungen anzuregen. Die Oberflächenschwingungen breiten sich als Oberflächenwellen auf dem piezoelektrischen Einkristall 1 12 aus. In zwei unterschiedlichen AbständenThe sensor 102 is thus arranged inside the galvanic element 100. The sensor 102 has two dipoles as antenna 108. The antenna 108 is connected to two terminals of an intermediate finger transducer 110 (Interdigital Transducer, IDT). The intermediate finger transducer 1 10 is designed to be used Beginning of a request signal or activation pulse via the antenna 108, a substrate of the sensor 102, which consists of a piezoelectric single crystal 1 12 according to this embodiment, to excite surface vibrations. The surface vibrations propagate as surface waves on the piezoelectric single crystal 1 12. In two different distances
U und L2 zu dem Zwischenfingerwandler 1 10 sind auf der Oberfläche Reflektoren 1 14 angeordnet. An den Reflektoren 1 14 wird die Oberflächenwelle zu dem Zwischenfingerwandler 1 10 zu reflektieren. Abhängig von Umgebungsbedingungen, wie Druck und/oder Temperatur verändert sich eine Ausbreitungsgeschwin- digkeit der Oberflächenwellen. Der Zwischenfingerwandler 1 10 ist dazu ausgebildet, die an den Reflektoren 1 14 reflektierten Oberflächenwellen in ein Signal zu wandeln. Das Signal wird über die Antenne 108 als elektromagnetische Welle ausgesandt. Eine Verzögerungszeit zwischen dem Empfang des Anforderungssignals und dem Aussenden des Signals repräsentiert Informationen über die Umgebungsbedingungen, also beispielsweise Innendruck und/oder Innentemperatur am Sensor 102. U and L 2 to the intermediate finger transducer 1 10 reflectors 1 14 are arranged on the surface. At the reflectors 1 14, the surface wave will reflect to the intermediate finger transducer 110. Depending on environmental conditions, such as pressure and / or temperature, a propagation velocity of the surface waves changes. The intermediate finger transducer 110 is designed to convert the surface waves reflected at the reflectors 14 into a signal. The signal is emitted via the antenna 108 as an electromagnetic wave. A delay time between the receipt of the request signal and the transmission of the signal represents information about the environmental conditions, that is to say, for example, internal pressure and / or internal temperature at the sensor 102.
Die Hülle des galvanischen Elements 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel zumindest teilweise durchlässig für elektromagnetische Wellen. Das Anforderungs- signal kann in das Innere des galvanischen Elements 100 zu der Antenne 108 gelangen. Das Signal kann von der Antenne 108 aus den Inneren des galvanischen Elements 100 gelangen. The sheath of the galvanic element 100 is in this embodiment at least partially transmissive to electromagnetic waves. The request signal can reach the interior of the galvanic element 100 to the antenna 108. The signal can reach the interior of the galvanic element 100 from the antenna 108.
Mit anderen Worten zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Batterie- Zelle 100, z. B. einer Batteriezelle mit einem auf Lithium- basierenden Reaktionspartner, mit einem integrierten surface acoustic wave (SAW) Sensor 102 zur Messung von Druck und zusätzlich oder alternativ einer Temperatur der Zelle 100. Der Sensor 102 befindet sich innerhalb der Batteriezelle 100 und gibt drahtlos die erfasste Information an ein Steuergerät weiter. Das Übertragen von Tem- peratur und Druck repräsentierenden Signalen aus der Batteriezelle 100 hinaus ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, weil eine nicht vollständige metallische Verkapselung der Außenwand der Batteriezelle 100 vorhanden ist. In other words, Fig. 1 shows a schematic representation of a battery cell 100, z. B. a battery cell with a lithium-based reactants, with an integrated surface acoustic wave (SAW) sensor 102 for measuring pressure and additionally or alternatively a temperature of the cell 100. The sensor 102 is located within the battery cell 100 and wirelessly gives the collected information to a control unit on. The transmission of temperature and pressure representing signals from the battery cell 100 is possible according to this embodiment, because an incomplete metallic encapsulation of the outer wall of the battery cell 100 is present.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines galvanischen Elements 100 mit einem akusti- sehen Oberflächenwellensensor 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der akustische Oberflächenwellensensor 102 auf einer äußeren Oberfläche, beispielsweise einer Hülle des galvanischen Elements 100 angeordnet. Abgesehen von der Anordnung des akustischen Oberflächenwellensensors 102 entspricht das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist ausgebildet, um die Innentemperatur des galvanischen Elements 100 und zusätzlich oder alternativ den Innendruck des galvanischen Elements 100 durch die Hülle des galvanischen Elements 100 hindurch zu erfassen. Der Innendruck des galvanischen Elements 100 beein- flusst eine Form der Hülle. Ein Überdruck in dem galvanischen Element 100 dehnt die Hülle aus. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist dazu ausgebildet, die Ausdehnung der Hülle und damit indirekt den Innendruck zu erfassen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Hülle undurchlässig für elektromagnetische Wellen ausgeführt sein. Mit anderen Worten zeigt Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Batterie-FIG. 2 shows an illustration of a galvanic element 100 with an acoustical surface wave sensor 102 according to one exemplary embodiment of the present invention. According to this embodiment, the acoustic is Surface wave sensor 102 disposed on an outer surface, such as a shell of the galvanic element 100. Apart from the arrangement of the surface acoustic wave sensor 102, the embodiment shown in FIG. 2 corresponds to the embodiment shown in FIG. The surface acoustic wave sensor 102 is configured to detect the internal temperature of the galvanic cell 100 and, additionally or alternatively, the internal pressure of the galvanic cell 100 through the shell of the galvanic cell 100. The internal pressure of the galvanic element 100 influences a shape of the shell. An overpressure in the galvanic element 100 expands the sheath. The surface acoustic wave sensor 102 is configured to detect the expansion of the envelope and thus indirectly the internal pressure. In this embodiment, the shell may be impermeable to electromagnetic waves. In other words, FIG. 2 shows a schematic illustration of a battery
Zelle 100 (z. B. Lithium), mit einem integrierten surface acoustic wave (SAW) Sensor 102 zur Messung von Druck zusätzlich oder alternativ einer Temperatur der Zelle 100. Der Sensor 102 befindet sich auf der Batteriezelle 100 und gibt die erfasste Temperatur, wie auch den Druck drahtlos an das Steuergerät weiter. Der Druck wird über eine Wahrnehmung der Ausdehnung und/oder der Verformung der Außenwand der Batteriezelle 100 erfasst. Cell 100 (eg, lithium) having an integrated surface acoustic wave (SAW) sensor 102 for measuring pressure additionally or alternatively a temperature of the cell 100. The sensor 102 is located on the battery cell 100 and outputs the sensed temperature, such as also the pressure wirelessly to the control unit on. The pressure is detected via a perception of the expansion and / or the deformation of the outer wall of the battery cell 100.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines galvanischen Elements 100 mit einem akustischen Oberflächenwellensensor 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor- liegenden Erfindung. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist innerhalb des galvanischen Elements 100 angeordnet. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist als ein Funksensor ausgeführt. Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der in Fig. 1 gezeigten Darstellung. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der in Fig. 3 gezeigte Sensor 102 keine ei- genen Dipole als Antenne auf. Der Zwischenfingerwandler 1 10 ist mit den elektrischen Anschlüssen 104, 106 des galvanischen Elements 100 elektrisch leitfähig verbunden. Die elektrischen Anschlüsse 104, 106 werden von dem Sensor 102 als Antenne verwendet. Da sich die elektrischen Anschlüsse 104, 106 aus der Hülle des galvanischen Elements 100 heraus erstrecken, kann die Hülle un- durchlässig für elektromagnetische Wellen ausgeführt sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann der akustische Oberflächenwellensensor 102 in Form eines SAW -Sensors durch die Anbindung an die als Power-Iine fungierenden elektrischen Anschlüsse 104, 106, die gleichzeitig als Antenne außerhalb der Batterie-Zelle 100 dienen, trotz metallischer Verkapslung nach au- ßen zum Steuergerät funken. 3 shows a representation of a galvanic element 100 with a surface acoustic wave sensor 102 according to an exemplary embodiment of the present invention. The surface acoustic wave sensor 102 is disposed inside the galvanic element 100. The surface acoustic wave sensor 102 is implemented as a radio sensor. The representation essentially corresponds to the illustration shown in FIG. In contrast to the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the sensor 102 shown in FIG. 3 does not have its own dipoles as antenna. The intermediate finger transducer 1 10 is electrically conductively connected to the electrical terminals 104, 106 of the galvanic element 100. The electrical connections 104, 106 are used by the sensor 102 as an antenna. Since the electrical connections 104, 106 extend out of the sheath of the galvanic element 100, the sheath can be made impermeable to electromagnetic waves. According to this exemplary embodiment, the surface acoustic wave sensor 102 in the form of a SAW sensor can be connected to the power terminals 104, 106, which at the same time serve as an antenna outside the battery cell 100, despite metallic encapsulation to the outside Spark the control unit.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung eines Batteriesystems mit einem galvanischen Element 100 und einem Steuergerät 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das galvanische Element 100 einen akustischen Oberflächenwellensensor 102 auf, der auf der4 shows an illustration of a battery system with a galvanic cell 100 and a control unit 400 according to an embodiment of the present invention. According to this exemplary embodiment, the galvanic element 100 has a surface acoustic wave sensor 102 which is based on the
Außenseite der Hülle des galvanischen Elements 100 angeordnet ist. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist wie anhand von Fig. 3 beschrieben mit dem Pluspol 104 und dem Minuspol 106 des galvanischen Elements elektrisch leitfähig verbunden. Im Gegensatz zu dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Minuspol 106 über eine elektrische Leitung mit demOutside of the shell of the galvanic element 100 is arranged. As described with reference to FIG. 3, the surface acoustic wave sensor 102 is electrically conductively connected to the positive pole 104 and the negative pole 106 of the galvanic element. In contrast to the embodiment described with reference to FIG. 3, the negative pole 106 is connected via an electrical line to the
Steuergerät 400 verbunden. Control unit 400 connected.
Das Steuergerät 400 ist dazu ausgebildet, ein Anforderungssignal über zumindest einen der elektrischen Anschlüsse 104, 106 des galvanischen Elements an den akustischen Oberflächenwellensensor 102 bereitzustellen und ein Signal des akustischen Oberflächenwellensensors 102 zu empfangen. Das Steuergerät 400 kann mit indirekt über einen Ringschluss über weitere galvanische Elemente mit dem Pluspol 104 verbunden sein. In dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine direkte Anbindung desThe controller 400 is configured to provide a request signal to the surface acoustic wave sensor 102 via at least one of the electrical connections 104, 106 of the galvanic element and to receive a signal from the surface acoustic wave sensor 102. The control unit 400 may be connected to the positive pole 104 indirectly via a ring closure via further galvanic elements. In the embodiment shown in Fig. 4 is a direct connection of the
SAW -Sensors 102, welcher sich wiederum auf oder in der Batterie-Zelle 100 befinden kann, an das Steuergerät 400 gezeigt. Die Fig. 4 zeigt wie auch die nachfolgende Fig. 5 einen SAW-Sensor 102 mit direkter Anbindung an das Steuergerät 400. In Fig. 4 befindet sich der SAW-Sensor 102 auf der Batteriezelle 100. In Fig. 5 befindet sich der SAW-Sensor 102 innerhalb der Batteriezelle 100. Es können jeweils beide Anschlüsse 104, 106 über Leitungen mit dem Steuergerät 400 verbunden sein oder jeweils nur einer der Anschlüsse 104, 106. Somit können Signale zwischen dem SAW-Sensor 102 und dem Steuergerät 400 je nach Ausführungsform über einen oder beide der Anschlüsse 104, 106 geführt wer- den. Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Batteriesystems mit einem galvanischen Element 100 und einem Steuergerät 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das galvanische Element 100 einen akustischen Oberflächenwellensensor 102 auf, der innerhalb des galvanischen Elements 100 angeordnet ist. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist wie in Fig. 4 beschrieben, mit den elektrischen Anschlüssen 104, 106 des galvanischen Elements 100 leitfähig verbunden und über den Pluspol 104 und zusätzlich oder alternativ den Minuspol 106 mit dem Steuergerät 400 über eine elektrische Leitung verbunden. Durch den Anschluss des Sensors 102 an die elektrischen Anschlüsse 104, 106 des galvanischen Elements 100 kann die Innentemperatur und/oder der Innendruck des galvanischen Elements 100 unmittelbar erfasst werden. SAW sensor 102, which in turn may be located on or in the battery cell 100, is shown to the controller 400. 4 shows, like the following FIG. 5, a SAW sensor 102 with a direct connection to the control unit 400. In FIG. 4, the SAW sensor 102 is located on the battery cell 100. FIG. 5 shows the SAW sensor 102. Sensor 102 within the battery cell 100. It can be connected via lines to the controller 400, or in each case only one of the terminals 104, 106. In each case, signals between the SAW sensor 102 and the control unit 400, depending on the embodiment over one or both of the ports 104, 106 are guided. 5 shows an illustration of a battery system with a galvanic cell 100 and a control unit 400 according to an embodiment of the present invention. According to this embodiment, the galvanic cell 100 includes a surface acoustic wave sensor 102 disposed inside the galvanic cell 100. As described in FIG. 4, the surface acoustic wave sensor 102 is conductively connected to the electrical connections 104, 106 of the galvanic element 100 and connected via the positive pole 104 and additionally or alternatively the negative pole 106 to the control device 400 via an electrical line. By connecting the sensor 102 to the electrical connections 104, 106 of the galvanic element 100, the internal temperature and / or the internal pressure of the galvanic element 100 can be detected directly.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung eines Batteriesystems mit einem galvanischen Element 100 und einem Steuergerät 400gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das galvanische Element 100 einen akustischen Oberflächenwellensensor 102 auf, der innerhalb des galvanischen Elements 100 angeordnet ist. Der akustische Oberflächenwellensensor 102 ist über kapazitive Kopplungen mit den elektrischen Anschlüssen 104, 106 des galvanischen Elements verbunden. Abweichend von dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ist zwischen dem Pluspol 104 und dem Zwischenfingerwandler 1 10 sowie zwischen dem Minuspol 106 und dem Zwischenfingerwandler 1 10 je eine Kapazität 600 angeordnet. Die Kapazitäten 600 verhindern einen Stromfluss vom Minuspol 106 zum Pluspol 104 durch den Sensor 102. Impulse, wie die des Anforderungssignals an den Sensor 102 und eines Ausgangssignals des Sensors 102 können die Kapazitäten 600 passieren. So kann der Sensor 102 unmittelbar mit dem Steuergerät 400 verbunden sein. 6 shows an illustration of a battery system having a galvanic cell 100 and a controller 400 according to one embodiment of the present invention. According to this embodiment, the galvanic cell 100 includes a surface acoustic wave sensor 102 disposed inside the galvanic cell 100. The surface acoustic wave sensor 102 is connected via capacitive couplings to the electrical terminals 104, 106 of the galvanic element. Notwithstanding the embodiment shown in FIG. 5 is between the positive pole 104 and the intermediate finger transducer 1 10 and between the negative pole 106 and the intermediate finger transducer 1 10 each a capacity 600 is arranged. The capacitances 600 prevent current flow from the negative pole 106 to the positive pole 104 through the sensor 102. Pulses, such as those of the request signal to the sensor 102 and an output signal of the sensor 102, may pass through the capacitances 600. Thus, the sensor 102 may be directly connected to the controller 400.
Ebenfalls kann der Sensor 102 drahtlos mit dem Steuergerät 400 verbunden sein, da die elektrischen Anschlüsse 104, 106 als Antennen fungieren können. Also, the sensor 102 may be wirelessly connected to the controller 400 because the electrical connections 104, 106 may act as antennas.
In dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein SAW-Sensor 102 mit Ka- pazitätsanschluss über eine anschließende Power Line Communication gezeigt. Ebenfalls ist eine drahtlose Variante möglich. Hierbei kann der SAW-Sensor 102 wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen in oder auf der Batterie- Zelle 100 angeordnet sein. Mit anderen Worten zeigen die Figuren 1 bis 6 Batterie-Zellen 100 mit integrierter SAW-Sensorik 102 zur Druck- und Temperaturmessung der Batterie-Zelle 100 über die integrierte SAW-Sensorik 102. Speziell im Anwendungsbereich von Batterien, bei der eine Einzelverkabelung von Sensoren zu hohen Kosten führen würde und z. B. drahtlos gelöst werden könnte kann eine SAW-Sensorik 102 angewandt werden. Ferner kann über die Einzel-Batterie-Zellen-Überwachung eine deutliche Performanzsteigerung der Batterie erzielt werden. In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, a SAW sensor 102 with a capacity connection via a subsequent power line communication is shown. Also a wireless version is possible. Here, the SAW sensor 102 may be arranged in or on the battery cell 100 as in the previously described embodiments. In other words, Figures 1 to 6 show battery cells 100 with integrated SAW sensor 102 for pressure and temperature measurement of the battery cell 100 via the integrated SAW sensor 102. Especially in the application of batteries, in which a single wiring of sensors to would lead to high costs and z. B. could be solved wirelessly, a SAW sensor 102 can be applied. Furthermore, a significant performance increase of the battery can be achieved via the single battery cell monitoring.
Sind mehrere SAW-Sensoren 102 für die Überwachung einer oder mehrerer Batteriezellen 100 notwendig, so kann über eine Kennung in der Laufzeit der reflektierten Signale der SAW-Sensoren 102 eine Codierung vorgenommen werden. If several SAW sensors 102 are necessary for the monitoring of one or more battery cells 100, coding can be carried out via an identifier in the propagation time of the reflected signals of the SAW sensors 102.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird in oder auf jeder Zelle 100 ein SAW- Sensor 102 zur Temperatur- und/oder Druckmessung platziert. Mehrere Ausführungsbeispiele sind möglich. Ist eine Batterie-Zelle 100 nicht vollständig metallisch verkapselt, kann die Messwertübertragung z. B. drahtlos durch die Zellenwand erfolgen. Wenn eine Batteriezelle 100 metallisch verkapselt ist, kann ein SAW-Sensor 102 an die Power-Iine, also Versorgungsleitung mit den Anschlüssen 104, 106 mit einer Antenne außerhalb der Batteriezelle 100 angebunden werden. Somit kann ein Ausgangsignal des Sensors 102 wieder drahtlos zum Steuergerät 400 übertragen werden, obwohl eine metallische Verkapslung vorhanden ist. Eine weitere Möglichkeit (siehe Fig. 4 und Fig. 5) kann eine direkte Anbindung des SAW-Sensors 102 durch die Power-Iine 104, 106 sein. According to one embodiment, a SAW sensor 102 is placed in or on each cell 100 for temperature and / or pressure measurement. Several embodiments are possible. If a battery cell 100 is not completely encapsulated metallically, the measured value transmission z. B. done wirelessly through the cell wall. When a battery cell 100 is metallically encapsulated, a SAW sensor 102 may be connected to the power line, that is, supply line to the terminals 104, 106 with an antenna outside the battery cell 100. Thus, an output signal of the sensor 102 may be wirelessly transmitted to the controller 400 again, although a metallic encapsulation is present. Another possibility (see FIGS. 4 and 5) may be a direct connection of the SAW sensor 102 by the power lines 104, 106.
Mit einem Sensor 102 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz ist die Messung des Innendrucks in der Batteriezelle 100 einfach. Als Drucksensor kann der Sensor 102 mit Messleitungen innerhalb einer Zelle 102 platziert werden und dicht verschlossen werden. Der vorgeschlagene SAW-Drucksensor 102 ist unempfindlich gegenüber den aggressiven Bedingungen, z. B. Hochfrequenz-Strahlungen, in der (elektro-)chemischen Batterie-Zelle 100. Der SAW-Sensor 102 ist kostengünstig und technisch leicht realisierbar. Der Drucksensor 102 beansprucht in der Zelle 100 einen geringen Bauraum, wodurch eine Energiedichte der Zelle 100 nur geringfügig sinkt. With a sensor 102 according to the approach presented here, the measurement of the internal pressure in the battery cell 100 is simple. As a pressure sensor, the sensor 102 can be placed with measurement leads within a cell 102 and sealed. The proposed SAW pressure sensor 102 is insensitive to the aggressive conditions, eg. As high-frequency radiation, in the (electro) chemical battery cell 100. The SAW sensor 102 is inexpensive and technically easy to implement. The pressure sensor 102 occupies a small space in the cell 100, whereby an energy density of the cell 100 only slightly decreases.
Eine weitere Messmöglichkeit nutzt den Effekt, dass ein steigender Innendruck zu einem Aufblähen der Zelle 100 führt. D. h., der Innendruck der Zellen 100 wird dabei nicht direkt gemessen, sondern kann indirekt über die Verformung bzw. Geometrieänderung der Zellen 100 oder des Zellgehäuses gemessen werden. Der SAW-Sensor 102 kann hierfür auf die Oberfläche der Batterie-Zelle 100 platziert werden und kann dabei Druck und Temperatur von außen erfassen. Another measurement option utilizes the effect that an increasing internal pressure leads to a swelling of the cell 100. That is, the internal pressure of the cells 100 becomes not measured directly, but can be measured indirectly via the deformation or geometry change of the cells 100 or the cell housing. The SAW sensor 102 can be placed on the surface of the battery cell 100 for this purpose and can detect pressure and temperature from the outside.
Um die Performance der gesamten Batterie zu erhöhen, kann nicht nur jede einzelne Batterie-Zelle 100 individuell überwacht werden, sondern aufgrund von möglicher Fehlfunktion der überwachenden Sensorik 102 kann auch eine Redundanz der Messsignale sinnvoll sein. Hierbei können die vorgestellten Konzepte kombiniert werden, um eine Plausibilisierung zu erlangen. D. h., es kann sich anbieten, nicht nur einen SAW-Sensor 102 in der Batterie-Zelle 100 zu platzieren, sondern einen weiteren SAW-Sensor 102 auf deren Außenwand anzubringen. Ferner kann ebenfalls der möglicherweise ansteigende Innenwiderstand (Strom-, Spannungswerte) als Information zum Energiemanagement herangezogen werden. In order to increase the performance of the entire battery, not only each individual battery cell 100 can be individually monitored, but due to possible malfunction of the monitoring sensor 102, a redundancy of the measurement signals may also be useful. Here, the concepts presented can be combined to obtain a plausibility check. That is, it may be convenient not only to place a SAW sensor 102 in the battery cell 100, but to mount another SAW sensor 102 on the outer wall thereof. Furthermore, the possibly increasing internal resistance (current, voltage values) can also be used as information for energy management.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment. If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Claims

Ansprüche claims
1 . Galvanisches Element (100) mit einem ersten elektrischen Anschluss (104) und einem zweiten elektrischen Anschluss (106), wobei das galvanische Element (100) das folgende Merkmal aufweist: einen akustischen Oberflächenwellensensor (102) zum Erfassen zumindest eines Parameters des galvanischen Elements (100). 1 . A galvanic cell (100) having a first electrical terminal (104) and a second electrical terminal (106), said galvanic cell (100) comprising: a surface acoustic wave sensor (102) for detecting at least one parameter of said galvanic cell (100 ).
2. Galvanisches Element (100) gemäß Anspruch 1 , bei dem der akustische Oberflächenwellensensor (102) zum Übermitteln von den Parameter repräsentierenden Daten mit zumindest einem der elektrischen Anschlüsse (104, 106) verbunden ist. The galvanic cell (100) of claim 1, wherein the surface acoustic wave sensor (102) is connected to at least one of the electrical terminals (104, 106) for communicating data representing the parameters.
3. Galvanisches Element (100) gemäß Anspruch 2, bei dem der akustische Oberflächenwellensensor (102) mittels einer kapazitiven Kopplung mit zumindest einem der elektrischen Anschlüsse (104, 106) verbunden ist. The galvanic cell (100) of claim 2, wherein said surface acoustic wave sensor (102) is connected to at least one of said electrical terminals (104, 106) by means of capacitive coupling.
4. Galvanisches Element (100) gemäß Anspruch 2, bei dem zumindest einer der elektrischen Anschlüsse (104, 106) als Antenne (108) zum drahtlosen Übermitteln der Daten ausgebildet ist. 4. The galvanic element (100) according to claim 2, wherein at least one of the electrical connections (104, 106) is designed as an antenna (108) for the wireless transmission of the data.
5. Galvanisches Element (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der akustische Oberflächenwellensensor (102) in einem Inneren des galvanischen Elements (100) angeordnet ist. 5. The galvanic cell according to claim 1, wherein the surface acoustic wave sensor is arranged in an interior of the galvanic cell.
6. Galvanisches Element (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem der akustische Oberflächenwellensensor (102) an einer Hülle des galvanischen Elements (100) angeordnet ist. 6. Galvanic element (100) according to one of the preceding claims, wherein the surface acoustic wave sensor (102) on a shell of the galvanic element (100) is arranged.
7. Galvanisches Element (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der akustische Oberflächenwellensensor (102) ausgebildet ist, um einen Aktivierungsimpuls zu empfangen und den Aktivierungsimpuls zum Erfassen des zumindest einen Parameters zu verwenden. A galvanic cell (100) according to any one of the preceding claims, wherein the surface acoustic wave sensor (102) is formed. to receive an activation pulse and use the activation pulse to detect the at least one parameter.
8. Galvanisches Element (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem weiteren akustischen Oberflächenwellensensor (102) zum Erfassen zumindest eines Parameters des galvanischen Elements (100). 8. Galvanic element (100) according to one of the preceding claims, with a further surface acoustic wave sensor (102) for detecting at least one parameter of the galvanic element (100).
9. Verwenden eines akustischen Oberflächenwellensensors (102) zum Erfassen zumindest eines Parameters einer Batteriezelle (100). 9. Use of a surface acoustic wave sensor (102) for detecting at least one parameter of a battery cell (100).
10. Batteriesystem mit folgenden Merkmalen: einer Batterie mit zumindest einer Batteriezelle mit einem galvanischen Element (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8; und einem Steuergerät (400), das dazu ausgebildet ist, einen Aktivierungsimpuls für den zumindest einen akustischen Oberflächenwellensensor (102) auszusenden und die Daten von dem zumindest einen akustischen Oberflächenwellensensor (102) zu empfangen. 10. Battery system having the following features: a battery having at least one battery cell with a galvanic element (100) according to one of claims 1 to 8; and a controller (400) configured to emit an activation pulse for the at least one surface acoustic wave sensor (102) and to receive the data from the at least one surface acoustic wave sensor (102).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3382787A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery device, battery monitoring device and battery monitoring method
CN111697183A (en) * 2020-07-16 2020-09-22 上海豫源电力科技有限公司 Battery pack capable of wirelessly measuring temperature
CN113759267A (en) * 2021-09-18 2021-12-07 江苏集萃华科智能装备科技有限公司 In-situ measurement method for internal voltage of lithium ion battery

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013223373A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 Robert Bosch Gmbh Method for increasing the safety when using battery systems
DE102014200997A1 (en) * 2014-01-21 2015-07-23 Robert Bosch Gmbh Battery and method for monitoring a battery and battery system with the battery
DE102014218699A1 (en) * 2014-09-17 2016-03-17 Continental Teves Ag & Co. Ohg Battery sensor based on surface acoustic waves
US10110019B2 (en) 2015-01-22 2018-10-23 Microchip Technology Incorporated Battery with communication interface
DE102015220209A1 (en) * 2015-10-16 2017-04-20 Robert Bosch Gmbh Internal battery communication through powerline and radio transmission using battery components as antennas
US10374266B2 (en) * 2016-05-11 2019-08-06 Ford Global Technologies, Llc Wireless traction battery force sensor
DE102017219028A1 (en) 2017-10-25 2019-04-25 Robert Bosch Gmbh System for detecting critical operating states of electrical energy storage

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1841002A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 Sony Deutschland Gmbh Battery leakage detection system
KR100950459B1 (en) * 2007-12-17 2010-04-02 에이치케이산업(주) The module of battery management system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009005228A1 (en) 2009-01-20 2010-07-22 Li-Tec Battery Gmbh Protective device for galvanic cells

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1841002A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-03 Sony Deutschland Gmbh Battery leakage detection system
KR100950459B1 (en) * 2007-12-17 2010-04-02 에이치케이산업(주) The module of battery management system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEIFERT F ET AL: "Mechanical sensors based on surface acoustic waves", SENSORS AND ACTUATORS A, ELSEVIER SEQUOIA S.A., LAUSANNE, CH, vol. 44, no. 3, 1 September 1994 (1994-09-01), pages 231 - 239, XP026749208, ISSN: 0924-4247, [retrieved on 19940901], DOI: 10.1016/0924-4247(94)00808-6 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3382787A1 (en) * 2017-03-31 2018-10-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Battery device, battery monitoring device and battery monitoring method
US11165107B2 (en) 2017-03-31 2021-11-02 Samsung Electronics Co., Ltd Battery device, battery monitoring device and battery monitoring method
CN111697183A (en) * 2020-07-16 2020-09-22 上海豫源电力科技有限公司 Battery pack capable of wirelessly measuring temperature
CN113759267A (en) * 2021-09-18 2021-12-07 江苏集萃华科智能装备科技有限公司 In-situ measurement method for internal voltage of lithium ion battery
CN113759267B (en) * 2021-09-18 2024-03-19 无锡领声科技有限公司 In-situ measurement method for internal pressure of lithium ion battery

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