用于电化学存储系统的安全传感器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于探测电化学存储系统中、尤其是锂离子电池中的系统组分(A)的逸出的传感器系统。为了确定所述电化学存储系统的缺陷，所述传感器系统包括包含检定组分(B)的反应室(10)和用于确定在所述反应室(10)内的物理参量的测量装置(20)。在此，所述物理参量的值能够通过所述系统组分(A)与所述检定组分(B)的化学反应改变，从而所述系统组分(A)的逸出能够通过所述物理参量的值的变化来探测。除此之外，本发明专利技术还涉及一种用于这样的传感器系统的传感器元件、配备有这样的传感器系统或传感器元件的电化学存储系统、这样的传感器系统或传感器元件的应用以及配备有所述传感器系统、传感器元件或存储系统的移动的或静止的系统，例如电动车辆。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种用于探测电化学存储系统中、尤其是锂离子电池中的系统组分（A)的逸出的传感器系统。为了确定所述电化学存储系统的缺陷，所述传感器系统包括包含检定组分（B)的反应室（10)和用于确定在所述反应室（10)内的物理参量的测量装置（20)。在此，所述物理参量的值能够通过所述系统组分（A)与所述检定组分(B)的化学反应改变，从而所述系统组分（A)的逸出能够通过所述物理参量的值的变化来探测。除此之外，本专利技术还涉及一种用于这样的传感器系统的传感器元件、配备有这样的传感器系统或传感器元件的电化学存储系统、这样的传感器系统或传感器元件的应用以及配备有所述传感器系统、传感器元件或存储系统的移动的或静止的系统，例如电动车辆。【专利说明】用于电化学存储系统的安全传感器系统
本专利技术涉及一种用于电化学存储系统的传感器系统、相应的传感器元件、设有这 样的传感器系统或传感器元件的电化学存储系统、这样的传感器系统或传感器元件的应用 以及配备有传感器系统、传感器兀件或存储系统的移动系统或静止系统。
技术介绍
锂离子电池作为电化学能量存储器的重要性在近年来显著提高。除了在便携式设 备--如笔记本电脑或移动电话中的应用之外，尤其在电动车辆（EV)中的应用成为关注的 焦点。根据将电动车辆设计为混合动力车辆、插接式混合动力车辆、或没有附加的内燃机的 电动车辆，这样的电池系统的容量达到大约lkAh至10kAh的值。这相应于所存储的大约 3kWh至40kWh的能量。 关于笔记本电脑电池的不受控制的过热、燃烧或爆炸的报道显示了可能的风险， 该风险可以基于在整个电池系统事故的情况下的锂离子电池。 文献DE 10 2005 006 303 A1描述了一种用于监视蓄电池的起泡电压的方法和装 置。
技术实现思路
本专利技术的主题是用于探测电化学存储系统中、尤其是电池--例如锂离子电 池--中的系统组分的逸出的传感器系统。系统组分尤其可以是电池的、尤其是锂离子电 池的原电池单元（galvanische Zelle)的电池单元组分或者说电池单元组成部分。 根据本专利技术，所述传感器系统包括包含检定组分的反应室和用于确定反应室内的 物理参量的测量装置。物理参量的值在此能够通过系统组分与检定组分的尤其是特殊的化 学反应改变。因此，系统组分的逸出能够通过物理参量的值的变化来探测。 本专利技术在此尤其基于以下原理：化学反应的物理效果，例如反应室内的颜色变化、 pH值变化、电阻变化或电导率的变化能够借助相应的测量来探测。此外，在此还可能的是， 由测量结果关联已经逸出的系统组分的、尤其是电池单元组分的量。在此可能的是，传感器 系统如此长时间地综合（integrativ)工作，直至消耗完检定组分的所有对于与系统组分/ 电池单元组分的化学反应需要的反应物种类。 在本专利技术的范围中，电池理解不仅可以理解为一次电池而且尤其理解为二次电池 (蓄电池）。在此，尤其是可以将电池理解为包括一个或多个原电池单元的电池。在此，在 电池中可以将多个原电池单元组合为一个所谓的电池模块并且必要时将多个电池模块组 合为一个所谓的电池组。 安全关键的电池损坏情况大多表现为系统组分的逸出并且可以例如由于不密封 性--例如电池单元壳体中的（发丝状）裂缝或由于电池单元壳体的通过内部过压的打 开一例如在额定断裂点的爆裂下引起。具有由于发丝状裂缝引起的电解质损耗的电池单 元比具有完好的电池单元壳体的电池单元更快老化，因为其内阻更大幅地上升。这可能导 致损坏的电池单元的更高的温度负荷。如果没有及时发觉这一点，则存在整个电池损坏的 危险。 根据本专利技术的传感器系统的优点在于提早识别这样的损坏情况。这又有利地使得 可能的是，提高电化学存储系统的安全性以及寿命。因为通过根据本专利技术的传感器系统此 外可以提高电化学存储系统的安全性，所以根据本专利技术的传感器系统也可以称为安全传感 器系统。 通过提早识别损坏情况可以有利地警告以免损坏情况并且有针对性地采取对应 措施。因此可以有利地避免进一步损坏并且尤其防止整个电池的损坏。 越早地可靠地探测到损坏情况，则尤其待采取的对应措施可以越适度。在提早识 别电池单元的或模块的损坏情况中例如可能的是，通过以下方式防止整个电池的损坏并且 因此总体上显著提高其寿命以及安全性：例如在在日常维护的范围中更换识别为缺陷的电 池单元或识别为缺陷的模块。 根据本专利技术的传感器系统的另一优点在于冗余地探测缺陷，因为这样的传感器系 统可以独立于现有系统一例如电池管理系统运行。在此根据本专利技术的传感器系统一方面 实现了识别其他装置--例如电池管理系统（BMS)--的故障。另一方面根据本专利技术的传 感器系统实现了也在这样的系统失效的情况下确保即便如此也识别损坏情况。 因为用于电动车辆的电池相比于例如笔记本电脑电池存储显著更高的能量量，所 以对于电动车辆在地区范围内的引入而言电池的可靠运行和高的安全性是尤其令人感兴 趣的。为了实现这一点，特别有利的是，在电动车的电化学存储系统、尤其电池一例如锂 离子电池中应用根据本专利技术的传感器系统。 系统组分的逸出可以例如通过导电率变化、电阻的变化、电压变化、电流变化、pH 值变化或颜色变化可探测。 因此在一个实施方式的范围中，测量装置是用于确定至少一个物理参量的测量装 置，所述至少一个物理参量选自以下组：所述组包括电导率、电阻、电压、电流强度、pH值、 波长、透射、吸收及其组合。 可以将物理参量的值的变化尤其与已经逸出的系统组分的、尤其是电池单元组分 的量相关联。 对于获得的数据的分析处理可能的是，不仅考虑测量曲线的绝对值，而且考虑其 斜率。通过这种方式除已经逸出的系统组分的总量以外也可以确定逸出的速度，也就是泄 漏的严重性。 因此在另一实施方式的范围中，系统组分的逸出量和/或逸出速度尤其可由所述 物理参量的值的变化确定。系统组分的逸出量和/或逸出速度的确定在此尤其可以基于所 述物理参量的值的变化的绝对值和/或基于值的变化的斜率。 在电池中根据现有技术，电解质是首先逸出的系统组分、尤其电池单元组分。 因此在另一实施方式的范围中，系统组分是尤其电池的一个或多个原电池单元的 电解质组成部分。 在锂离子电池中，电解质典型地包括非环状酯和/或环状酯、尤其非环状有机碳 酸脂或环状有机碳酸脂、即碳酸酯、和/或醚--例如碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲 酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，3二氧戊环和/或乙二醇二甲醚和/或腈以及至少一种导电 盐，例如六氟磷酸锂和或锂双（三氟甲烧磺）酰亚胺（Lithium-bis(trifluormethansulfo nyl) imid) 〇 在该实施方式的一个特殊的构型中，系统组分是非环状酯或环状酯、尤其是非环 状有机碳酸脂或环状有机碳酸脂（碳酸酯），和/或非环状醚或环状醚。例如系统组分可以 在此选自以下组：所述组包括碳酸亚乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙 酯、1，3二氧戊环、乙二醇二甲醚及其混合物。尤其系统组分可以是酯、尤其是有机碳酸脂。 醚、尤其是有机碳酸脂有利地包含在大多现在常见的电解质中。 在另一实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测电化学存储系统中、尤其是锂离子电池中的系统组分(A)的逸出的传感器系统，其包括：包含检定组分(B)的反应室(10)；和用于确定在所述反应室(10)内的物理参量的测量装置(20)，其中，所述物理参量的值能够通过所述系统组分(A)与所述检定组分(B)的化学反应改变，其中，所述系统组分(A)的逸出能够通过所述物理参量的值的变化来探测。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·利默斯多夫，M·韦格纳，J·格里明格尔，K·扎纳，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE