WO2024079243A1 - Vorrichtung zur messung einer temperatur in einem batteriepack - Google Patents

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WO2024079243A1
WO2024079243A1 PCT/EP2023/078297 EP2023078297W WO2024079243A1 WO 2024079243 A1 WO2024079243 A1 WO 2024079243A1 EP 2023078297 W EP2023078297 W EP 2023078297W WO 2024079243 A1 WO2024079243 A1 WO 2024079243A1
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WO
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temperature
battery module
temperature sensor
battery
plastic housing
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PCT/EP2023/078297
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Salome Ladeira
Alexander Dörr
Rohith Kumar
Steffen Lorenz
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Webasto SE
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    • 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
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G—PHYSICS
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    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/16—Special arrangements for conducting heat from the object to the sensitive element
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2205/00—Application of thermometers in motors, e.g. of a vehicle

Definitions

  • the present invention relates to a device for measuring a temperature in a battery pack.
  • Temperature sensors for measuring the temperature of battery cells in battery modules are typically integrated within the battery module, with the temperature sensors typically integrated on flexible circuit boards.
  • the thermal connection of the temperature sensor to the battery cell is made via a thermal pad and a mechanical fixation, so that an air gap between the sensor and the cell is avoided by a defined contact pressure.
  • the number and position of the temperature sensors in all battery modules in the battery pack is the same, since all battery modules in a battery pack are usually identical parts, i.e. have the same design. If only the temperature of a specific battery module at a specific location in the battery pack is to be measured, only the temperature sensor at the specific location is used, and the other temperature sensors of the battery module or battery pack are not used. This increases costs unnecessarily.
  • An additional problem is the measurement accuracy and the time delay of the external devices, as these are often not thermally optimally connected to the battery module.
  • an air gap between the temperature sensor and the battery module can distort the measurement results.
  • the ambient temperature of the battery module i.e. the air temperature in the battery pack, can influence the measurement result due to such an air gap, as the external devices are often insufficiently thermally insulated from the ambient air. This can lead to large measurement deviations, especially at low temperatures.
  • a temperature sensor is known which is attached to the module housing from the outside by means of a thermally conductive adhesive.
  • a temperature sensor is known which is attached to a module housing of a battery module with a heating device.
  • an NTC thermistor element for measuring the temperature of a battery cell wherein the thermistor element is arranged on an elastic body, which simultaneously also serves to contact the thermistor.
  • a temperature sensor is known which is arranged on a module housing and in combination with an internal temperature sensor is intended to detect a thermal runaway.
  • a device for measuring a temperature in a battery pack comprising a plastic housing with an opening, a biasing element and a temperature sensor, wherein the biasing element is arranged in the opening of the plastic housing and the temperature sensor is arranged on the biasing element.
  • the temperature sensor is accordingly configured to measure a temperature in the battery pack.
  • the temperature sensor can be configured to measure the air temperature in the battery pack and/or the battery module temperature and/or the battery cell temperature.
  • a battery pack can comprise at least one battery module in which battery cells are interconnected and which can comprise a battery management system. However, several battery modules can also be provided in the battery pack and interconnected.
  • the temperature sensor is designed to convert the measured temperature into an electrical signal and send it to a receiver.
  • the receiver can be a measuring electronics unit.
  • the temperature sensor can be electrically connected to a measuring electronics unit.
  • the temperature sensor is electrically connected to a measuring electronics unit by a connecting cable.
  • connection cable can be routed through the plastic housing to the temperature sensor.
  • the connection cable is attached to the plastic housing, e.g. glued, so that strain relief can be achieved. This can reduce or avoid mechanical stress on the connection points of the temperature sensor and connection cable.
  • the plastic housing protects the temperature sensor from unintentional mechanical impacts. Accordingly, the plastic housing can be made largely hollow so that it acts as a mechanical protective shield for the temperature sensor and the internal electrical connections.
  • the plastic housing has an opening.
  • the opening can be designed so that the temperature sensor measures the temperature through the opening.
  • the opening can therefore be larger than the geometric dimensions of the temperature sensor.
  • the opening can also be smaller than the geometric dimensions of the temperature sensor in order to achieve a particularly good spatial resolution of the temperature measurement.
  • the prestressing element can be designed as a foam strip or can comprise a foam strip.
  • Such a foam tape can comprise an elastic plastic foam.
  • Plastic foam can have a layer thickness of 0.1 mm to 10 mm.
  • a pressure-sensitive adhesive layer can be arranged on and/or under the prestressing element.
  • the pressure-sensitive adhesive layer is in the form of a film or foil.
  • the pre-tensioning element is designed similar to a thick, double-sided adhesive tape.
  • the pre-tensioning element is inserted into the opening of the plastic housing and glued there, for example.
  • the temperature sensor can then be glued onto the pre-tensioning element arranged in the plastic housing.
  • the pre-tensioning element it is also possible for the pre-tensioning element to be attached to the plastic housing using an adhesive and/or for the temperature sensor to be attached to the pre-tensioning element using an adhesive.
  • the pre-tensioning element particularly when designed as a foam strip, on the back of the temperature sensor can, to a certain extent, reduce the thermal influence of the environment on the temperature sensor.
  • the pre-tensioning element and, in particular, the foam strip can serve as insulation against the environment of the temperature sensor.
  • the temperature measurement is also direction-sensitive, since only the thermal energy that flows to the temperature sensor from the side opposite the biasing element is detected.
  • the temperature sensor on the biasing element is therefore designed to detect the temperature of a specific local area of the battery pack.
  • the device may be oriented or mounted so that the temperature sensor points toward a battery module to determine the temperature of the battery module.
  • the temperature sensor determines the temperature of the battery module
  • other temperature components from the environment such as the air temperature
  • the orientation or attachment of the device is designed in such a way that the temperature component of the battery module provides the main part of the temperature measurement, so that the device can Temperature sensor can actually determine the temperature of the battery module.
  • the device is aligned or mounted in such a way that the temperature sensor points away from the battery module so that only the air temperature in the battery pack can be measured.
  • the temperature sensor determines the air temperature of the battery pack
  • other temperature components from the environment such as the temperature of a battery module
  • the orientation or attachment of the device is designed in such a way that the temperature component of the air temperature provides the main part of the temperature measurement, so that the device can actually determine the air temperature in the battery pack via the temperature sensor.
  • the temperature sensor can be a thermistor.
  • the temperature sensor is, for example, an NTC sensor.
  • a temperature sensor can convert the temperature surrounding the temperature sensor into a measurement signal.
  • the measurement signal is coupled to an electrical quantity such as voltage, current or resistance.
  • thermistors change the electrical resistance with the temperature, so that a measurement of the electrical resistance correlates with a measuring temperature.
  • so-called thermistors or NTC sensors ("negative temperature coefficient")
  • NTC sensors negative temperature coefficient
  • PTC thermistors conduct electrical current better with decreasing temperature, thus reducing the resistance with decreasing temperature.
  • the plastic housing can have a U-shaped cross-section in the area of the opening, whereby the U-shape can have a base wall and two adjoining side walls.
  • a U-shaped design of the cross section has the advantage that the temperature sensor is protected from three sides. This allows the device to be designed to be particularly robust. At the same time, the pre-tensioning element with the temperature sensor can be arranged in the U-shaped opening so that the temperature sensor points out of the opening. This allows the Temperature sensor measures the temperature of the area to which the opening of the plastic housing points.
  • the U-shape can be made up of three walls: firstly, the base wall, which is on the opposite side of the temperature sensor, and two adjacent side walls.
  • the temperature sensor can be located in the plane defined by the opening or above or below this plane.
  • the thickness of the preload element makes it particularly easy to choose the plane in which the temperature sensor is located.
  • the temperature sensor is located in the plane of the opening, below the plane of the opening, or above the plane of the opening.
  • the level of the opening is determined by the shape of the plastic housing that it would have if the opening were closed.
  • the temperature sensor By placing the temperature sensor in the level or below the level of the opening, the temperature sensor can be particularly well protected against external influences. By placing the temperature sensor above the level of the opening, the temperature sensor can contact a specific area of the battery pack particularly well, so that a particularly location-specific temperature measurement can be carried out.
  • Adhesive may be disposed on the back of the plastic housing and/or disposed on the front of the plastic housing.
  • the adhesive may be an adhesive tape or may comprise an adhesive tape.
  • the adhesive can ensure that the plastic housing is securely held to the battery module or battery pack. Since the plastic housing can be glued to the battery module, no structural changes to the battery module are required. The electrical battery module insulation is not affected by the adhesive connection. The position of the temperature sensor on the battery module and in the battery pack can also be flexibly selected, which makes it particularly easy to respond to specific application requirements. The battery modules in the battery pack can therefore continue to be designed as identical parts.
  • the adhesive can be placed on the back of the plastic housing, i.e. on the side opposite the opening.
  • the temperature sensor then shows when attaching the Device on the battery module away from the battery module. Due to the specific arrangement, the temperature sensor then measures the air temperature in the battery pack as the main component of the temperature.
  • the adhesive can also be arranged on the front of the plastic housing, i.e. on the side of the opening.
  • the temperature sensor then points at the battery module when the device is attached to the battery module. Due to the specific arrangement, the temperature sensor then measures the temperature of the battery module as the main component of the temperature.
  • the adhesive can also be applied to the front and back. In production, all devices can then be manufactured as identical parts, regardless of their intended use.
  • a thermal pad can be arranged on the temperature sensor.
  • the thermal pad can be designed to minimize the thermal resistance between the temperature sensor and the battery module and to avoid an air gap between the temperature sensor and the battery module. Due to the high thermal conductivity of the thermal pad, the thermal energy of the battery module can be guided particularly effectively to the temperature sensor, so that a particularly accurate measurement of the temperature can be achieved.
  • the thermal pad can compensate for temperature expansion and prevent an air gap between the temperature sensor and the battery module.
  • the thermal pad can extend beyond the side walls of the plastic housing.
  • the temperature sensor can be located above, below or in the plane of the opening.
  • the preload element can preload the temperature sensor with the thermal pad relative to the battery module.
  • a preload can result from the attachment of the plastic housing to the battery module at the front. By attaching it with the adhesive, the battery module contacts the thermal pad, which in turn is connected to the temperature sensor.
  • the temperature sensor ultimately exerts a force on the preload element, so that the preload element is compressed, which creates the preload of the temperature sensor with the thermal pad against the battery module. In a sense, the preload element ensures that the temperature sensor with the thermal pad is pressed against the battery module as tightly as possible or with a defined force in order to ensure thermal contact.
  • the plastic housing can be arranged with the back with the adhesive on the battery module, with the opening facing away from the battery module, whereby the device is adapted to measure the air temperature in the battery pack as the main temperature component.
  • the device is also suitable as a thermal runaway detection sensor. If the device is placed near a burst disk, for example, which represents a mechanical breaking point in the battery pack, only one device is sufficient to detect the thermal runaway. This is very cost-effective compared to other methods that require CO2 sensors, pressure sensors or numerous temperature sensors.
  • the plastic housing can be arranged with the front side with the adhesive on the battery module, the opening facing the battery module, the thermal pad contacting the battery module, whereby the device is adapted to measure the temperature of the battery module as the main temperature component.
  • Figure 1 is a schematic representation of the device for measuring the
  • Figure 2A, B shows a schematic representation of the device in cross section in the region of the opening and the fastening of the device to a battery module
  • Figure 3A, B, C, D are schematic representations of the device in longitudinal section
  • Figure 4 is a schematic representation of the device for measuring the
  • Figure 1 shows a schematic of the device 1 for measuring the temperature in a battery pack 2.
  • the plastic housing 10 can also be seen, which is arranged on a battery module 20 of the battery pack 2.
  • the battery module 20 comprises and organizes a plurality of battery cells, not explicitly shown here.
  • Connecting cables 140 emerge from the plastic housing 10 and can transmit the electrical signal of a temperature sensor 14 to a measuring electronics (not shown).
  • Figure 2A shows a schematic cross section of the device 1 in the region of an opening 102 in the plastic housing 10.
  • the device 1 comprises the plastic housing 10, a preload element 12, a temperature sensor 14 and a thermal pad 16.
  • the thermal pad 16 is arranged on the temperature sensor 14, the temperature sensor 14 is arranged on the preload element 12 and the preload element 12 is arranged in the opening 102 of the plastic housing 10.
  • the prestressing element 12 may be provided in the form of a foam tape or may comprise a foam tape.
  • the plastic housing 10 has a U-shaped cross-section in the region of the opening 102, so that the prestressing element 12 can be arranged through the opening 102 on the base wall of the plastic housing 10, with two side walls adjoining the base wall.
  • the temperature sensor 12 is located below the level 1020, which is defined by the opening 102. However, due to the applied thermal pad, the temperature sensor 12 can measure the temperature of the battery module 20 contacted by the thermal pad.
  • FIG 2B shows a schematic of the attachment of the device 1 to a battery module 20.
  • adhesive 100 is applied to the front side of the side walls of the plastic housing 10 so that the plastic housing 10 can be glued to the battery module 20.
  • the thermal pad 16 protrudes above the plane 1020 of the opening 102 in the configuration shown in Figure 2A, the preloading element 12 is pressed together when the device 1 is attached to the battery module 20. Accordingly, the preloading element 12 preloads the temperature sensor 14 with the thermal pad 16 relative to the battery module 20. Overall, a particularly good thermal contact is thus achieved between the thermal pad 16 and the battery module 20 so that the temperature of the battery module 20 can be measured particularly easily with the temperature sensor 14.
  • the adhesive 100 may be provided in the form of an adhesive tape or may comprise an adhesive tape.
  • Figure 3A shows a longitudinal section of an embodiment of the device 1, in which the opening 102 is smaller than the geometric dimensions of the temperature sensor 14 and the thermal pad 16 only contacts part of the temperature sensor 14 and protrudes from the opening 102.
  • the temperature sensor is contacted via a connection cable 140, which is fixed in the plastic housing 10 by means of adhesive 100 in order to provide strain relief.
  • the wire diameter of the connection cable 140 can be adjusted via an electronic contact, so that the connection cable 140 leading to the outside is easy to handle.
  • the adhesive 100 is also arranged on the front and the back of the device 1, so that it can be freely decided whether the device 1 should be arranged on the battery module 20 so that the opening 102 points towards the battery module 20 or points away from the battery module 20.
  • the temperature of the battery module 20 can be measured, while in the second case the air temperature in the battery pack 2 can be measured.
  • the adhesive 100 is arranged only on the front side of the plastic housing 10, so that the device 1 is glued to the battery module 20 in such a way that the Thermal pad 16 contacts the battery module 20 and consequently the temperature of the battery module 20 is measured.
  • the adhesive 100 is arranged only on the back of the plastic housing 10, so that the device 1 is glued to the battery module 20 in such a way that the opening 102 faces away from the battery module 20 and the air temperature in the battery pack 2 can thus be measured via a thermal pad 16.
  • the device 1 it is also possible for the device 1 to have no thermal pad, as shown in Figure 3D.
  • the device 1 is shown mounted on a battery module 20, with the opening 102 of the plastic housing 10 pointing away from the battery module 20 so that the air temperature in the battery pack is measured.
  • the temperature sensor 14 is optically accessible, i.e. arranged in the opening 102 without a thermal pad 16.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Messung einer Temperatur, bevorzugt einer Batterie, besonders bevorzugt eines Batteriepacks (2), umfassend ein Kunststoffgehäuse (10) mit einer Öffnung (102), ein Vorspannelement (12) und einen Temperatursensor (14), wobei das Vorspannelement (12) in der Öffnung (102) des Kunststoffgehäuses (10) angeordnet ist und der Temperatursensor (14) auf dem Vorspannelement (12) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur Messung einer Temperatur in einem Batteriepack
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Temperatur in einem Batteriepack.
Stand der Technik
Temperatursensoren für die Messung der Temperatur von Batteriezellen in Batteriemodulen sind typischerweise innerhalb des Batteriemoduls integriert, wobei die Temperatursensoren typischerweise auf flexiblen Leiterplatten integriert sind. Die thermische Anbindung des Temperatursensors an die Batteriezelle erfolgt über ein Wärmeleitpad und eine mechanische Fixierung, so dass durch einen definierten Anpressdruck ein Luftspalt zwischen Sensor und Zelle vermieden wird.
Bei solchen integrierten Temperatursensoren ist die Anzahl und die Position der Temperatursensoren in allen Batteriemodulen im Batteriepack gleich, da in der Regel alle Batteriemodule in einem Batteriepack Gleichteile sind, also gleich ausgebildet sind. Soll nur die Temperatur eines spezifischen Batteriemoduls an einer spezifischen Stelle im Batteriepack gemessen werden, wird nur der Temperatursensor an der spezifischen Position verwendet, wobei die anderen Temperatursensoren des Batteriemoduls oder des Batteriepacks nicht verwendet werden. Dadurch steigen die Kosten unnötig.
Es ist aber auch bekannt, dass externe Temperatursensoren zur Temperaturmessung am Batteriemodulgehäuse nachträglich angebracht werden können, wobei besagte Temperatursensoren typischerweise angeklebt oder in das Batteriemodulgehäuse eingeclipst werden.
Solche externen Vorrichtungen sind jedoch typsicherweise für ein bestimmtes Batteriemodul konstruiert und können nicht für andere Temperaturmessungen im Batteriepack verwendet werden. Für die Befestigung des Temperatursensors sind entsprechend konstruktive Maßnahmen am Batteriemodul erforderlich. Wegen des Gleichteilprinzips sind diese konstruktiven Maßnahmen auch in den Modulen ohne Temperatursensoren zu finden. Zum Teil sind zusätzliche Maßnahmen und/oder Bauteile erforderlich, um die elektrische Isolation des Batteriemoduls zu gewährleisten. Dies erhöht ebenfalls die Kosten.
Ein zusätzliches Problem ist die Messgenauigkeit und die Zeitverzögerung der externen Vorrichtungen, da diese oft nicht thermisch optimal mit dem Batteriemodul kontaktiert sind. Beispielswiese kann ein Luftspalt zwischen Temperatursensor und Batteriemodul die Messergebnisse verfälschen. Zudem kann durch einen solchen Luftspalt die Umgebungstemperatur des Batteriemoduls, also die Lufttemperatur im Batteriepack, das Messergebnis beeinflussen, da die externen Vorrichtungen oft nur unzureichend thermisch zur Umgebungsluft isoliert sind. Besonders bei niedrigen Temperaturen kann dies zu großen Messabweichungen führen.
Aus der CN215266594U ist ein Temperatursensor bekannt, welcher mittels eines thermisch leitfähigen Klebstoffs von außen an das Modulgehäuse angebracht ist.
Aus der EP2889949B1 ist ein Temperatursensor bekannt, welcher an einem Modulgehäuse eines Batteriemoduls mit einer Heizvorrichtung angebracht ist.
Aus der EP2453513B1 ist ein NTC-Thermistorelement zur Temperaturmessung einer Batteriezelle bekannt, wobei das Thermistorelement an einem elastischen Körper angeordnet ist, der gleichzeitig auch zur Kontaktierung des Thermistors dient.
Aus der KR102086842B1 ist ein Temperatursensor bekannt, welcher an einem Modulgehäuse angeordnet ist und in Kombination mit einem inneren Temperatursensor zum Detektieren eines Thermal Runaway vorgesehen ist.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Messen der Temperatur in einem Batteriepack bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einem Batteriepack mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Vorrichtung zum Messen einer Temperatur in einem Batteriepack vorgeschlagen, umfassend ein Kunststoffgehäuse mit einer Öffnung, ein Vorspannelement und einen Temperatursensor, wobei das Vorspannelement in der Öffnung des Kunststoffgehäuses angeordnet ist und auf dem Vorspannelement der Temperatursensor angeordnet ist.
Der Temperatursensor ist entsprechend dazu eingerichtet, eine Temperatur im Batteriepack zu messen. Dabei kann der Temperatursensor dazu eingerichtet sein, die Lufttemperatur in dem Batteriepack und/oder die Batteriemodultemperatur und/oder die Batteriezellentemperatur zu messen.
Ein Batteriepack kann hierbei mindestens ein Batteriemodul umfassen, in welchem Batteriezellen miteinander verschaltet sind und welches ein Batterie-Management-System umfassen kann. Es können aber auch mehrere Batteriemodule in dem Batteriepack vorgesehen und miteinander verschaltet sein.
Der Temperatursensor ist dazu eingerichtet, die gemessene Temperatur in ein elektrisches Signal umzuwandeln und zu einem Empfänger zu senden. Der Empfänger kann eine Messelektronik sein. Zu diesem Zweck kann der Temperatursensor mit einer Messelektronik elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise ist der Temperatursensor mit einer Messelektronikdurch ein Anschlusskabel elektrisch leitend verbunden.
Das Anschlusskabel kann durch das Kunststoffgehäuse zum Temperatursensor geführt werden. Beispielsweise ist das Anschlusskabel in dem Kunststoffgehäuse befestigt, beispielsweise verklebt, so dass eine Zugentlastung realisiert werden kann. Dadurch kann eine mechanische Belastung der Verbindungsstellen von Temperatursensor und Anschlusskabel reduziert oder vermieden werden.
Das Kunststoffgehäuse schützt den Temperatursensor vor unbeabsichtigten mechanischen Einwirkungen. Dementsprechend kann das Kunststoffgehäuse weitgehend hohl ausgeführt werden, so dass es als mechanischer Schutzschild für den Temperatursensor und die innenliegenden elektrischen Verbindungen fungiert.
Das Kunststoffgehäuse weist eine Öffnung auf. Die Öffnung kann hierbei so ausgestaltet sein, dass der Temperatursensor durch die Öffnung hindurch die Temperatur misst. Die Öffnung kann deshalb größer sein als die geometrischen Abmessungen des Temperatursensors. Die Öffnung kann aber auch kleiner sein als die geometrischen Abmessungen des Temperatursensors, um eine besonders gute Ortsauflösung der Temperaturmessung zu erreichen. Das Vorspannelement kann als Schaumband ausgebildet sein oder ein Schaumband umfassen.
Ein solches Schaumband kann einen elastischen Kunststoffschaum umfassen. Der elastische
Kunststoffschaum kann hierbei eine Schichtdicke von 0,1 mm bis 10mm aufweisen.
Auf und/oder unter dem Vorspannelement kann eine haftklebrige Schicht angeordnet sein. Beispielsweise liegt die haftklebrige Schicht in Form eines Films oder einer Folie vor.
Beispielsweise ist das Vorspannelement ähnlich einem dicken, doppelseitigen Klebeband ausgeführt.
Das Vorspannelement wird in die Öffnung des Kunststoffgehäuses eingebracht und dort beispielsweise festgeklebt. Auf dem so im Kunststoffgehäuse angeordneten Vorspannelement kann wiederum der Temperatursensor festgeklebt werden. Es ist aber auch möglich, dass das Vorspannelement durch einen Klebstoff im Kunststoffgehäuse befestigt wird und/oder dass der Temperatursensor auf dem Vorspannelement mit einem Klebstoff befestigt wird.
Durch das Vorspannelement, insbesondere bei einer Ausbildung als Schaumband, auf der Rückseite des Temperatursensors kann gewissermaßen der thermische Einfluss der Umgebung auf den Temperatursensor verringert werden. Gewissermaßen kann das Vorspannelement und insbesondere das Schaumband als Isolation gegen die Umgebung des Temperatursensors dienen.
Indem der Temperatursensor auf dem Vorspannelement angeordnet ist und das Vorspannelement gewissermaßen die Rückseite des Temperatursensors isoliert, ist die Temperaturmessung auch richtungsempfindlich, da nur die thermische Energie, die dem Temperatursensor von der dem Vorspannelement gegenüberliegenden Seite zufließt, detektiert wird. Der Temperatursensor auf dem Vorspannelement ist demnach dazu eingerichtet, die Temperatur eines bestimmten örtlichen Bereiches des Batteriepacks zu detektieren.
Beispielsweise kann die Vorrichtung so ausgerichtet oder angebracht sein, dass der Temperatursensor auf ein Batteriemodul zeigt, um die Temperatur des Batteriemoduls zu bestimmten.
Dabei wird berücksichtigt, dass bei einer Bestimmung der Temperatur des Batteriemoduls durch den Temperatursensor auch andere Temperaturkomponenten aus der Umgebung, wie beispielsweise die Lufttemperatur, einen Einfluss haben können. Die Ausrichtung oder Anbringung der Vorrichtung ist aber so vorgesehen, dass die Temperaturkomponente des Batteriemoduls den hauptsächlichen Anteil der Temperaturmessung liefert, so dass die Vorrichtung über den Temperatursensortatsächlich eine Bestimmung der Temperatur des Batteriemoduls durchführen kann.
Es ist aber auch möglich, dass die Vorrichtung so ausgerichtet oder angebracht ist, dass der Temperatursensor von dem Batteriemodul weg zeigt, so dass lediglich die Lufttemperatur im Batteriepack gemessen werden kann.
Dabei wird berücksichtigt, dass bei einer Bestimmung der Temperatur der Lufttemperatur des Batteriepacks durch den Temperatursensor auch andere Temperaturkomponenten aus der Umgebung, wie beispielsweise die Temperatur eines Batteriemoduls, einen Einfluss haben können. Die Ausrichtung oder Anbringung der Vorrichtung ist aber so vorgesehen, dass die Temperaturkomponente der Lufttemperatur den hauptsächlichen Anteil der Temperaturmessung liefert, so dass die Vorrichtung über den Temperatursensortatsächlich eine Bestimmung der Lufttemperatur im Batteriepack durchführen kann.
Der Temperatursensor kann ein Thermistor sein. Der Temperatursensor ist beispielsweise ein NTC- Sensor.
Ein Temperatursensor kann die den Temperatursensor umgebende Temperatur in ein Messsignal umwandeln. Typischerweise ist das Messsignal an eine elektrische Größe wie Spannung, Strom oder Widerstand gekoppelt.
Sogenannte Thermistoren ändern den elektrischen Widerstand mit der Temperatur, so dass eine Messung des elektrischen Widerstands mit einer Messtemperatur korreliert. Beispielsweise leiten sogenannte Heißleiter, oder auch NTC-Sensoren („Negative Temperature Coefficient“), elektrischen Strom mit steigender Temperatur besser, verringern also den Widerstand mit steigender Temperatur. Beispielsweise leiten Kaltleiter elektrischen Strom mit sinkender Temperatur besser, verringern also den Widerstand mit sinkender Temperatur.
Das Kunststoffgehäuse kann im Bereich der Öffnung einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die U-Form eine Grundwand und zwei daran anschließende Seitenwände aufweisen kann.
Eine U-förmige Ausgestaltung des Querschnitts hat den Vorteil, dass der Temperatursensor von drei Seiten geschützt ist. Dadurch kann die Vorrichtung besonders robust ausgestaltet werden. Gleichzeitig kann das Vorspannelement mit dem Temperatursensor so in der U-förmigen Öffnung angeordnet werden, dass der Temperatursensor aus der Öffnung herauszeigt. Dadurch kann der Temperatursensor die Temperatur des Bereiches messen, auf den die Öffnung des Kunststoffgehäuses zeigt.
Die U-Form kann hierbei aus drei Wänden zusammengesetzt sein. Erstens der Grundwand, die auf der gegenüberliegenden Seite des Temperatursensors liegt und zwei anschließenden Seitenwänden.
Der Temperatursensor kann in der durch die Öffnung definierten Ebene liegen oder oberhalb oder unterhalb dieser Ebene liegen.
Durch die Dicke des Vorspannelements kann besonders einfach gewählt werden, in welcher Ebene der Temperatursensor liegt. Beispielsweise liegt der Temperatursensor in der Ebene der Öffnung oder unterhalb der Ebene der Öffnung oder oberhalb der Ebene der Öffnung.
Die Ebene der Öffnung ist hierbei gegeben durch die Form des Kunststoffgehäuses, die es hätte, wenn die Öffnung verschlossen wäre. In dem der Temperatursensor in der Ebene oder unterhalb der Ebene der Öffnung liegt, kann der Temperatursensor besonders gut gegen äußere Einflüsse geschützt werden. In dem der Temperatursensor oberhalb der Ebene der Öffnung angeordnet ist, kann der Temperatursensor besonders gut einen bestimmten Bereich des Batteriepacks kontaktieren, so dass eine besonders ortsspezifische Temperaturmessung durchgeführt werden kann.
Klebstoff kann auf der Rückseite des Kunststoffgehäuses angeordnet sein und/oder auf der Vorderseite des Kunststoffgehäuses angeordnet sein.
Der Klebstoff kann ein Klebeband sein oder ein Klebeband umfassen.
Der Klebstoff kann für einen sicheren Halt des Kunststoffgehäuses an dem Batteriemodul oder dem Batteriepack sorgen. Indem das Kunststoffgehäuse an das Batteriemodul geklebt werden kann, sind auch keine konstruktiven Änderungen am Batteriemodul erforderlich. Die elektrische Batteriemodulisolation wird durch Klebeverbindung nicht beeinflusst. Die Position des Temperatursensors am Batteriemodul und im Batteriepack kann zudem flexibel ausgewählt werden, womit besonders einfach auf spezifischen Anwendungsanforderungen eingegangen werden kann. Die Batteriemodule im Batteriepack können somit auch weiterhin als Gleichteile ausgestaltet sein.
Der Klebstoff kann auf der Rückseite des Kunststoffgehäuses angeordnetsein, also auf der der Öffnung gegenüberliegenden Seite. Der Temperaursensor zeigt dann beim Befestigen der Vorrichtung an dem Batteriemodul von dem Batteriemodul weg. Aufgrund der konkreten Anordnung misst der Temperatursensor dann als Hauptkomponente der Temperatur die Lufttemperatur im Batteriepack.
Der Klebstoff kann alternativ aber auch auf der Vorderseite des Kunststoffgehäuses angeordnet sein, also auf der Seite der Öffnung. Der Temperatursensor zeigt dann beim Befestigen der Vorrichtung an dem Batteriemodul auf das Batteriemodul. Aufgrund der konkreten Anordnung misst der Temperatursensor dann als Hauptkomponente der Temperatur die Temperatur des Batteriemoduls.
Der Klebstoff kann alternativ aber auch auf der Vorderseite und der Rückseite angeordnet sein. In der Produktion können dann alle Vorrichtungen als Gleichteile hergestellt werden, unabhängig vom späteren Einsatzzweck.
Ein Wärmeleitpad kann auf dem Temperatursensor angeordnet sein. Das Wärmeleitpad kann dazu eingerichtet sein, den thermischen Widerstand zwischen dem Temperatursensor und dem Batteriemodul zu minimieren und einen Luftspalt zwischen Temperatursensor und Batteriemodul zu vermeiden. Durch die hohe thermische Leitfähigkeit des Wärmeleitpads kann die thermische Energie des Batteriemoduls besonders effektiv an den Temperatursensor geführt werden, so dass eine besonders genaue Messung der Temperatur erreicht werden kann.
Durch das Wärmeleitpad kann ein Ausgleich von Temperaturausdehnungen und Vermeidung eines Luftspaltes zwischen Temperatursensor und Batteriemodul erreicht werden.
Das Wärmeleitpad kann über die Seitenwände des Kunststoffgehäuses hinausragen.
Indem das Wärmeleitpad über die Seitenwände des Kunststoffgehäuses hinausragt, ragt es über die Ebene der Öffnung hinaus. Hierbei kann der Temperatursensor oberhalb oder unterhalb oder in der Ebene der Öffnung liegen.
Dadurch kann erreicht werden, dass das Wärmeleitpad einen besonders guten thermischen Kontakt mit dem Batteriemodul aufnimmt.
Das Vorspannelement kann den Temperatursensor mit dem Wärmeleitpad gegenüber dem Batteriemodul vorspannen. Eine Vorspannung kann sich durch die Befestigung des Kunststoffgehäuses an der Vorderseite mit dem Batteriemodul ergeben. Durch die Befestigung mit dem Klebstoff kontaktiert das Batteriemodul das Wärmeleitpad, welches wiederum mit dem Temperatursensor in Verbindung steht. Durch den Temperatursensor wird schließlich eine Kraft auf das Vorspannelement ausgeübt, so dass das Vorspannelement zusammengedrückt wird, wodurch die Vorspannung des Temperatursensors mit dem Wärmeleitpad gegenüber dem Batteriemodul entsteht. Gewissermaßen sorgt das Vorspannelement dafür, dass der Temperatursensor mit dem Wärmeleitpad möglichst fest oder mit einer definierten Kraft gegen das Batteriemodul gepresst wird, um einen thermischen Kontakt sicherzustellen.
Das Kunststoffgehäuse kann mit der Rückseite mit dem Klebstoff an dem Batteriemodul angeordnet sein, wobei die Öffnung vom Batteriemodul weg zeigt, wodurch die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, als Haupttemperaturkomponente die Lufttemperatur im Batteriepack zu messen.
Somit ist die Vorrichtung auch als Thermal Runaway Detection Sensor geeignet. Wenn die Vorrichtung beispielsweise in der Nähe einer Burst Disk, platziert wird, die im Batteriepack eine mechanische Sollbruchstelle darstellt, ist nur eine Vorrichtung für das Detektieren des Thermal Runaways ausreichend. Dies ist im Vergleich zu anderen Methoden, bei denen etwa CO2 Sensoren, Drucksensoren oder zahlreiche Temperatursensoren benötigt werden, sehr kostengünstig.
Das Kunststoffgehäuse kann mit der Vorderseite mit dem Klebstoff an dem Batteriemodul angeordnet sein, wobei die Öffnung auf das Batteriemodul zeigt, wobei das Wärmeleitpad das Batteriemodul kontaktiert, wodurch die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, als Haupttemperaturkomponente die Temperatur des Batteriemoduls zu messen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Messen der
Temperatur eines Batteriemoduls;
Figur 2A, B eine schematische Darstellung der Vorrichtung im Querschnitt im Bereich der Öffnung und die Befestigung der Vorrichtung an einem Batteriemodul; Figur 3A, B, C, D schematische Darstellungen der Vorrichtung im Längsschnitt; und
Figur 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Messen der
Lufttemperatur im Batteriepack.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist schematisch die Vorrichtung 1 zum Messen der Temperatur in einem Batteriepack 2 gezeigt. Zudem ist hierbei das Kunststoffgehäuse 10 zu sehen, welches an einem Batteriemodul 20 des Batteriepacks 2 angeordnet ist. Das Batteriemodul 20 umfasst und organisiert eine Mehrzahl von hier nicht explizit gezeigten Batteriezellen.
Aus dem Kunststoffgehäuse 10 treten Anschlusskabel 140 aus, die das elektrische Signal eines Temperatursensors 14 an eine Messelektronik weiterleiten können (nicht gezeigt).
In Figur 2A ist schematisch ein Querschnitt der Vorrichtung 1 im Bereich einer Öffnung 102 in dem Kunststoffgehäuse 10 gezeigt. Die Vorrichtung 1 umfasst hierbei das Kunststoffgehäuse 10, ein Vorspannelement 12, einen Temperatursensor 14 und ein Wärmeleitpad 16. Das Wärmeleitpad 16 ist auf dem Temperatursensor 14 angeordnet, der Temperatursensor 14 ist auf dem Vorspannelement 12 angeordnet und das Vorspannelement 12 ist in der Öffnung 102 des Kunststoffgehäuses 10 angeordnet.
Das Vorspannelement 12 kann in Form eines Schaumbands bereitgestellt werden oder ein Schaumband umfassen.
Das Kunststoffgehäuse 10 weist hierbei im Bereich der Öffnung 102 einen U-förmigen Querschnitt auf, so dass das Vorspannelement 12 durch die Öffnung 102 auf der Grundwand des Kunststoffgehäuses 10 angeordnet werden kann, wobei sich zwei Seitenwände an die Grundwand anschließen. Der Temperatursensor 12 liegt hierbei unterhalb der Ebene 1020, welche durch die Öffnung 102 definiert wird. Durch das aufgebrachte Wärmeleitpad kann der Temperatursensor 12 jedoch die Temperatur des vom Wärmeleitpad kontaktierten Batteriemoduls 20 messen.
In Figur 2B ist schematisch die Befestigung der Vorrichtung 1 an einem Batteriemodul 20 gezeigt. Beispielsweise ist auf der Stirnseite der Seitenwände des Kunststoffgehäuses 10 Klebstoff 100 angebracht, so dass das Kunststoffgehäuse 10 mit dem Batteriemodul 20 verklebt werden kann. Da das Wärmeleitpad 16 in der in Figur 2A gezeigten Konfiguration über der Ebene 1020 der Öffnung 102 hinausragt, wird das Vorspannelement 12 beim Anbringen der Vorrichtung 1 an dem Batteriemodul 20 zusammengepresst. Demnach spannt das Vorspannelement 12 den Temperatursensor 14 mit dem Wärmeleitpad 16 gegenüber dem Batteriemodul 20 vor. Insgesamt wird so ein besonders guter thermischer Kontakt zwischen Wärmeleitpad 16 und Batteriemodul 20 realisiert, so dass die Temperatur des Batteriemoduls 20 besonders einfach mit dem Temperatursensor 14 gemessen werden kann.
Der Klebstoff 100 kann in Form eines Klebebandes bereitgestellt sein oder ein Klebeband umfassen.
In Figur 3A ist ein Längsschnitt einer Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt, bei der die Öffnung 102 kleiner ist als die geometrischen Abmessungen des Temperatursensors 14 und wobei das Wärmeleitpad 16 lediglich einen Teil des Temperatursensors 14 kontaktiert und aus der Öffnung 102 hinausragt. Der Temperatursensor ist über ein Anschlusskabel 140 kontaktiert, welches im Kunststoffgehäuse 10 mittels Klebstoff 100 fixiert wird, um eine Zugentlastung zu realisieren. Zusätzlich kann über einen elektronischen Kontakt der Aderdurchmesser des Anschlusskabels 140 angepasst werden, so dass das nach außen geführte Anschlusskabel 140 einfach zu handhaben ist.
In der gezeigten Ausführungsform ist der Klebstoff 100 auch auf der Vorderseite und der Rückseite der Vorrichtung 1 angeordnet, so dass frei entschieden werden kann, ob die Vorrichtung 1 so an dem Batteriemodul 20 angeordnet werden soll, dass die Öffnung 102 auf das Batteriemodul 20 zeigt, oder von dem Batteriemodul 20 weg zeigt. Im ersten Fall kann dadurch die Temperatur des Batteriemoduls 20 gemessen werden, während im zweiten Fall die Lufttemperatur im Batteriepack 2 gemessen werden kann.
In Figur 3B ist der Klebstoff 100 lediglich auf der Vorderseite des Kunststoffgehäuses 10 angeordnet, so dass die Vorrichtung 1 so auf das Batteriemodul 20 geklebt wird, dass das Wärmeleitpad 16 das Batteriemodul 20 kontaktiert und folglich die Temperatur des Batteriemoduls 20 gemessen wird.
In Figur 3C ist der Klebstoff 100 lediglich auf der Rückseite des Kunststoffgehäuses 10 angeordnet, so dass die Vorrichtung 1 so auf das Batteriemodul 20 geklebt wird, dass die Öffnung 102 von dem Batteriemodul 20 weg zeigt und so über ein Wärmeleitpad 16 die Lufttemperatur im Batteriepack 2 gemessen werden kann. Es ist in dieser Konfiguration auch möglich, dass die Vorrichtung 1 kein Wärmeleitpad aufweist, wie in Figur 3D gezeigt.
In Figur 4 ist die Vorrichtung 1 an einem Batteriemodul 20 montiert gezeigt, wobei die Öffnung 102 des Kunststoffgehäuses 10 von dem Batteriemodul 20 weg zeigt, so dass die Lufttemperatur im Batteriepack gemessen wird. In der gezeigten Ausführungsform ist der Temperatursensor 14 optisch zugänglich, also ohne Wärmeleitpad 16 in der Öffnung 102 angeordnet.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 Vorrichtung zur Messung einer Temperatur
10 Kunststoffgehäuse
100 Klebeband 102 Öffnung
1020 Ebene der Öffnung
12 Vorspannelement
14 Temperatursensor
140 Anschlusskabel 16 Wärmeleitpad
2 Batteriepack
20 Batteriemodul

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (1) zur Messung einer Temperatur, bevorzugt einer Batterie, besonders bevorzugt eines Batteriepacks (2), umfassend ein Kunststoffgehäuse (10) mit einer Öffnung (102), ein Vorspannelement (12) und einen Temperatursensor (14), wobei das Vorspannelement (12) in der Öffnung (102) des Kunststoffgehäuses (10) angeordnet ist und der Temperatursensor (14) auf dem Vorspannelement (12) angeordnet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) ein Thermistor, bevorzugt ein NTC-Sensor ist.
3. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (10) im Bereich der Öffnung (102) einen U-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die U-Form eine Grundwand und zwei daran anschließende Seitenwände aufweist.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (12) ein Schaumband umfasst oder ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) in der durch die Öffnung (102) gebildeten Ebene (1020) liegt oder oberhalb oder unterhalb dieser Ebene (1020) liegt.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Klebstoff (100), bevorzugt ein Klebeband, auf der Rückseite des Kunststoffgehäuses (10) angeordnet ist und/oder auf der Vorderseite des Kunststoffgehäuses (10) angeordnet ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmeleitpad (16) auf dem Temperatursensor (14) angeordnet ist.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitpad (16) über die Seitenwände des Kunststoffgehäuses (10) hinausragt.
9. Anordnung mit mindestens einem Batteriemodul (20), das eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, und mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (12) so eingerichtet ist, dass es den Temperatursensor (14) mit dem Wärmeleitpad (16) gegenüber dem Batteriemodul (20) vorspannt. Batteriepack (2) mit mindestens einem Batteriemodul (20), das eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, und mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (14) dazu eingerichtet ist, die Temperatur in dem Batteriepack (2) zu messen, insbesondere die Batteriemodultemperatur und/oder die Batteriezellentemperatur zu messen und/oder dazu eingerichtet ist, die Lufttemperatur in dem Batteriepack (2) zu messen. Anordnung mit mindestens einem Batteriemodul (20), das eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, und mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (10) mit seiner Rückseite mit dem Klebstoff (100) an dem Batteriemodul (20) angeordnet ist, wobei die Öffnung (102) des
Kunststoffgehäuses (10) von dem Batteriemodul (20) weg zeigt, wodurch die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist die Lufttemperatur in dem Batteriepack (2) zu messen. Anordnung mit mindestens einem Batteriemodul (20), das eine Mehrzahl von Batteriezellen umfasst, und mit einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffgehäuse (10) mit seiner Vorderseite mit dem Klebstoff (100) an dem Batteriemodul (20) angeordnet ist, wobei die Öffnung (102) auf das Batteriemodul (20) zeigt, wobei das Wärmeleitpad (16) das Batteriemodul (20) kontaktiert, wodurch die Vorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Batteriemoduls (20) zu messen.
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