WO2013131715A1 - Sensorvorrichtung für eine batteriezelle, batteriezelle für einen elektrischen energiespeicher und verfahren zur überwachung einer batteriezelle - Google Patents

Sensorvorrichtung für eine batteriezelle, batteriezelle für einen elektrischen energiespeicher und verfahren zur überwachung einer batteriezelle Download PDF

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WO2013131715A1
WO2013131715A1 PCT/EP2013/052643 EP2013052643W WO2013131715A1 WO 2013131715 A1 WO2013131715 A1 WO 2013131715A1 EP 2013052643 W EP2013052643 W EP 2013052643W WO 2013131715 A1 WO2013131715 A1 WO 2013131715A1
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WO
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battery cell
membrane
sensor
sensor element
housing
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Application number
PCT/EP2013/052643
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Bernd Schumann
Thomas Classen
Jens Grimminger
Fabian Henrici
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device for a battery cell, to a battery cell for an electrical energy storage and to a method for monitoring a battery cell.
  • DE 10 2008 063 136 A1 discloses a method and a device for protecting a lithium-ion battery in a vehicle.
  • DE 10 2007 021 921 A1 discloses a device for monitoring an energy store.
  • DE 44 1 1 289 A1 discloses a multi-cell accumulator battery.
  • the present invention provides an improved sensor device for a battery cell, an improved battery cell for an electrical energy store and an improved method for monitoring a battery cell according to the main claims.
  • Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
  • the invention relates to a sensor for measuring the pressure within a battery cell, wherein at least a part of a sensor be applied to the membrane of a battery cell sorsystems or can be.
  • a hydrostatic pressure prevailing in the battery cell in the case of a liquid electrolyte or a gas pressure within a so-called "dry" cell can be measured.
  • An advantage of the present invention is that measurement of the internal pressure of a battery cell is enabled without a dedicated pressure sensor.
  • the pressure detection can be done in a cost-effective, simple, inexpensive and possibly also space-saving manner.
  • the internal pressure can be reliably and accurately determined.
  • the present invention provides a sensor device for a battery cell, wherein the battery cell comprises a housing with a membrane, wherein the sensor device comprises: a sensor element which is designed to a depending on an internal pressure within the housing of the battery cell property of the membrane as sensor data capture; and processing means for processing the sensor data.
  • the battery cell may be a galvanic or electrochemical secondary cell or the like.
  • the battery cell can form at least part of an electrical energy store.
  • the housing of the battery cell can hermetically separate or seal an interior of the battery cell from an environment of the battery cell. In the housing, for example, an electrochemical reaction device is received or receivable.
  • the membrane may be designed to hermetically seal or seal a passage opening in the housing of the battery cell.
  • the membrane may be formed elastically and / or plastically deformable. In this case, the membrane may be formed to deform reversibly and / or irreversibly.
  • the membrane may also be arranged between the interior of the battery cell formed by the housing and the surroundings of the battery cell. A pressure change within the interior of the battery cell can lead to deformation, for example to a curvature of the membrane.
  • the membrane may be square or round.
  • the membrane may also be formed as a foil, a plate or the like.
  • the membrane may be made of a plastic, a metal, for. As aluminum, or the like may be formed.
  • the membrane may have an embossed structure or a stamping profile.
  • Membrane may be shaped as a bursting membrane.
  • the membrane or bursting membrane may be designed as a predetermined breaking point, which may tear, for example, when the internal pressure of the battery cell reaches a predetermined value, for. B. 8 bar, exceeds.
  • the membrane can be designed to deform between two stable states of deformation or deflection states or between a stable and a metastable state of deformation or deflection state.
  • the deformation states can be assigned to defined internal pressure values. For example, the membrane may deform from a stable to a metastable state of deformation when the internal pressure of the battery cell reaches a predetermined value, e.g. B.
  • the membrane may be bistable or stable metastable.
  • more than one membrane may be provided.
  • two membranes may be provided. In this case, the membranes may be formed differently or be formed differently in terms of their deformation properties.
  • a first membrane may be formed as a bursting membrane or a bistable, initially reversible and then irreversibly deformable membrane
  • a second membrane similar to a "frog" may be formed as a stable metastable, reversibly deformable membrane
  • the sensor element can be designed to output or call up the at least one detected pressure-dependent property or state variable of the membrane in the form of the sensor data.
  • the dependent of the internal pressure within the housing of the battery cell property of the membrane may additionally be influenced by an ambient pressure outside the housing of the battery cell.
  • the sensor data may be from the sensor element to the processing means are transmitted by means of a communication interface, for example by means of an electrical line or a wireless transmission by radio, inductive coupling or the like.
  • the processing device can be designed to receive or read out the detected sensor data.
  • the processing device can be designed to modify and / or forward the detected sensor data.
  • the processing device can be designed to evaluate the detected sensor data or forward it to an evaluation device.
  • the processing device can be an electrical circuit, for example an application-specific integrated circuit or an ASIC (for application
  • the processing device can also have a printed circuit board, a chip or the like.
  • the sensor element may also be part of the processing device.
  • the processing device and the sensor element can also be provided as a single component, a single electrical circuit or the like, for example an ASIC, semiconductor component, chip, etc.
  • the sensor device may be provided as a single device, a single electrical circuit, or the like.
  • the sensor element can be designed to detect a mechanical load on the membrane as sensor data.
  • the mechanical load of the membrane can be dependent on a ratio of the internal pressure to an ambient pressure outside the housing of the battery cell.
  • the membrane of the housing of the battery cell may be configured to deform at a difference between the internal pressure of the battery cell and the ambient pressure.
  • the sensor element can be designed to allow a pressure measurement by detection or measurement of a mechanical stress of the membrane.
  • the sensor element may, for example, have a strain gauge or the like.
  • the sensor element may also be or have a microelectronic component, wherein the microelectronic component may, for example, be at least part of an electrical circuit or an ASIC or the like of the processing device or of the sensor device. In this case, the processing device or the electrical circuit or the ASIC or the like can be attached to the membrane.
  • a microelectronic component may be a microelectronic component
  • the sensor element is part of the processing device, wherein the processing device has an electrical circuit or an ASIC or the like and the sensor element is or comprises at least one microelectronic component of the electrical circuit, then a load-dependent or deformation-dependent, thus thus pressure-dependent,
  • the electrical characteristic may be an electrical current, an electrical voltage, a resistance value, a characteristic or the like.
  • the sensor element can be attached or attached directly or indirectly to the membrane by means of a frictional or cohesive connection.
  • the sensor element may be attached to a major surface of the membrane.
  • the sensor element can be attached indirectly to the membrane, the sensor element can be attached by means of a frictional or cohesive connection to an intermediate element which can be attached by means of a frictional or material connection directly to a main surface of the membrane.
  • the intermediate element can be influenced by the pressure-dependent property of the membrane. In this case, the pressure-dependent property of the membrane can be transferred to the intermediate element.
  • a cohesive connection may have a suitable joining method, such as an adhesive method.
  • the sensor element can be arranged or arranged inside or outside the housing of the battery cell.
  • the processing device inside or outside the housing of the battery cell be arranged or arranged.
  • at least the sensor element can be attached or attached to a main surface of the membrane facing the interior of the battery cell or to a main surface of the membrane facing the environment of the battery cell.
  • Such an embodiment offers the advantage that the sensor element can be arranged more versatile and needs-based with respect to the battery cell or an even more versatile and needs-based design of the sensor device is made possible.
  • an arrangement of the sensor device on the battery cell can be simplified. In this case, an attachment, replacement etc. of the sensor element or the sensor device is made possible even with already hermetically sealed housing.
  • the processing device can be attached or attached to the membrane in a force-locking or cohesive manner.
  • the sensor element can be attached or attached to the processing device in a force-locking or material-locking manner.
  • the processing device may comprise a printed circuit board with an electrical circuit or other means which may be mounted as an intermediate element by means of a frictional or integral connection directly to a major surface of the membrane.
  • the sensor element can be attached non-positively or cohesively to the circuit board or the intermediate element.
  • the internal pressure using the dependent of the internal pressure or differential pressure property of the membrane, for. As the resulting mechanical stress in the membrane, and thereby also be detected in an associated with the membrane intermediate element.
  • the sensor device can be built as a building block on or in the battery cell.
  • the processing device may be attachable or attached adjacent to the membrane.
  • the sensor element can be attached or attached to the membrane in a force-locking or material-locking manner.
  • the processing device can be attached or attached spaced apart from the membrane, and the pressure-dependent property can be determined by means of the sensor element which can be attached or attached directly to a main surface of the membrane, for example in the form of a strain gauge.
  • the structure or arrangement of the sensor device with respect to the battery cell is even more versatile adaptable due to the separate buildability of processing device and sensor element.
  • the sensor element can be easily replaced and supplemented or removed, if necessary, and independently of the processing device.
  • the sensor device may have at least one further sensor element for detecting at least one further state variable of the battery cell as further sensor data.
  • the processing device can be designed to process the further sensor data.
  • the at least one further sensor element can be designed to detect, for example, a temperature, an electrical voltage, etc. of the battery cell as further sensor data.
  • the sensor device may be configured to effect detection of multiple state variables of the battery cell. Such an embodiment offers the advantage that an advantageous pressure determination is made possible with additional detection of a plurality of state variables of the battery cell and thus a multifunctionality of the sensor device.
  • the sensor device may comprise the membrane.
  • the sensor element can be connected to the membrane.
  • the sensor element can be arranged on one of the two main surfaces of the membrane.
  • the membrane may be attachable to the housing of the battery cell.
  • the present invention further provides a battery cell for an electrical energy storage device, the battery cell comprising: a housing with a membrane; and an aforementioned sensor device, wherein the sensor device is so mounted or mounted with respect to the membrane that the dependent of the internal pressure property of the membrane can be detected as sensor data by means of the sensor element.
  • a sensor device mentioned above can be advantageously used or used to monitor or detect an internal pressure and optionally further state variables of the battery cell.
  • the electrical energy store may be a battery, a so-called battery pack, etc., for example for an electric vehicle or the like.
  • the electrical energy store can have a plurality of battery cells or cells as subunits of the energy store, wherein the cells can form the electrical energy store.
  • the electrical energy store may also have a single battery cell.
  • the present invention further provides a method for monitoring a battery cell, the battery cell having a housing with a membrane, the method comprising the following steps:
  • an above-mentioned sensor device can be advantageously used or used. Also, the method of monitoring can be advantageously carried out in connection with a battery cell mentioned above.
  • Also of advantage is a computer program product with program code which is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the above-mentioned method when the program is executed on a computer or a device.
  • a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory
  • FIGS. 2A to 2D are schematic representations of a battery cell with sensor devices according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a battery cell with a sensor device according to an embodiment of the present invention. Shown are the battery cell 100, a housing 102, a membrane 104 and the sensor device 1 10 or a sensor system.
  • the housing 102 of the battery cell 100 has a passage opening, which is sealed or sealed by means of the membrane 104. Not shown in Fig. 1, at least two electrical connections for electrically contacting a disposed within the housing 102 electrochemical energy storage unit, for example, a galvanic cell.
  • the sensor device 1 10 is mounted, for example, within the housing 102 on the membrane 104.
  • the sensor device 1 10 is at a
  • the sensor device 110 includes a sensor element configured to detect a property of the diaphragm 104 depending on an internal pressure within the housing 102 of the battery cell 100 as sensor data, and a processing device for Process the sensor data.
  • Fig. 1 shows the sensor device 1 10 on the membrane 104 of the battery cell 100 in a highly schematic representation.
  • the sensor element and the processing device can also be provided as an electronic component or the like.
  • the sensor element and the processing device can be combined in an integrated circuit.
  • the sensor element may be part of the processing device. At least a portion of the sensor device 110 may also be disposed elsewhere within or outside the housing 102, according to other embodiments of the present invention.
  • the membrane 104 may be a bursting membrane that is configured to burst at a certain internal pressure within the housing 102 and thereby allow pressure equalization between the interior space and an exterior space of the housing 102.
  • the membrane 104 may be a switching membrane that is configured to deform at a further particular internal pressure within the housing 102 and thereby actuate a switch through which, for example, a current flow through the battery cell 100 may be interrupted.
  • the battery cell 100 may also have two membranes 104, for example a bursting membrane and a switching membrane, each of the membranes 104 being coupled to a sensor element or only one of the membranes 104 to a sensor element of one or more sensor devices 110 is.
  • the sensor element and the processing device may be spatially separate units.
  • the sensor element may be a strain gauge, which is connected via an electrical line to the processing device.
  • the sensor element and the processing device can be arranged in an integrated circuit, wherein at least one circuit element of the integrated circuit, for example a transistor, serves as the sensor element. It can be exploited here that a characteristic curve of the at least one circuit element is dependent on a deformation of the diaphragm and thus a deformation of the integrated circuit.
  • the processing device may be designed to provide a characteristic characteristic value of the at least one circuit element monitor, for example, to compare with a threshold to detect a deformation of the integrated circuit, which in turn on a deformation of the integrated circuit underlying deformation of the membrane 104 and thus to an internal pressure of the battery cell 100.
  • the characteristic characteristic value can be For example, to an electrical voltage, an electric current or an electrical resistance act.
  • FIG. 2A shows a schematic representation of a battery cell with a sensor device according to an exemplary embodiment of the present invention. Shown are the battery cell 100, a housing 102, a membrane 104, the sensor device 110, a processing device 212 and a sensor element 214.
  • the battery cell 100 and the sensor device 110 may be the battery cell and the sensor device from FIG. 1 act.
  • the representation in FIG. 2A corresponds to the representation of FIG. 1 with the exception that in FIG. 2A the processing device 212 and the sensor element 214 of the sensor device 110 are explicitly shown.
  • the processing device 212 and the sensor element 214 are arranged in the region of the membrane 104. In this case, the sensor element 214 is arranged, for example, between the membrane 104 and the processing device 212.
  • the sensor element 214 is on the membrane
  • the processing device 212 and the sensor element 214 are attached to each other.
  • the processing device 212 may have at least one subsection disposed between the membrane 104 and the sensor element 214, wherein the at least one subsection is attached to the membrane 104 and the sensor element 214 to which at least a portion of the processing device 212 is attached.
  • FIG. 2B shows a schematic illustration of a battery cell with a sensor device according to a further exemplary embodiment of the present invention.
  • the illustration in FIG. 2B corresponds to the representation of FIG. 2A, with the exception that in FIG. 2B the processing device 212 and the sensor element 214 of the sensor device 1 10 are arranged at a distance from one another.
  • the battery cell 100 may be the battery cell of FIG. 1 or FIG. 2A.
  • the processing device 212 is on an inner side of the housing 102 is attached to the housing 102 and the sensor element 214 is mounted on the inside of the housing 102 adjacent to the processing device 212 on the membrane 104.
  • FIG. 2C shows a schematic representation of a battery cell with a sensor device according to yet another exemplary embodiment of the present invention.
  • the illustration in FIG. 2C corresponds to the representation of FIG. 2B with the exception that in FIG. 2C the sensor element 214 is mounted on an outer side of the housing 102 on the membrane 104.
  • the battery cell 100 may be the battery cell of FIG. 1 or FIG. 2A or FIG. 2B.
  • FIG. 2D shows a schematic illustration of a battery cell with a sensor device according to yet another exemplary embodiment of the present invention.
  • the illustration in FIG. 2D corresponds to the representation of FIG. 2C with the exception that in FIG. 2D the processing device 212 is mounted on an outer side of the housing 102 in the region of the membrane 104 on the sensor element 214.
  • the battery cell 100 may be the battery cell of FIG. 1 or FIG. 2A or FIG. 2B.
  • An arrangement of the processing device 212 and the sensor element 214 with respect to each other and with respect to the membrane 104 corresponds to the attachment shown in FIG. 2A, with the difference that the processing device 212 and the sensor element 214 in FIG
  • exemplary embodiments of the present invention with respect to an application of the sensor device 110 or of a sensor system on the membrane 104 of the battery cell 100 are explained in summary again.
  • the diaphragm 104 deforms at a difference between the pressure inside the battery cell 100 and the environment.
  • the differential pressure z. B. on evaluation of the resulting mechanical stress in the membrane 104 and thereby also in the example frictionally connected to the membrane 104 sensor element 214 and the sensor device 1 10 are determined.
  • the processing device 212 of the sensor device 110 can also be attached next to the membrane 104 and the pressure can be applied via the sensor element mounted on the membrane 104 214 can be determined in the form of a strain gauge.
  • the sensor device 110 may also be mounted on the outside of the membrane 104.
  • the battery cell has a housing with a membrane.
  • the method 300 has a step of detecting 310 a characteristic of the membrane which is dependent on an internal pressure within the housing of the battery cell as sensor data by means of a sensor element.
  • the sensor element may be the sensor element of one of FIGS. 2A to 2D.
  • the method 300 also includes a step of processing 320 the sensor data by processing means to enable monitoring of the battery cell using the processed sensor data.
  • the processing device may be the processing device of one of FIGS. 2A to 2D.
  • the method 300 can be advantageously carried out in connection with the battery cell or the sensor device from FIG. 1 or one of the FIGS. 2A to 2D.

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Abstract

Es wird eine Sensorvorrichtung (110) für eine Batteriezelle (100) vorgeschlagen. Dabei weist die Batteriezelle (100) ein Gehäuse (102) mit einer Membran (104) auf. Die Sensorvorrichtung(110) weist ein Sensorelement auf, das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) abhängige Eigenschaft der Membran (104) als Sensordaten zu erfassen. Auch weist die Sensorvorrichtung (110) eine Verarbeitungseinrichtung zum Ver- arbeiten der Sensordaten auf.

Description

Beschreibung
Titel
Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher und Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, auf eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher und auf ein Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle.
Gängig ist eine Überwachung von Spannung und Temperatur einer Batteriezelle beispielsweise durch extern applizierte Sensoren. Die DE 10 2008 063 136 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schutz einer Lithium-Ionen- Batterie in einem Fahrzeug. Die DE 10 2007 021 921 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Überwachen eines Energiespeichers. Die DE 44 1 1 289 A1 offenbart eine mehrzellige Akkumulatorenbatterie.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, eine verbesserte Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher und ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Messung eines Innendrucks einer Batteriezelle unter Verwendung bzw. Ausnutzung einer Membran ermöglicht. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Sensor zur Messung des Druckes innerhalb einer Batteriezelle, wobei zumindest ein Teil eines Sen- sorsystems auf der Membran einer Batteriezelle aufgebracht sein bzw. werden kann. So kann insbesondere ein in der Batteriezelle herrschender, hydrostatischer Druck im Fall eines flüssigen Elektrolyten oder ein Gasdruck innerhalb einer sogenannten "trockenen" Zelle gemessen werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass eine Messung des Innendrucks einer Batteriezelle ohne einen dedizierten Drucksensor ermöglicht wird. Somit kann verglichen mit einem speziellen Drucksensor die Druckerfassung auf kostengünstige, einfache, unaufwendige und gegebenenfalls auch platzsparende Weise erfolgen. Durch die Erfassung einer druckabhängigen Eigenschaft der Membran kann der Innendruck zuverlässig und genau bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Sensorvorrichtung für eine Batteriezelle, wobei die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran aufweist, wobei die Sensorvorrichtung folgende Merkmale aufweist: ein Sensorelement, das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängige Eigenschaft der Membran als Sensordaten zu erfassen; und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Sensordaten.
Bei der Batteriezelle kann es sich um eine galvanische bzw. elektrochemische Sekundärzelle oder dergleichen handeln. Die Batteriezelle kann zumindest einen Teil eines elektrischen Energiespeichers bilden. Das Gehäuse der Batteriezelle kann einen Innenraum der Batteriezelle von einer Umgebung der Batteriezelle hermetisch trennen bzw. abdichten. In dem Gehäuse ist beispielsweise eine elektrochemische Reaktionsvorrichtung aufgenommen oder aufnehmbar. Die Membran kann ausgebildet sein, um eine Durchgangsöffnung in dem Gehäuse der Batteriezelle hermetisch zu verschließen bzw. abzudichten.
Die Membran kann elastisch und/oder plastisch verformbar ausgebildet sein. Dabei kann die Membran ausgebildet sein, um sich reversibel und/oder irreversibel zu verformen. Auch kann die Membran zwischen dem durch das Gehäuse gebildeten Innenraum der Batteriezelle und der Umgebung der Batteriezelle angeordnet sein. Eine Druckänderung innerhalb des Innenraums der Batteriezelle kann zu einer Verformung, beispielsweise zu einer Wölbung der Membran führen. Die Membran kann eckig oder rund ausgeformt sein. Die Membran kann auch als eine Folie, ein Plättchen oder dergleichen ausgeformt sein. Die Membran kann aus einem Kunststoff, einem Metall, z. B. Aluminium, oder dergleichen gebildet sein. Die Membran kann eine Prägestruktur bzw. ein Prägeprofil aufweisen. Die
Membran kann als eine Berstmembran ausgeformt sein. Die Membran bzw. Berstmembran kann als eine Sollbruchstelle ausgeführt sein, die beispielsweise zerreißen kann, wenn der Innendruck der Batteriezelle einen vorbestimmten Wert, z. B. 8 bar, übersteigt. Die Membran kann ausgebildet sein, um sich zwi- sehen zwei stabilen Verformungszuständen bzw. Auslenkungszuständen oder zwischen einem stabilen und einem metastabilen Verformungszustand bzw. Aus- lenkungszustand zu verformen. Die Verformungszustände können definierten Innendruckwerten zugeordnet sein. Beispielsweise kann sich die Membran von einem stabilen zu einem metastabilen Verformungszustand verformen, wenn der Innendruck der Batteriezelle einen vorbestimmten Wert, z. B. 6 bar, übersteigt, und kann sich von dem metastabilen zurück zu dem stabilen Verformungszustand verformen, wenn der Innendruck der Batteriezelle wieder sinkt. Einer der beiden stabilen Auslenkungszustände oder der metastabile Verformungszustand kann einen Auslösezustand für eine Sicherung, einen Kurzschluss bzw. eine Ab- trennung der Batteriezelle von einer Stromversorgung bzw. Stromlieferung aufgrund druckbedingter Gefahr einer Schädigung repräsentieren. Somit kann die Membran bistabil oder stabil-metastabil ausgebildet sein. Auch kann mehr als eine Membran vorgesehen sein. Beispielsweise können zwei Membranen vorgesehen sein. Dabei können die Membranen unterschiedlich ausgeformt sein bzw. hinsichtlich ihrer Verformungseigenschaften unterschiedlich ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine erste Membran als eine Berstmembran bzw. bistabile, zunächst reversibel und dann irreversibel verformbare Membran ausgebildet sein und kann eine zweite Membran ähnlich einem„Knackfrosch" als eine stabilmetastabile, reversibel verformbare Membran ausgebildet sein.
Das Sensorelement kann ausgebildet sein, um die zumindest eine erfasste druckabhängige Eigenschaft bzw. Zustandsgröße der Membran in Gestalt der Sensordaten auszugeben bzw. abrufbar zu machen. Die von dem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängige Eigenschaft der Membran kann zusätzlich von einem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle beeinflussbar sein. Die Sensordaten können von dem Sensorelement zu der Verarbeitungseinrichtung mittels einer Kommunikationsschnittstelle übertragen werden, beispielsweise mittels einer elektrischen Leitung oder einer drahtlosen Übertragung per Funk, induktiver Kopplung oder dergleichen. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten zu emp- fangen bzw. auszulesen. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten zu verändern und/oder weiterzuleiten. Die Verarbeitungseinrichtung kann ausgebildet sein, um die erfassten Sensordaten auszuwerten oder an eine Auswertungseinrichtung weiterzuleiten. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine elektrische Schaltung, beispielsweise eine anwen- dungsspezifische integrierte Schaltung bzw. einen ASIC (englisch für Application-
Specific Integrated Ciruit) aufweisen. Die Verarbeitungseinrichtung kann dabei auch eine Leiterplatte, einen Chip oder dergleichen aufweisen. Das Sensorelement kann auch Teil der Verarbeitungseinrichtung sein. Die Verarbeitungseinrichtung und das Sensorelement können auch als ein einziger Baustein, eine einzige elektrische Schaltung oder dergleichen, beispielsweise ein ASIC, Halbleiterbaustein, Chip etc., vorgesehen sein. Somit kann die Sensorvorrichtung als ein einziger Baustein, eine einzige elektrische Schaltung oder dergleichen vorgesehen sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Sensorelement ausgebildet sein, um eine mechanische Belastung der Membran als Sensordaten zu erfassen. Dabei kann die mechanische Belastung der Membran von einem Verhältnis des Innendrucks zu einem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängig sein. Die Membran des Gehäuses der Batteriezelle kann ausgebildet sein, um sich bei einer Differenz zwischen dem Innendruck der Batteriezelle und dem Umgebungsdruck zu verformen. Das Sensorelement kann ausgebildet sein, um eine Druckmessung durch Erfassung bzw. Messung einer mechanischen Spannung der Membran zu ermöglichen. Das Sensorelement kann beispielsweise einen Dehnmessstreifen oder dergleichen aufweisen. Das Sensorelement kann auch ein mikroelektronisches Bauteil sein oder aufweisen, wobei das mikroelektronische Bauteil beispielsweise zumindest ein Teil einer elektrischen Schaltung bzw. eines ASIC oder dergleichen der Verarbeitungseinrichtung oder der Sensorvorrichtung sein kann. Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung bzw. die elektrische Schaltung bzw. der ASIC oder dergleichen an der Membran an- bringbar sein. Bei einem mikroelektronischen Bauteil kann es sich um einen
Transistor, eine Diode, einen Widerstand, ein piezoresistives Element oder der- gleichen handeln. Wenn das Sensorelement Teil der Verarbeitungseinrichtung ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung eine elektrische Schaltung bzw. einen ASIC oder dergleichen aufweist und das Sensorelement zumindest ein mikroelektronisches Bauteil der elektrischen Schaltung ist oder umfasst, so kann eine belastungsabhängige bzw. verformungsabhängige, somit also druckabhängige,
Änderung einer elektrischen Charakteristik des zumindest einen oder zumindest eines mikroelektronischen Bauteils der elektrischen Schaltung erfasst werden. Bei der elektrischen Charakteristik kann es sich um einen elektrischen Strom, eine elektrische Spannung, einen Widerstandswert, eine Kennlinie oder derglei- chen handeln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass aufgrund eines gut definierbaren Zusammenhangs zwischen der Belastung bzw. Verformung der Membran und dem Innendruck bzw. dem Druckverhältnis eine zuverlässige, sichere und genaue sowie unaufwendige Ermittlung des Zelleninnen- drucks ermöglicht wird.
Auch kann das Sensorelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt oder indirekt an der Membran anbringbar oder angebracht sein. Wenn das Sensorelement direkt an der membran angebracht ist, kann das Sensorelement an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein. Wenn das Sensorelement indirekt an der Membran angebracht ist, kann das Sensorelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung an einem Zwischenelement angebracht sein, das mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein kann. Das Zwischenelement kann durch die druckabhängige Eigen- schaft der Membran beeinflusst werden. Dabei kann sich die druckabhängige Eigenschaft der Membran auf das Zwischenelement übertragen. So kann das Sensorelement ausgebildet sein, um die druckabhängige Eigenschaft der Membran an dem Zwischenelement zu erfassen. Eine stoffschlüssige Verbindung kann ein geeignetes Fügeverfahren aufweisen, wie beispielsweise ein Klebeverfahren. Ei- ne solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Sensorelement bezüglich der Batteriezelle vielseitig und bedarfsgerecht angeordnet werden kann bzw. ein vielseitiger und bedarfsgerechter Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht wird.
Insbesondere kann das Sensorelement innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Auch kann die Verarbeitungseinrichtung innerhalb oder außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle anordenbar oder angeordnet sein. Dabei kann zumindest das Sensorelement an einer dem Innenraum der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran oder einer der Umgebung der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran anbringbar oder angebracht sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das Sensorelement noch vielseitiger und bedarfsgerechter bezüglich der Batteriezelle angeordnet werden kann bzw. ein noch vielseitigerer und bedarfsgerechterer Aufbau der Sensorvorrichtung ermöglicht wird. Wenn zumindest das Sensorelement außerhalb des Gehäuses der Batteriezelle angeordnet ist, kann eine Anordnung der Sensorvorrichtung an der Batteriezelle ver- einfacht werden. Hierbei wird auch bei bereits hermetisch abgedichtetem Gehäuse eine Anbringung, Auswechslung etc. des Sensorelements oder der Sensorvorrichtung ermöglicht.
Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran anbringbar oder angebracht sein. Hierbei kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Verarbeitungseinrichtung anbringbar oder angebracht sein. Die Verarbeitungseinrichtung kann eine Leiterplatte mit einer elektrischen Schaltung oder eine andere Einrichtung aufweisen, die als ein Zwischenelement mittels einer kraftschlüssigen oder stoffschlüssigen Verbindung direkt an einer Hauptoberfläche der Membran angebracht sein kann. So kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Leiterplatte bzw. dem Zwischenelement angebracht sein. Dabei kann der Innendruck unter Verwendung der vom Innendruck bzw. Differenzdruck abhängigen Eigenschaft der Membran, z. B. der entstehenden mechanischen Spannung in der Membran, und dadurch auch in einem mit der Membran verbundenen Zwischenelement festgestellt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung als ein Baustein an bzw. in der Batteriezelle verbaubar ist. Somit wird eine einfache Anbringung der Sensorvorrichtung an der Batteriezelle ermöglicht. Auch kann die Verarbeitungseinrichtung benachbart zu der Membran anbringbar oder angebracht sein. Dabei kann das Sensorelement kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran anbringbar oder angebracht sein. So kann insbesondere die Verarbeitungseinrichtung von der Membran beabstandet anbringbar oder angebracht sein und die druckabhängige Eigenschaft mittels des direkt an einer Hauptoberfläche der Membran anbringbaren oder angebrachten Sensorelements beispielsweise in Gestalt eines Dehnmessstreifens bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass durch die voneinander getrennte Verbaubarkeit von Verarbeitungseinrichtung und Sensorelement der Aufbau bzw. die Anordnung der Sensorvorrichtung bezüglich der Batteriezelle noch vielseitiger anpassbar wird. Zudem kann das Sensorelement bei Bedarf unaufwendig und unabhängig von der Verarbeitungseinrichtung ausgewechselt, ergänzt oder entfernt werden.
Zudem kann die Sensorvorrichtung zumindest ein weiteres Sensorelement zum Erfassen zumindest einer weiteren Zustandsgröße der Batteriezelle als weitere Sensordaten aufweisen. Dabei kann die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, um die weiteren Sensordaten zu verarbeiten. Das zumindest eine weitere Sensorelement kann ausgebildet sein, um beispielsweise eine Temperatur, eine elektrische Spannung, etc. der Batteriezelle als weitere Sensordaten zu erfassen. Somit kann die Sensorvorrichtung ausgebildet sein, um eine Erfassung bzw. Überwachung mehrerer Zustandsgroßen der Batteriezelle zu bewirken. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine vorteilhafte Druckbestimmung bei zusätzlicher Erfassung mehrerer Zustandsgroßen der Batteriezelle und somit eine Multifunktionalität der Sensorvorrichtung ermöglicht wird.
Ferner kann die Sensorvorrichtung die Membran aufweisen. Hierbei kann das Sensorelement mit der Membran verbunden sein. Das Sensorelement kann dabei an einer der beiden Hauptoberflächen der Membran angeordnet sein. Die Membran kann an dem Gehäuse der Batteriezelle anbringbar sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Sensorvorrichtung eine einfache Zusammenfügung mit der Batteriezelle ermöglicht, da die Sensorvorrichtung bereits weitgehend vormontiert sein kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Batteriezelle folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse mit einer Membran; und eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung, wobei die Sensorvorrichtung bezüglich der Membran so anbringbar oder angebracht ist, dass die von dem Innendruck abhängige Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels des Sensorelements erfassbar sind. In Verbindung mit der Batteriezelle kann eine vorstehend genannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden, um einen Innendruck und gegebenenfalls weitere Zustandsgrößen der Batteriezelle zu überwachen bzw. zu erfassen. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um eine Batterie, einen sogenannten Batteriepack etc. handeln, beispielsweise für ein Elektro- fahrzeug oder dergleichen. Der elektrische Energiespeicher kann eine Mehrzahl von Batteriezellen bzw. Zellen als Untereinheiten des Energiespeichers aufweisen, wobei die Zellen den elektrischen Energiespeicher bilden können. Der elektrische Energiespeicher kann auch eine einzige Batteriezelle aufweisen.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Überwachung einer Batteriezelle, wobei die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erfassen einer von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängigen Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels eines Sensorelementes; und Verarbeiten der Sensordaten mittels einer Verarbeitungseinrichtung, um eine
Überwachung der Batteriezelle unter Verwendung der verarbeiteten Sensordaten zu ermöglichen.
In Verbindung mit dem Verfahren zur Überwachung kann eine vorstehend ge- nannte Sensorvorrichtung vorteilhaft eingesetzt bzw. verwendet werden. Auch kann das Verfahren zur Überwachung in Verbindung mit einer vorstehend genannten Batteriezelle vorteilhaft ausgeführt werden.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des oben genannten Verfahrens verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematische Darstellungen einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2A bis 2D schematische Darstellungen einer Batteriezelle mit Sensorvorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Gezeigt sind die Batteriezelle 100, ein Gehäuse 102, eine Membran 104 und die Sensorvorrichtung 1 10 bzw. ein Sensorsystem. Das Gehäuse 102 der Batteriezelle 100 weist eine Durchgangsöffnung auf, die mittels der Membran 104 abgedichtet bzw. verschlossen ist. Nicht gezeigt in Fig. 1 sind zumindest zwei elektrische Anschlüsse zur elektrischen Kontaktierung einer innerhalb des Gehäuses 102 angeordneten elektrochemischen Energiespeichereinheit, beispielsweise einer galvanischen Zelle.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sensorvorrichtung 1 10 beispielhaft innerhalb des Gehäuses 102 an der Membran 104 angebracht. Die Sensorvorrichtung 1 10 ist an einer
gehäuseinnenseitigen bzw. einem von dem Gehäuse 102 umschlossenen Innenraum der Batteriezelle zugewandten Hauptoberfläche der Membran 104 angebracht. Auch wenn es in Fig. 1 nicht gezeigt ist, so weist die Sensorvorrichtung 1 10 ein Sensorelement, das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 der Batteriezelle 100 abhängige Eigenschaft der Membran 104 als Sensordaten zu erfassen, und eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten der Sensordaten auf. Somit zeigt Fig. 1 die Sensorvorrichtung 1 10 an der Membran 104 der Batteriezelle 100 in stark schematischer Darstellung. Dabei können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung auch als ein elektronischer Baustein oder dergleichen vorgesehen sein. Hierbei können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung in einer integrierten Schaltung zusammengefasst sein. Beispielsweise kann das Sensorelement Teil der Verarbeitungseinrichtung sein. Zumindest ein Teil bzw. Abschnitt der Sensorvorrichtung 1 10 kann gemäß anderen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung auch an anderer Stelle innerhalb oder außerhalb des Gehäuses 102 angeordnet sein.
Bei der Membran 104 kann es sich um eine Berstmembran handeln, die ausgebildet ist, um bei einem bestimmen Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 zu bersten und dadurch einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum und einem Außenraum des Gehäuses 102 zu ermöglichen. Alternativ kann es sich bei der Membran 104 um eine Schaltmembran handeln, die ausgebildet ist, um sich bei einem weiteren bestimmten Innendruck innerhalb des Gehäuses 102 zu verformen und dadurch einen Schalter zu betätigen, durch den beispielsweise ein Stromfluss durch die Batteriezelle 100 unterbrochen werden kann. Die Batteriezelle 100 kann abweichend von der Darstellung aus Fig. 1 auch zwei Membranen 104, beispielsweise eine Berstmembran und eine Schaltmembran aufweisen, wobei jede der Membranen 104 jeweils mit einem Sensorelement oder nur eine der Membranen 104 mit einem Sensorelement einer oder mehrerer Sensorvorrichtungen 1 10 gekoppelt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können das Sensorelement und die Verarbeitungseinrichtung räumlich getrennt voneinander angeordnete Einheiten sein. Beispielsweise kann das Sensorelement ein Dehnmessstreifen sein, der über eine elektrische Leitung mit der Verarbeitungseinrichtung verbunden ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können das Sensorelement und die Verar- beitungseinrichtung in einer integrierten Schaltung angeordnet sein, wobei zumindest ein Schaltungselement der integrierten Schaltung, beispielsweise ein Transistor, als das Sensorelement dient. Dabei kann ausgenutzt werden, dass eine Kennlinie des zumindest einen Schaltungselements von einer Verformung der Membran und damit einer Verformung der integrierten Schaltung abhängig ist. Beispielsweise kann die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet sein, um einen charakterischen Kennlinienwert des zumindest einen Schaltungselements zu überwachen, beispielsweise mit einem Schwellwert zu vergleichen, um eine Verformung der integrierten Schaltung zu detektieren, woraus wiederum auf eine der Verformung der integrierten Schaltung zugrundeliegende Verformung der Membran 104 und damit auf einen Innendruck der Batteriezelle 100. Bei dem charak- terischen Kennlinienwert kann es sich beispielsweise um eine elektrische Spannung, einen elektrischen Strom oder einen elektrischen Widerstand handeln.
Fig. 2A zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ge- zeigt sind die Batteriezelle 100, ein Gehäuse 102, eine Membran 104, die Sensorvorrichtung 1 10, eine Verarbeitungseinrichtung 212 und ein Sensorelement 214. Bei der Batteriezelle 100 und der Sensorvorrichtung 1 10 kann es sich um die Batteriezelle und die Sensorvorrichtung aus Fig. 1 handeln. Die Darstellung in Fig. 2A entspricht der Darstellung von Fig. 1 mit der Ausnahme, dass in Fig. 2A die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 der Sensorvorrichtung 1 10 explizit gezeigt sind. Gemäß dem in Fig. 2A dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 im Bereich der Membran 104 angeordnet. Hierbei ist das Sensorelement 214 beispielhaft zwischen der Membran 104 und der Verarbei- tungseinrichtung 212 angeordnet. Das Sensorelement 214 ist an der Membran
104 angebracht. Die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 sind aneinander angebracht. Auch wenn es in Fig. 2A nicht explizit dargestellt ist, so kann alternativ die Verarbeitungseinrichtung 212 zumindest einen Teilabschnitt aufweisen, der zwischen der Membran 104 und dem Sensorelement 214 angeordnet ist, wobei der zumindest eine Teilabschnitt an der Membran 104 angebracht ist und das Sensorelement 214 an dem zumindest einen Teilabschnitt der Verarbeitungseinrichtung 212 angebracht ist.
Fig. 2B zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensor- Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in Fig. 2B entspricht der Darstellung von Fig. 2A mit der Ausnahme, dass in Fig. 2B die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 der Sensorvorrichtung 1 10 voneinander beabstandet angeordnet sind. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus Fig. 1 bzw. Fig. 2A handeln. Gemäß dem in Fig. 2B dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Verarbeitungseinrichtung 212 auf einer Innenseite des Gehäuses 102 an dem Gehäuse 102 angebracht und ist das Sensorelement 214 auf der Innenseite des Gehäuses 102 benachbart zu der Verarbeitungseinrichtung 212 an der Membran 104 angebracht. Fig. 2C zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in Fig. 2C entspricht der Darstellung von Fig. 2B mit der Ausnahme, dass in Fig. 2C das Sensorelement 214 auf einer Außenseite des Gehäuses 102 an der Membran 104 angebracht ist. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus Fig. 1 bzw. Fig. 2A oder Fig. 2B handeln.
Fig. 2D zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle mit einer Sensorvorrichtung gemäß wieder einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Darstellung in Fig. 2D entspricht der Darstellung von Fig. 2C mit der Ausnahme, dass in Fig. 2D die Verarbeitungseinrichtung 212 auf einer Außenseite des Gehäuses 102 im Bereich der Membran 104 an dem Sensorelement 214 angebracht ist. Bei der Batteriezelle 100 kann es sich um die Batteriezelle aus Fig. 1 bzw. Fig. 2A oder Fig. 2B handeln. Eine Anbringung bzw. Anordnung der Verarbeitungseinrichtung 212 und des Sensorelements 214 bezüglich einander und bezüglich der Membran 104 entspricht hierbei der in Fig. 2A gezeigten Anbringung bzw. Anordnung mit dem Unterschied, dass die Verarbeitungseinrichtung 212 und das Sensorelement 214 in Fig. 2D an einer
gehäuseaußenseitigen bzw. der Umgebung der Batteriezelle 100 zugewandten Hauptoberfläche der Membran 104 angeordnet sind.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 2D werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer Aufbringung der Sensorvorrichtung 1 10 bzw. eines Sensorsystems auf der Membran 104 der Batteriezelle 100 nochmals zusammenfassend erläutert. Die Membran 104 verformt sich bei einer Differenz zwischen dem Druck im Inneren der Batteriezelle 100 und der Umgebung. Dabei kann der Differenzdruck z. B. über Auswertung der entstehenden mechanischen Spannung in der Membran 104 und dadurch auch in dem beispielsweise kraftschlüssig mit der Membran 104 verbundenen Sensorelement 214 bzw. der Sensorvorrichtung 1 10 festgestellt werden. Alternativ kann die Verarbeitungseinrich- tung 212 der Sensorvorrichtung 1 10 auch neben der Membran 104 angebracht sein und der Druck über das auf der Membran 104 angebrachte Sensorelement 214 in Gestalt eines Dehnmessstreifens bestimmt werden. Alternativ kann die Sensorvorrichtung 1 10 auch auf der Außenseite der Membran 104 angebracht sein.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Überwachung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei weist die Batteriezelle ein Gehäuse mit einer Membran auf. Das Verfahren 300 weist einen Schritt des Erfassens 310 einer von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle abhängigen Eigenschaft der Membran als Sensordaten mittels eines Sensorelementes auf. Bei dem Sensorelement kann es sich um das Sensorelement aus einer der Figuren 2A bis 2D handeln. Das Verfahren 300 weist auch einen Schritt des Verarbeitens 320 der Sensordaten mittels einer Verarbeitungseinrichtung auf, um eine Überwachung der Batteriezelle unter Verwendung der verarbeiteten Sensordaten zu ermöglichen. Bei der Verarbeitungseinrichtung kann es sich um die Verarbeitungseinrichtung aus einer der Figuren 2A bis 2D handeln. Somit kann das Verfahren 300 in Verbindung mit der Batteriezelle bzw. der Sensorvorrichtung aus Fig. 1 bzw. einer der Figuren 2A bis 2D vorteilhaft ausgeführt werden.
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. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.

Claims

Ansprüche
1 . Sensorvorrichtung (1 10) für eine Batteriezelle (100), wobei die Batteriezelle (100) ein Gehäuse (102) mit einer Membran (104) aufweist, wobei die Sensorvorrichtung (1 10) folgende Merkmale aufweist: ein Sensorelement (214), das ausgebildet ist, um eine von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) abhängige Eigenschaft der Membran (104) als Sensordaten zu erfassen; und eine Verarbeitungseinrichtung (212) zum Verarbeiten der Sensordaten.
2. Sensorvorrichtung (1 10) gemäß Anspruch 1 , bei der das Sensorelement (214) ausgebildet ist, um eine mechanische Belastung der Membran (104) als Sensordaten zu erfassen, wobei die mechanische Belastung der Memb- ran (104) von einem Verhältnis des Innendrucks zu einem Umgebungsdruck außerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) abhängig ist.
3. Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Sensorelement (214) mittels einer kraftschlüssigen oder stoff- schlüssigen Verbindung direkt oder indirekt an der Membran (104) anbringbar ist.
4. Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der das Sensorelement (214) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) anordenbar ist und die Verarbeitungseinrichtung
(212) innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) anordenbar ist.
5. Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verarbeitungseinrichtung (212) kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran (104) anbringbar ist, wobei das Sensorelement (214) kraft- schlüssig oder stoffschlüssig an der Verarbeitungseinrichtung (212) anbringbar ist.
Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die Verarbeitungseinrichtung (212) benachbart zu der Membran (104) anbringbar ist, wobei das Sensorelement (214) kraftschlüssig oder stoffschlüssig an der Membran (104) anbringbar ist.
Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit zumindest einem weiteren Sensorelement zum Erfassen zumindest einer weiteren Zustandsgröße der Batteriezelle (100) als weitere Sensordaten, wobei die Verarbeitungseinrichtung (212) ausgebildet ist, um die weiteren Sensordaten zu verarbeiten.
Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der Membran (104), wobei das Sensorelement (214) mit der Membran (104) verbunden ist.
Batteriezelle (100) für einen elektrischen Energiespeicher, wobei die Batteriezelle (100) folgende Merkmale aufweist: ein Gehäuse (102) mit einer Membran (104); und eine Sensorvorrichtung (1 10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sensorvorrichtung (1 10) bezüglich der Membran (104) so angebracht ist, dass die von dem Innendruck abhängige Eigenschaft der Membran (104) als Sensordaten mittels des Sensorelements (214) erfassbar sind.
0. Verfahren (300) zur Überwachung einer Batteriezelle (100), wobei die Batteriezelle (100) ein Gehäuse (102) mit einer Membran (104) aufweist, wobei das Verfahren (300) folgende Schritte aufweist:
Erfassen (310) einer von einem Innendruck innerhalb des Gehäuses (102) der Batteriezelle (100) abhängigen Eigenschaft der Membran (104) als Sensordaten mittels eines Sensorelementes (214); und Verarbeiten (320) der Sensordaten mittels einer Verarbeitungseinrichtung (212), um eine Überwachung der Batteriezelle (100) unter Verwendung der verarbeiteten Sensordaten zu ermöglichen.
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