WO2017182293A1 - Temperatursensor, batteriesystem und verfahren zum montieren eines batteriesystems - Google Patents

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WO2017182293A1
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temperature sensor
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sensor
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Lisa Lorenz
Andreas Otto
Walter Jasch
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • Li-ion battery systems are often used as energy storage for a drive motor of hybrid or electric vehicles.
  • Known Li-ion battery systems have a plurality of Li-ion
  • Battery cells which are electrically connected in series and / or parallel to each other. To ensure operational safety have such
  • Battery cells or parameters of the battery cells such. Voltages, currents and charges can be monitored.
  • a cooling device for cooling the battery cells can be regulated to an optimum operating temperature.
  • Battery cells based on temperature-dependent battery cell parameters, such as internal resistance or current limits, available. Finally, due to the high chemical activity of lithium in Li-ion battery cells to ensure reliability, it is of particular importance that the battery cells do not reach a predetermined maximum temperature exceed, because above the maximum temperature increased
  • Temperature sensor in the battery system are therefore to consider a good thermal connection of the temperature sensor to the measuring point and an electrical coupling to the battery management system.
  • a thermal connection is for example by mechanical pressing of the temperature sensor to the measuring point or a fixation, such. by soldering, welding, screwing or gluing, can be produced.
  • Plug-in systems, integration in flex foils or soldering connection wires of the temperature sensor to the battery management system are used for electrical coupling.
  • Temperature sensors especially in an electrical coupling by means of a plug system, often high costs.
  • a complex modification of the measuring point is often required.
  • a direct contact to the battery cell is i.d.R. not possible.
  • known temperature sensors are rigid or substantially rigid, so that even small deviations of a distance between the measuring point and connection point of the temperature sensor to the battery management system in the integration of the temperature sensor must be considered in order to ensure optimum measurement of the temperature and, for example, a gap between Temperature sensor and measuring point to avoid.
  • battery systems are becoming increasingly complex and often have a small space for temperature sensors, so that no standard, but specially designed temperature sensors must be used. This also causes high production costs and high
  • the present invention relates to a temperature sensor for measuring a temperature in a battery system according to claim 1, a battery system for storing electrical energy and for supplying an electric motor with electrical energy according to claim 4 and a method for assembling such a battery system according to claim 10. Further features and details The invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. There are features and details that are in the
  • a temperature sensor for measuring a temperature in a battery system for storing electrical energy and for supplying an electric motor of a motor vehicle with electrical energy.
  • the temperature sensor has a sensor head and with the sensor head electrically coupled connection wires.
  • the temperature sensor has two connection wires.
  • At least one of the leads is at least partially as one
  • Spring element formed or forms at least a part of a spring element, wherein the spring element is formed helical spring-shaped or twisted.
  • the sensor head can be brought into contact with a measuring point of a battery system for measuring the temperature.
  • the connecting wires are with a
  • the temperature sensor has at least one spring element with a
  • the spring element designed for compression and rebound along a straight line. A spring force thus always has in the same direction regardless of a degree of compression of the spring element.
  • the spring element is mechanically connected to the sensor head. This means that a spring force stored in the spring element is forwarded to the sensor head. Thus, the sensor head can be pressed by the spring element with its spring force on the measuring point.
  • the spring force is dimensioned such that a detachment of the
  • connection wires have at least one flexible or easily deformable partial region in which the connecting wires are connected, for example, to the flexible element.
  • kabeiförmig are formed in order not to block a spring movement of the spring element or a relative mobility of the sensor head to the battery management system.
  • the temperature sensor according to the invention has the advantage that it can be produced and assembled inexpensively by simple means, wherein the spring element causes a linear pressing of the sensor head to a measuring point within a battery system and thus a reliable measurement of the
  • Temperature is guaranteed. Furthermore, such temperature sensors with spring elements can be prepared as standard components and can be used for battery systems of different design, in particular in the case of very limited installation space and in the case of variable conditions between a battery unit and a battery management system of the battery system.
  • the spring element is at least partially formed from a twist of at least two connecting wires.
  • At least one of the lead wires has an outer electrical insulation layer.
  • the temperature sensor is designed as an NTC sensor.
  • An NTC sensor has an internal electrical resistance that decreases with increasing temperatures at the sensor head.
  • a battery system for storing electrical energy and for supplying an electric motor of a
  • the battery system has a battery unit with at least one rechargeable battery cell, a battery management system for monitoring the battery system and at least one temperature sensor for measuring a temperature of the at least one battery cell.
  • the temperature sensor has a
  • the temperature sensor has at least one spring element, which is mechanically connected to the sensor head and on the
  • Battery management system is attached to the sensor head of the
  • Spring element is pressed onto a measuring point of the at least one battery cell.
  • the battery system is preferably a self-contained system, for example of a system housing for protection against external influences, such. mechanical loads or moisture, is enclosed or surrounded and has connection poles for receiving or delivering electrical energy.
  • the battery system is preferably for the supply of an electric motor of a motor vehicle, such as e.g. a hybrid or electric vehicle, formed with electrical energy.
  • the battery unit has at least one rechargeable battery cell, such as a battery. a Li-ion battery cell, on.
  • the battery cell has a plurality of such battery cells connected in series or in parallel, e.g. by means of known cell connectors for
  • the battery management system is for
  • the battery system For measuring a temperature of the at least one battery cell, the battery system has at least one temperature sensor with a sensor head and connection wires electrically coupled to the sensor head.
  • Sensor head is for measuring the temperature in contact with the measuring point of the battery system.
  • the battery system has several
  • Temperature sensors which are arranged for measuring temperatures of different measuring points, in particular for determining temperatures of different battery cells, spaced from each other in the battery system.
  • the connecting wires are electrically coupled to the battery management system in such a way, in particular by means of a soldering, that of the sensor head
  • the temperature sensor has at least one spring element with a
  • the spring element is designed for compression and rebound along a straight line. A spring force can thus always have in the same direction regardless of a degree of compression of the spring element.
  • the spring element is mechanically connected to the sensor head. This means that a spring force stored in the spring element is forwarded to the sensor head. Thus, the sensor head is pressed by the spring element with its spring force on the measuring point.
  • the spring force is dimensioned such that a detachment of the
  • the spring element and the connecting wires are different components.
  • the connecting wires have at least one flexible or easily deformable partial region in which the connecting wires are, for example, kabeiförmig in order not to block a spring movement of the spring element or a relative mobility of the sensor head to the battery management system.
  • the battery system according to the invention has the advantage that it can be mounted with simple means and inexpensively, wherein by the spring element, a pressing of the sensor head to the measuring point and thus a reliable measurement of the temperature is ensured. Furthermore, such
  • At least one of the lead wires of the temperature sensor is at least partially formed as the spring element.
  • at least one at least partially designed as a spring element connecting wire is not a separate spring element for pressing the
  • all connecting wires are each or together formed as a spring element.
  • the connecting wires formed as spring element preferably have a material with good elastic and electrically conductive properties. It may be provided according to the invention that a connecting wire has a plurality of materials, wherein of the materials, at least one first material has particularly good electrical conductivities and a second material has particularly good spring-elastic properties.
  • a temperature sensor can be produced by simple means and inexpensively, in particular since no additional components are required.
  • At least two connecting wires are twisted together.
  • at least one of the leads has an outer electrical insulation layer.
  • Sensor head of the temperature sensor is pressed with a predetermined or sufficient pressure force against the measuring point. More preferably, in a battery system according to the invention
  • the at least one spring element is formed helical spring-like and / or twisted. Under helical spring-like is
  • a geometric shape is understood that is spirally formed around a central longitudinal axis. It is inventively preferred that a distance of the spring element to the longitudinal axis along the longitudinal axis is constant or substantially constant.
  • Spring element can be produced by simple means and inexpensively. According to a preferred embodiment of the invention is at least one
  • at least one measuring point can be formed directly on a battery cell.
  • the measuring points are distributed uniformly or substantially uniformly. The closer the measuring points to the
  • Battery cells measurable are measurable. Such measuring points, in particular on the cell housing or cell cover, have the advantage that they are directly adjacent to the battery management system.
  • the connecting wires are electrically coupled to a circuit board of the battery management system and / or held on a circuit board of the battery management system.
  • the board is designed for receiving further electronic components or modules of the battery management system. More preferably, the board is arranged on one of the battery unit side facing the battery management system.
  • the leads are held to the board via the electrical coupling, e.g. by means of a soldering or welding point. Such an arrangement is inexpensive and can be produced or assembled by simple means.
  • a sensor head is fixed to a measuring point, in particular by means of an adhesive.
  • the sensor head can also be fixed at the measuring point by other known means, eg by means of a soldering and / or welding point, clamping connection or like.
  • Such a fixation of the sensor head at the measuring point has the advantage that the sensor head is secured against unintentional lifting of the measuring point by simple means and inexpensively. In this way, a particularly reliable measurement of the temperature is ensured.
  • the battery unit at the measuring point have a first contact surface which corresponds to a second contact surface of the sensor head such that a common contact surface of the battery unit and the sensor head is formed.
  • the first contact surface and the second contact surface are, for example, plate-shaped or flat.
  • the first contact surface is, for example, concave and the second contact surface convexly formed with a corresponding radius of curvature.
  • a method for mounting a battery system according to the invention comprises the following steps:
  • Temperature sensor is pressed against a measuring point of the battery unit.
  • a battery unit having a plurality of battery cells connected in series and / or in parallel is provided.
  • the battery unit preferably has a cell housing surrounding the battery cells.
  • the battery management system has a
  • the electrical coupling is preferably carried out by soldering, welding or plugging.
  • the mechanical fastening preferably takes place by means of the electrical coupling.
  • the spring element is compressed so that a preferably predefined or substantially predefined spring force is built, which presses the sensor head against the measuring point and thus hinders lifting of the sensor head of the measuring point or prevented.
  • the sensor head is fixed by further means at the measuring point, such as. B. by means of an adhesive.
  • Figure 1 in a side view a preferred embodiment of a
  • FIG. 2a shows a side view of a first embodiment of a battery system according to the invention
  • FIG. 2b shows a side view of a second embodiment of a
  • Fig. 1 shows a side view schematically a preferred embodiment of a battery cell according to the invention 1.
  • the battery cell 1 has a
  • Battery unit 2 with a plurality of interconnected battery cells 3 and a battery management system 4 for monitoring the battery system 1 on.
  • the battery unit 2 has a cell housing 10 with a cell lid 11.
  • Between the battery management system 4 and the cell cover 11 are a plurality of temperature sensors 5 with a sensor head 6 and two as
  • Spring element 8 formed connecting wires 7 arranged.
  • Spring elements 8 are compressed such that the sensor heads 6 are pressed with a predefined force against measuring points 9 on the cell lid 11. Thus, a reliable measurement of the temperatures at the measuring points 9 is ensured.
  • Fig. 2a is a first embodiment of an inventive
  • Temperature sensor 5 schematically shown in a side view.
  • the temperature sensor 5 has a sensor head 6 with an oval longitudinal section and two connection wires 7 arranged next to one another, which are coupled in an electrically communicating manner with the sensor head 6 and in each case as spring elements 8 which are twisted separately from one another.
  • Embodiment of a temperature sensor according to the invention 5 has a sensor head 6 with a rectangular or square longitudinal section and two juxtaposed connecting wires 7, which with the
  • Sensor head 6 are electrically communicating coupled and each formed as separately twisted spring elements 8.
  • the third embodiment of a temperature sensor 5 according to the invention is shown schematically in a side view in FIG. 2c.
  • the temperature sensor 5 has a sensor head 6 with an oval longitudinal section and two
  • connecting wires 7 are each formed in a region adjacent to the sensor head 6 as a twisted spring elements 8.
  • Embodiment also be provided a sensor head 6 with a rectangular or square longitudinal section.
  • a sensor arrangement with a temperature sensor 5 according to the first embodiment is shown schematically in a side view.
  • the sensor head 6 with oval longitudinal section facing away from the
  • Connecting wires 7 are electrically communicatingly coupled to a circuit board 12 of a battery management system 4, not shown, and thus mechanically held on the circuit board 12.
  • the sensor head 6 lies on one
  • Measuring point 9 is pressed with a defined or substantially defined force.
  • a sensor arrangement with a temperature sensor 5 according to the second embodiment is shown schematically in a side view.
  • Sensor head 6 with rectangular or square longitudinal section facing away from the spring elements 8 parallel juxtaposed, separately twisted connecting wires 7 are electrically communicating with a circuit board 12 of a not further shown battery management system 4 and thus mechanically held on the circuit board 12.
  • the sensor head 6 rests on a measuring point 9 of a cell lid 11 of the battery unit 2, not shown further.
  • the spring element 8 is compressed in such a way that the sensor head 6 is pressed against the measuring point 9 with a defined or substantially defined force.
  • the sensor head 6 according to the second
  • Embodiment has a larger common contact area with the Cell cover 11 as shown in Fig. 3a sensor head 6 according to the first embodiment.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Temperatursensor (5) zum Messen einer Temperatur eines Batteriesystems (1) zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Der Temperatursensor (5) weist einen Sensorkopf (6) und mit dem Sensorkopf elektrisch gekoppelte Anschlussdrähte (7) auf. Mindestens einer der Anschlussdrähte (7) ist zumindest teilweise als ein Federelement (8) ausgebildet ist oder bildet zumindest einen Teil eines Federelements (8), wobei das Federelement (8) schraubenfederförmig oder verdrillt ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriesystem (1) mitmindestens einem Temperatursensor (5) zum Messen einer Temperatur mindestens einer Batteriezelle (3),wobei der Temperatursensor (5) mindestens ein Federelement (8) aufweist, das mechanisch an einen Sensorkopf (6) des Temperatursensor (5) angebunden und derart an dem Batteriemanagementsystem (4) befestigt ist, dass der Sensorkopf (6) von dem Federelement (8) auf eine Messstelle (9) an einer Batterieeinheit (2) des Batteriesystems (1) gedrückt wird. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Montieren eines derartigen Batteriesystems (1).

Description

Beschreibung
Titel
Temperatursensor, Batteriesystem und Verfahren zum Montieren eines
Batteriesystems
Stand der Technik
Batteriesysteme, insbesondere Li-Ionen-Batteriesysteme, werden oftmals als Energiespeicher für einen Antriebsmotor von Hybrid- bzw. Elektrofahrzeugen genutzt. Bekannte Li-Ionen-Batteriesysteme weisen eine Mehrzahl von Li-Ionen-
Batteriezellen auf, die elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Zur Gewährleistung einer Betriebssicherheit weisen derartige
Batteriesysteme ein Batteriemanagementsystem auf, mittels dessen die
Batteriezellen bzw. Parameter der Batteriezellen, wie z.B. Spannungen, Ströme und Ladungen überwachbar sind.
Zur Gewährleistung einer optimalen Leistung sowie einer möglichst geringen Alterung und einer hohen Betriebssicherheit hat es sich bewährt, Temperaturen von Batteriesystemen zu überwachen und somit den Betrieb des Batteriesystems innerhalb eines vorgegebenen Temperaturfensters regeln zu können. Hierbei ist insbesondere eine Überwachung der Temperatur der einzelnen Batteriezellen von Bedeutung. Auf Basis der ermittelten Temperaturen der Batteriezellen kann beispielsweise eine Kühlvorrichtung zum Kühlen der Batteriezellen auf eine optimale Arbeitstemperatur geregelt werden. Ferner sind die ermittelten
Temperaturen dem Batteriemanagementsystem zur Leistungsprädiktion der
Batteriezellen auf Basis temperaturabhängiger Batteriezellenparameter, wie beispielsweise Innenwiderstände oder Stromgrenzen, bereitstellbar. Schließlich ist es aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Lithium bei Li-Ionen- Batteriezellen zur Gewährleistung der Betriebssicherheit von besonderer Wichtigkeit, dass die Batteriezellen eine vorgegebene Maximaltemperatur nicht überschreiten, da oberhalb der Maximaltemperatur eine erhöhte
Explosionsgefahr besteht.
In der Praxis hat es sich zur Reduzierung von Kosten bewährt, bei
Batteriesystemen mit einer Vielzahl von Batteriezellen die Temperatur von nur wenigen Batteriezellen bzw. an wenigen Messstellen im Batteriesystem mittels Temperatursensoren zu überwachen. Für die Integration eines
Temperatursensors in das Batteriesystem sind demnach eine gute thermische Anbindung des Temperatursensors an die Messstelle sowie eine elektrische Kopplung an das Batteriemanagementsystem zu berücksichtigen. Eine thermische Anbindung ist beispielsweise durch mechanisches Andrücken des Temperatursensors an die Messstelle oder eine Fixierung, wie z.B. durch Löten, Schweißen, Schrauben oder Kleben, herstellbar. Für eine elektrische Kopplung kommen Steckersysteme, eine Integration in Flexfolien oder das Anlöten von Anschlussdrähten des Temperatursensors an das Batteriemanagementsystem zum Einsatz.
Bei bekannten Batteriesystemen verursacht die Integration der
Temperatursensoren, insbesondere bei einer elektrischen Kopplung mittels eines Steckersystems, oftmals hohe Kosten. Zur mechanischen Anbindung des Temperatursensors an die Messstelle, insbesondere durch Schrauben, Löten oder Nieten, ist oftmals eine aufwändige Modifikation der Messstelle erforderlich. Ein direkter Kontakt zur Batteriezelle ist hierbei i.d.R. nicht möglich. Ferner sind bekannte Temperatursensoren starr bzw. im Wesentlichen starr ausgebildet, so dass bereits geringe Abweichungen eines Abstands zwischen Messstelle und Anbindungsstelle des Temperatursensors an dem Batteriemanagementsystem bei der Integration des Temperatursensors berücksichtigt werden müssen, um eine optimale Messung der Temperatur zu gewährleisten und beispielsweise einen Spalt zwischen Temperatursensor und Messstelle zu vermeiden. Des Weiteren werden Batteriesysteme immer komplexer und weisen oftmals einen geringen Bauraum für Temperatursensoren auf, so dass keine standardmäßigen, sondern speziell ausgebildete Temperatursensoren verwendet werden müssen. Dies verursacht ebenfalls hohe Herstellungskosten sowie einen hohen
Qualifizierungsaufwand. Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur in einem Batteriesystem gemäß Anspruch 1, ein Batteriesystem zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines Elektromotors mit elektrischer Energie gemäß Anspruch 4 sowie ein Verfahren zum Montieren eines derartigen Batteriesystems gemäß Anspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Temperatursensor beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Temperatursensor zum Messen einer Temperatur in einem Batteriesystem zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie bereitgestellt. Der Temperatursensor weist einen Sensorkopf und mit dem Sensorkopf elektrisch gekoppelte Anschlussdrähte auf.
Vorzugsweise weist der Temperatursensor zwei Anschlussdrähte auf.
Mindestens einer der Anschlussdrähte ist zumindest teilweise als ein
Federelement ausgebildet oder bildet zumindest einen Teil eines Federelements, wobei das Federelement schraubenfederförmig oder verdrillt ausgebildet ist.
Der Sensorkopf ist zum Messen der Temperatur mit einer Messstelle eines Batteriesystems in Kontakt bringbar. Die Anschlussdrähte sind mit einem
Batteriemanagementsystem eines Batteriesystems derart elektrisch koppelbar, insbesondere mittels einer Lötung, dass vom Sensorkopf aufgenommene Temperaturen über elektrische Signale, z.B. aufgrund eines veränderten elektrischen Innenwiderstands des Temperatursensors, dem
Batteriemanagementsystem bereitstellbar sind.
Der Temperatursensor weist mindestens ein Federelement mit einer
vorzugsweise linearen Federkonstante auf. Vorzugsweise ist das Federelement zum Ein- und Ausfedern entlang einer Geraden ausgebildet. Eine Federkraft weist somit unabhängig von einem Stauchungsgrad des Federelements stets in dieselbe Richtung. Das Federelement ist mechanisch an den Sensorkopf angebunden. Das bedeutet, dass eine in dem Federelement gespeicherte Federkraft an den Sensorkopf weitergeleitet wird. Somit ist der Sensorkopf durch das Federelement mit dessen Federkraft auf die Messstelle drückbar.
Vorzugsweise ist die Federkraft derart bemessen, dass ein Ablösen des
Sensorkopfes von der Messstelle, z.B. aufgrund mechanischer Schwingungen während der Fahrt eines Fahrzeugs, vermieden wird. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Federelement und die Anschlussdrähte verschiedene
Bauteile sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Anschlussdrähte zumindest einen flexiblen bzw. leicht verformbaren Teilbereich aufweisen, in dem die Anschlussdrähte z.B. kabeiförmig ausgebildet sind, um eine Federbewegung des Federelements bzw. eine relative Bewegbarkeit des Sensorkopfs zum Batteriemanagementsystem nicht zu blockieren.
Der erfindungsgemäße Temperatursensor hat den Vorteil, dass er mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar sowie montierbar ist, wobei durch das Federelement ein lineares Anpressen des Sensorkopfs an eine Messstelle innerhalb eines Batteriesystems und somit eine zuverlässige Messung der
Temperatur gewährleistbar ist. Ferner sind derartige Temperatursensoren mit Federelementen als Standardbauteile bereitstellbar und für unterschiedlich ausgebildete Batteriesysteme verwendbar, insbesondere bei stark begrenztem Bauraum sowie bei variablen Anständen zwischen einer Batterieeinheit und einem Batteriemanagementsystem des Batteriesystems.
Vorzugsweise ist das Federelement zumindest teilweise aus einer Verdrillung mindestens zweier Anschlussdrähte gebildet. Zur Vermeidung eines
Kurzschlusses ist es bevorzugt, dass mindestens einer der Anschlussdrähte eine äußere elektrische Isolierungsschicht aufweist. Durch die Verdrillung bilden die
Anschlussdrähte gemeinsam das Federelement und weisen eine geometrische Form mit besonders günstigen federelastischen Eigenschaften auf. Somit ist auf einfache sowie kostengünstige Art und Weise gewährleistet, dass der
Sensorkopf des Temperatursensors mit einer vorgegebenen bzw. ausreichenden Druckkraft gegen eine Messstelle innerhalb eines Batteriesystems drückbar ist. Besonders bevorzugt ist der Temperatursensor als NTC-Sensor ausgebildet. Ein NTC-Sensor weist einen elektrischen Innenwiderstand auf, der mit steigenden Temperaturen am Sensorkopf abnimmt. Derartige Temperatursensoren sind kostengünstig sowie mit einfachen Mitteln herstellbar und für die
Temperaturmessungen von Batterieeinheiten bzw. Batteriezellen, insbesondere von Li-Ionen-Batterieeinheiten bzw. -zellen, gut geeignet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Batteriesystem zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines Elektromotors eines
Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie bereitgestellt. Das Batteriesystem weist eine Batterieeinheit mit mindestens einer wiederaufladbaren Batteriezelle, ein Batteriemanagementsystem zum Überwachen des Batteriesystems sowie mindestens einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur der mindestens einen Batteriezelle auf. Der Temperatursensor weist einen
Sensorkopf sowie mit dem Sensorkopf elektrisch gekoppelte Anschlussdrähte auf. Ferner weist der Temperatursensor mindestens ein Federelement auf, das mechanisch an den Sensorkopf angebunden und derart an dem
Batteriemanagementsystem befestigt ist, dass der Sensorkopf von dem
Federelement auf eine Messstelle der mindestens einen Batteriezelle gedrückt wird.
Das Batteriesystem ist vorzugsweise ein in sich geschlossenes System, das beispielsweise von einem Systemgehäuse zum Schutz vor äußeren Einflüssen, wie z.B. mechanischen Belastungen oder Feuchtigkeit, eingefasst bzw. umgeben ist und Anschlusspole zur Aufnahme bzw. Abgabe elektrischer Energie aufweist. Das Batteriesystem ist vorzugsweise für die Versorgung eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs, wie z.B. eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, mit elektrischer Energie ausgebildet.
Die Batterieeinheit weist mindestens eine wiederaufladbare Batteriezelle, wie z.B. eine Li-Ionen-Batteriezelle, auf. Vorzugsweise weist die Batteriezelle eine Mehrzahl solcher Batteriezellen auf, die seriell oder parallel miteinander verschaltet bzw. gekoppelt sind, z.B. mittels bekannter Zellverbinder für
Batteriezellen, um eine bestimmte Nennspannung sowie Nennstromstärke der Batterieeinheit bereitzustellen. Das Batteriemanagementsystem ist zum
Überwachen des Batteriesystems ausgebildet.
Zum Messen einer Temperatur der mindestens einen Batteriezelle weist das Batteriesystem mindestens einen Temperatursensor mit einem Sensorkopf sowie elektrisch mit dem Sensorkopf gekoppelten Anschlussdrähten auf. Der
Sensorkopf steht zum Messen der Temperatur im Kontakt mit der Messstelle des Batteriesystems. Vorzugsweise weist das Batteriesystem mehrere
Temperatursensoren auf, die zum Messen von Temperaturen verschiedener Messstellen, insbesondere zum Bestimmen von Temperaturen verschiedener Batteriezellen, voneinander beabstandet im Batteriesystem angeordnet sind. Die Anschlussdrähte sind mit dem Batteriemanagementsystem derart elektrisch gekoppelt, insbesondere mittels einer Lötung, dass vom Sensorkopf
aufgenommene Temperaturen über elektrische Signale dem
Batteriemanagementsystem bereitstellbar sind.
Der Temperatursensor weist mindestens ein Federelement mit einer
vorzugsweise linearen Federkonstante auf. Vorzugsweise ist das Federelement zum Ein- und Ausfedern entlang einer Geraden ausgebildet. Eine Federkraft kann somit unabhängig von einem Stauchungsgrad des Federelements stets in dieselbe Richtung weisen. Das Federelement ist mechanisch an den Sensorkopf angebunden. Das bedeutet, dass eine in dem Federelement gespeicherte Federkraft an den Sensorkopf weitergeleitet wird. Somit wird der Sensorkopf durch das Federelement mit dessen Federkraft auf die Messstelle gedrückt. Vorzugsweise ist die Federkraft derart bemessen, dass ein Ablösen des
Sensorkopfes von der Messstelle, z.B. aufgrund mechanischer Schwingungen während der Fahrt eines Fahrzeugs, vermieden wird. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Federelement und die Anschlussdrähte verschiedene Bauteile sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Anschlussdrähte zumindest einen flexiblen bzw. leicht verformbaren Teilbereich aufweisen, in dem die Anschlussdrähte z.B. kabeiförmig ausgebildet sind, um eine Federbewegung des Federelements bzw. eine relative Bewegbarkeit des Sensorkopfs zum Batteriemanagementsystem nicht zu blockieren. Das erfindungsgemäße Batteriesystem hat den Vorteil, dass es mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig montierbar ist, wobei durch das Federelement ein Anpressen des Sensorkopfs an die Messstelle und somit eine zuverlässige Messung der Temperatur gewährleistet wird. Ferner sind derartige
Temperatursensoren mit Federelementen als Standardbauteile bereitstellbar und für unterschiedlich ausgebildete Batteriesysteme verwendbar, insbesondere bei stark begrenztem Bauraum sowie bei variablen Anständen zwischen
Batterieeinheit und Batteriemanagementsystem.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass mindestens einer der Anschlussdrähte des Temperatursensors zumindest teilweise als das Federelement ausgebildet ist. Bei mindestens einem zumindest teilweise als Federelement ausgebildeten Anschlussdraht ist kein separates Federelement zum Andrücken des
Sensorkopfs an die Messstelle mehr erforderlich. Vorzugsweise sind sämtliche Anschlussdrähte jeweils oder gemeinsam als Federelement ausgebildet. Die als Federelement ausgebildeten Anschlussdrähte weisen vorzugsweise ein Material mit guten federelastischen sowie elektrisch leitenden Eigenschaften auf. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein Anschlussdraht mehrere Materialien aufweist, wobei von den Materialien mindestens ein erstes Material besonders gute elektrische Leitfähigkeiten und ein zweites Material besonders gute federelastische Eigenschaften aufweist. Ein derartiger Temperatursensor ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar, insbesondere da keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind.
Vorzugsweise sind bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem mindestens zwei Anschlussdrähte miteinander verdrillt. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses ist es bevorzugt, dass mindestens einer der Anschlussdrähte eine äußere elektrische Isolierungsschicht aufweist. Durch die Verdrillung bilden die
Anschlussdrähte gemeinsam das Federelement und weisen eine geometrische Form mit besonders günstigen federelastischen Eigenschaften auf. Somit ist auf einfache sowie kostengünstige Art und Weise gewährleistbar, dass der
Sensorkopf des Temperatursensors mit einer vorgegebenen bzw. ausreichenden Druckkraft gegen die Messstelle gedrückt wird. Weiter bevorzugt kann bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem
vorgesehen sein, dass das mindestens eine Federelement schraubenfederartig und/oder verdrillt ausgebildet ist. Unter schraubenfederartig wird
erfindungsgemäß eine geometrische Form verstanden, die spiralförmig um eine zentrale Längsachse gewickelt ausgebildet ist. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein Abstand des Federelements zur Längsachse entlang der Längsachse konstant bzw. im Wesentlichen konstant ist. Ein solches
Federelement ist mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig herstellbar. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine
Messstelle der Batterieeinheit an einem Zellgehäuse, einem Zellverbinder oder einem Zelldeckel der Batterieeinheit ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Messstelle direkt an einer Batteriezelle ausgebildet sein. Bei mehreren Messstellen ist bevorzugt, wenn die Messstellen gleichmäßig bzw. im Wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. Je näher die Messstellen an den
Batteriezellen ausgebildet sind, desto präziser ist eine Temperatur der
Batteriezellen messbar. Derartige Messstellen, insbesondere am Zellgehäuse oder Zelldeckel, haben den Vorteil, dass diese dem Batteriemanagementsystem direkt benachbart sind.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Anschlussdrähte mit einer Platine des Batteriemanagementsystems elektrisch gekoppelt und/oder an einer Platine des Batteriemanagementsystems gehalten sind. Vorzugsweise ist die Platine zur Aufnahme weiterer elektronischer Komponenten bzw. Module des Batteriemanagementsystems ausgebildet. Weiter bevorzugt ist die Platine auf einer der Batterieeinheit zugewandten Seite des Batteriemanagementsystems angeordnet. Vorzugsweise sind die Anschlussdrähte über die elektrische Kopplung an der Platine gehalten, z.B. mittels einer Löt- oder Schweißstelle. Eine derartige Anordnung ist kostengünstig sowie mit einfachen Mitteln herstellbar bzw. montierbar.
Vorzugsweise ist bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem ein Sensorkopf an einer Messstelle fixiert, insbesondere mittels eines Klebers. Alternativ kann der Sensorkopf auch über andere bekannte Mittel an der Messstelle fixiert werden, z.B. mittels einer Löt- und/oder Schweißstelle, Klemmverbindung oder dergleichen. Eine derartige Fixierung des Sensorkopfs an der Messstelle hat den Vorteil, dass der Sensorkopf gegen ein unbeabsichtigtes Anheben von der Messstelle mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gesichert ist. Auf diese Weise wird eine besonders zuverlässige Messung der Temperatur gewährleistet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einem Batteriesystem die Batterieeinheit an der Messstelle eine erste Kontaktfläche aufweisen, die mit einer zweiten Kontaktfläche des Sensorkopfs derart korrespondiert, dass eine gemeinsame Kontaktfläche von Batterieeinheit und Sensorkopf ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche beispielsweise plattenförmig bzw. flach ausgebildet sind. Alternativ ist die erste Kontaktfläche beispielsweise konkav und die zweite Kontaktfläche konvex mit einem korrespondierenden Krümmungsradius ausgebildet. Somit wird mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig gewährleistet, dass die ersten Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche eine möglichst große gemeinsame Kontaktfläche aufweisen. Hierdurch wird ein guter Wärmeübergang und somit eine besonders zuverlässige Messung der Temperatur an der
Messstelle gewährleistet.
Sämtliche Vorteile, die zum Temperatursensor gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung genannt worden sind, gelten selbstverständlich auch für das
Batteriesystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Montieren eines erfindungsgemäßen Batteriesystems bereitgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- Bereitstellen einer Batterieeinheit mit mindestens einer Batteriezelle,
- Bereitstellen eines Batteriemanagementsystems zum Überwachen des
Batteriesystems,
- elektrisches Koppeln und mechanisches Befestigen eines Anschlussdrahts eines Temperatursensors an das Batteriemanagementsystem, und
- Anordnen des Batteriemanagementsystems derart relativ zur Batterieeinheit, dass ein vom Batteriemanagementsystem abgewandter Sensorkopf des Temperatursensors von mindestens einem Federelement des
Temperatursensors gegen eine Messstelle der Batterieeinheit gedrückt wird. Vorzugsweise wird eine mehrere seriell und/oder parallel miteinander verschaltete Batteriezellen aufweisende Batterieeinheit bereitgestellt. Die Batterieeinheit weist vorzugsweise mit einem die Batteriezellen umgebenden Zellgehäuse bereitgestellt. Das Batteriemanagementsystem weist eine
Anschlussstelle zum Anschließen bzw. elektrischen Koppeln der
Anschlussdrähte des mindestens einen Temperatursensors auf. Das elektrische Koppeln erfolgt vorzugsweise durch Löten, Schweißen oder Stecken. Das mechanische Befestigen erfolgt vorzugsweise mittels der elektrischen Kopplung. Beim Anordnen des Batteriemanagementsystems an der Batterieeinheit wird das Federelement derart komprimiert, dass eine vorzugsweise vordefinierte bzw. im Wesentlichen vordefinierte Federkraft aufgebaut wird, die den Sensorkopf gegen die Messstelle drückt und somit ein Abheben des Sensorkopfes von der Messstelle behindert bzw. verhindert. Vorzugsweise wird der Sensorkopf über weitere Mittel an der Messstelle fixiert, wie z. B. mittels eines Klebemittels. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Batteriesystem mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig montierbar, wobei ein Anhaften des Sensorkopfs an der Messstelle sichergestellt wird. Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren sämtliche Vorteile auf, die bereits im Zusammenhang mit dem
erfindungsgemäßen Batteriesystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Batteriesystems anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Batteriesystems, Figur 2a in einer Seitenansicht eine erste Ausführungsform eines
Temperatursensors,
Figur 2b in einer Seitenansicht eine zweite Ausführungsform eines
Temperatursensors, Figur 2c in einer Seitenansicht eine dritte Ausführungsform eines
Temperatursensors,
Figur 3a in einer Seitenansicht eine Sensoranordnung mit dem
Temperatursensor aus Fig. 2a, und
Figur 3b in einer Seitenansicht eine Sensoranordnung mit dem
Temperatursensor aus Fig. 2b.
Fig. 1 zeigt in einer Seitenansicht schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 1. Die Batteriezelle 1 weist eine
Batterieeinheit 2 mit mehreren miteinander verschalteten Batteriezellen 3 sowie einem Batteriemanagementsystem 4 zum Überwachen des Batteriesystems 1 auf. Die Batterieeinheit 2 weist ein Zellgehäuse 10 mit einem Zelldeckel 11 auf. Zwischen dem Batteriemanagementsystem 4 und dem Zelldeckel 11 sind mehrere Temperatursensoren 5 mit einem Sensorkopf 6 und zwei als
Federelement 8 ausgebildeten Anschlussdrähten 7 angeordnet. Die
Federelemente 8 sind derart komprimiert, dass die Sensorköpfe 6 mit einer vordefinierten Kraft gegen Messstellen 9 auf dem Zelldeckel 11 gedrückt werden. Somit wird eine zuverlässige Messung der Temperaturen an den Messstellen 9 gewährleistet.
In Fig. 2a ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Temperatursensors 5 schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Der Temperatursensor 5 weist einen Sensorkopf 6 mit einem ovalen Längsschnitt sowie zwei nebeneinander angeordnete Anschlussdrähte 7 auf, die mit dem Sensorkopf 6 elektrisch kommunizierend gekoppelt und jeweils als separat voneinander verdrillte Federelemente 8 ausgebildet sind.
Die in Fig. 2b schematisch in einer Seitenansicht abgebildete zweite
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperatursensors 5 weist einen Sensorkopf 6 mit einem rechteckigen bzw. quadratischen Längsschnitt sowie zwei nebeneinander angeordnete Anschlussdrähte 7 auf, die mit dem
Sensorkopf 6 elektrisch kommunizierend gekoppelt und jeweils als separat voneinander verdrillte Federelemente 8 ausgebildet sind. Die dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Temperatursensors 5 ist in Fig. 2c in einer Seitenansicht schematisch gezeigt. Der Temperatursensor 5 weist einen Sensorkopf 6 mit einem ovalen Längsschnitt sowie zwei
nebeneinander angeordnete Anschlussdrähte 7 auf, die mit dem Sensorkopf 6 elektrisch kommunizierend gekoppelt sind. Die Anschlussdrähte 7 sind jeweils in einem dem Sensorkopf 6 benachbarten Bereich als verdrillte Federelemente 8 ausgebildet. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß in dieser
Ausführungsform auch ein Sensorkopf 6 mit rechteckigem bzw. quadratischem Längsschnitt vorgesehen sein.
In Fig. 3a ist eine Sensoranordnung mit einem Temperatursensor 5 gemäß der ersten Ausführungsform schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Dem Sensorkopf 6 mit ovalem Längsschnitt abgewandte Enden der zu
Federelementen 8 parallel nebeneinander angeordneten, separat verdrillten
Anschlussdrähte 7 sind mit einer Platine 12 eines nicht weiter dargestellten Batteriemanagementsystems 4 elektrisch kommunizierend gekoppelt und somit mechanisch an der Platine 12 gehalten. Der Sensorkopf 6 liegt auf einer
Messstelle 9 eines Zelldeckels 11 der nicht weiter dargestellten Batterieeinheit 2 auf. Das Federelement 8 ist derart komprimiert, dass der Sensorkopf 6 gegen die
Messstelle 9 mit einer definierten bzw. im Wesentlichen definierten Kraft gedrückt wird.
In Fig. 3b ist eine Sensoranordnung mit einem Temperatursensor 5 gemäß der zweiten Ausführungsform schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Dem
Sensorkopf 6 mit rechteckigem bzw. quadratischem Längsschnitt abgewandte Enden der zu Federelementen 8 parallel nebeneinander angeordneten, separat verdrillten Anschlussdrähte 7 sind mit einer Platine 12 eines nicht weiter dargestellten Batteriemanagementsystems 4 elektrisch kommunizierend gekoppelt und somit mechanisch an der Platine 12 gehalten. Der Sensorkopf 6 liegt auf einer Messstelle 9 eines Zelldeckels 11 der nicht weiter dargestellten Batterieeinheit 2 auf. Das Federelement 8 ist derart komprimiert, dass der Sensorkopf 6 gegen die Messstelle 9 mit einer definierten bzw. im Wesentlichen definierten Kraft gedrückt wird. Der Sensorkopf 6 gemäß der zweiten
Ausführungsform weist eine größere gemeinsame Kontaktfläche mit dem Zelldeckel 11 auf als der in Fig. 3a gezeigte Sensorkopf 6 gemäß der ersten Ausführungsform.

Claims

Ansprüche
1. Temperatursensor (5) zum Messen einer Temperatur eines
Batteriesystems (1) zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, aufweisend einen Sensorkopf (6) und mit dem Sensorkopf elektrisch gekoppelte Anschlussdrähte (7),
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Anschlussdrähte (7) zumindest teilweise als Federelement (8) ausgebildet ist oder zumindest einen Teil eines Federelements (8) bildet, wobei das Federelement (8)
schraubenfederförmig oder verdrillt ausgebildet ist.
2. Temperatursensor (5) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Federelement (8) zumindest teilweise aus einer Verdrillung mindestens zweier Anschlussdrähte (7) gebildet ist.
3. Temperatursensor (5) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperatursensor (5) als NTC-Sensor ausgebildet ist.
4. Batteriesystem (1) zum Speichern elektrischer Energie sowie zum
Versorgen eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie, aufweisend eine Batterieeinheit (2) mit mindestens einer wiederaufladbaren Batteriezelle (3), ein Batteriemanagementsystem (4) zum Überwachen des Batteriesystems (1) sowie mindestens einen Temperatursensor (5) zum Messen einer Temperatur der mindestens einen Batteriezelle (3), wobei der Temperatursensor (5) einen Sensorkopf (6) sowie mit dem Sensorkopf (6) elektrisch gekoppelte Anschlussdrähte (7) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperatursensor (5) mindestens ein Federelement (8) aufweist, das mechanisch an den Sensorkopf (6) angebunden und derart an dem Batteriemanagementsystem (4) befestigt ist, dass der Sensorkopf (6) von dem Federelement (8) auf eine Messstelle (9) der mindestens einen Batteriezelle (3) gedrückt wird.
5. Batteriesystem (1) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Temperatursensor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist.
6. Batteriesystem (1) nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Messstelle (9) der Batterieeinheit (2) an einem Zellgehäuse (10), einem Zellverbinder oder einem Zelldeckel (11) der Batterieeinheit (2) ausgebildet ist.
7. Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anschlussdrähte mit einer Platine (12) des
Batteriemanagementsystems (4) elektrisch gekoppelt und/oder an einer Platine (12) des Batteriemanagementsystems (4) gehalten sind. Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensorkopf (6) an der Messstelle (9) fixiert ist, insbesondere mittels eines Klebers.
Batteriesystem (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Batterieeinheit (2) an der Messstelle (9) eine erste Kontaktfläche aufweist, die mit einer zweiten Kontaktfläche des Sensorkopfs (6) derart korrespondiert, dass eine gemeinsame Kontaktfläche von Batterieeinheit (2) und Sensorkopf (6) ausgebildet ist.
Verfahren zum Montieren eines Batteriesystems (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte:
Bereitstellen einer Batterieeinheit (2) mit mindestens einer Batteriezelle
(3),
Bereitstellen eines Batteriemanagementsystems (4) zum Überwachen des Batteriesystems (1),
elektrisches Koppeln und mechanisches Befestigen eines Anschlussdrahts (7) eines Temperatursensors (5) an das Batteriemanagementsystem (4), und
Anordnen des Batteriemanagementsystems (4) derart relativ zur Batterieeinheit (2), dass ein vom Batteriemanagementsystem (4) abgewandter Sensorkopf (6) des Temperatursensors (5) von mindestens einem Federelement (8) des Temperatursensors (5) gegen eine Messstelle (9) der Batterieeinheit (2) gedrückt wird.
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