电池单元制造技术

本发明专利技术涉及电池单元。本发明专利技术涉及电池单元（2），电池单元（2）包括至少一个电极组件（10），所述至少一个电极组件（10）包含借助于隔板层（18）而彼此分离的阳极（11）和阴极（12），以及用于检测电极组件（10）中的缺陷的至少一个传感器元件（30）。至少一个传感器元件（30）至少部分地集成在隔板层（18）中。

【技术实现步骤摘要】
电池单元
本专利技术涉及一种电池单元，该电池单元包括至少一个电极组件，所述至少一个电极组件包含借助于隔板层而彼此分离的阳极和阴极。电池单元还包括用于检测电极组件中的缺陷的至少一个传感器元件。
技术介绍
可以借助于电池来存储电能。电池将化学能改变成电能。特别地，已知的是可再充电电池，其可以充电和放电若干次。电池或电池系统包括串联或并联电气连接的若干电池单元。特别地，锂离子电池单元被用在可再充电电池或电池系统中。锂离子电池单元具有相对高的能量密度。锂离子电池单元例如用在机动车辆中，特别是在电动车辆（EV）中、混合电动车辆（HEV）中以及插入式混合车辆（PHEV）中。锂离子电池单元可以包括一个或多个电极组件。电极组件具有称为阴极的正电极和称为阳极的负电极。阳极和阴极借助于隔板而彼此分离。电池单元的电极形成为类似于箔并且在插入隔板的情况下缠绕以形成电极辊（roll），其还称为凝胶卷。可替换地，电极可以是层状的，以形成电极堆叠。电极和隔板被通常处于液态或固态中的电解质所围绕。电极组件的电极连接到电池单元的端子。电池单元可以借助于端子充电和放电。阴极和阳极各自包括在其上应用有源材料的集流器。阴极的集流器典型地由铝制成，并且阳极的集流器典型地由铜制成。用于阴极的有源材料例如是金属氧化物。用于阳极的有源材料例如是石墨烯或硅。在阳极的有源材料中，设置锂原子。在放电过程中，电子在外部电路中从阳极流到阴极，并且锂离子在电池单元内从阳极移动到阴极。在电池单元的充电过程中，锂离子从阴极移动到阳极。由此，锂离子被可逆地存储回到阳极的有源材料中。对于电池单元的安全操作，必要的是监控电池单元的技术参数。所述参数尤其包括应用于端子的电压、流过电池单元的电流和电池单元的温度。为了确定参数，在电池单元内提供对应传感器。在电池单元内存在局部短路的情况下，可能发生热失控，其可能损坏电池单元。因此，必要的是在损坏电池单元之前提前检测这样的短路。这样的短路可以源自于例如枝晶的生长或者电极之间传导颗粒。文档DE102012209397A1公开了一种具有内部压力传感器的电池单元，该内部压力传感器被设计为膜并且位于电极线圈和电池单元的外壳之间。传感器具有电阻、电容、压阻和压电功能元件。电极端子可以充当信号接口。文档WO2012/097956A1A1公开了一种具有电极部件和若干传感器的电池单元。尤其使用传感器以测量电池单元的温度。在矩阵状布置中对准传感器。Santosh等人的文档JournalofPowerSources,260,43-49(2014),"In-situtemperaturemeasurementinlithiumionbatterybytransferableflexiblethinfilmthermocouples"描述了用于局部测量电池单元内的相关参数，特别地用于温度测量的方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种电池单元，该电池单元包括至少一个电极组件，所述至少一个电极组件包含借助于隔板层而彼此分离的阳极和阴极，以及用于检测电极组件中的缺陷的至少一个传感器元件。这样的缺陷特别地是在电池单元内阳极和阴极之间的局部短路。所述局部短路产生若干效果，特别地短路周围的局部区域中的温度上升。根据本专利技术，至少一个传感器元件至少部分地集成在隔板层中。因而，传感器元件被直接放置在阳极和阴极之间并且因此非常接近缺陷。传感器元件例如可以插入到隔板层的材料中。因而，传感器元件完全被隔板层的材料所围绕。传感器元件还可以布置成使得传感器元件的部分在隔板层的材料之上突起。因而，仅小部分的传感器元件被隔板层的材料所围绕。根据本专利技术的进一步发展，在矩阵状传感器布置中对准多个传感器元件。这意味着，若干传感器元件布置在电池单元中并且每一个单个传感器元件可以检测与其紧密靠近的缺陷。因而，电池单元内的局部测量是可能的，并且可以局部化所检测的缺陷。根据本专利技术的有利实施例，用于评估从传感器元件所接收的测量数据的评估部件布置在隔板层上。所述评估部件可以包括逻辑或电子电路。评估部件从单个传感器元件接收测量值并且执行预处理。因而，可以针对似然性而检查所接收的测量值，并且传送给全局控制部件的数据量可以减少。优选地，至少一个传感器元件是感测电极组件中的温度的热传感器。当这样的热学传感器检测到温度的局部上升时，这可以是在传感器元件附近的缺陷（特别是短路）的指示。可替换地，至少一个传感器元件是感测电极组件中的电场的电容传感器。特别地，电容传感器包括布置在隔板层的相邻侧上的两个电极板。因而，隔板层表示电容器内的电介质并且是传感器元件的部分。因而，电极板可以在隔板层之上突起并且电介质集成在隔板层中。在没有缺陷的情况下，近似均匀的电场存在于电极板之间，并且恒定电容是可测量的。在传感器元件附近具有缺陷的情况下，电场变得非均匀并且电容改变。当这样的电容传感器检测到电容的局部改变时，这可以是传感器元件附近的缺陷（特别是短路）的指示。可替换地，至少一个传感器元件是感测电极组件中的力的压电传感器。压电传感器可以完全集成在隔板层的材料中或者可以在隔板层之上突起。当这样的压电传感器检测到压力或力时，这可以是缺陷的指示，特别是阳极或阴极的有源材料的膨胀的指示。例如，这可以是在传感器元件附近的局部生长的枝晶。根据本专利技术的进一步发展，用于产生电极组件中的缺陷的至少一个致动器元件至少部分地集成在隔板层中。因而，致动器元件被直接放置在阳极和阴极之间。致动器元件可以例如插入到隔板层的材料中。因而，致动器元件完全被隔板层的材料所围绕。致动器元件还可以布置成使得致动器元件的部分在隔板层的材料之上突起。因而，仅小部分的致动器元件被隔板层的材料所围绕。具有这样的致动器元件的电池单元特别地可使用在测试实验室中以用于测试提供在电极组件中的传感器元件。根据本专利技术的有利实施例，在矩阵状致动器布置中对准多个致动器元件。这意味着，若干致动器元件布置在电池单元中并且每一个单个致动器元件可以产生局部缺陷。因而，测试电池单元内的局部传感器元件是可能的。优选地，至少一个致动器元件是产生电极组件内的短接的晶体管致动器。晶体管致动器可以几乎完全集成在隔板层的材料中，其中电极区域延伸到隔板层的相邻表面。当晶体管致动器被激活时，晶体管致动器表示局部短路。可替换地，至少一个致动器元件是产生电极组件内的力的压电致动器。压电致动器可以完全集成在隔板层的材料中或者可以在隔板层之上突起。这样的压电致动器可以在阳极或阴极的有源材料上产生局部压力或局部力。例如，这可以模仿局部生长的枝晶。根据本专利技术的电池单元有利地可使用在电动车辆（EV）中、混合电动车辆（HEV）中、插入式混合车辆（PHEV）中、或者测试或研发实验室中。本专利技术的优点根据本专利技术的电池单元准许局部测量电池单元内的相关参数，特别是温度、电场或力，以用于检测电池单元的电极组件中的缺陷。特别地，当使用矩阵状传感器布置时，电池单元内的局部溶解的测量是可能的，并且可以局部化所检测的缺陷。通过将传感器元件集成到隔板层中，传感器元件不要求电池单元内的附加空间。当隔板的材料可用作传感器元件的部分时，用于传感器元件的附加所需材料的量还被减少。此外，传感器元件被直接放置在阳极和阴极之间并且因此非常接近要检测的缺陷。致动器元件准许本文档来自技高网...

【技术保护点】
电池单元（2），包括至少一个电极组件（10），包含借助于隔板层（18）而彼此分离的阳极（11）和阴极（12），以及用于检测电极组件（10）中的缺陷的至少一个传感器元件（30），其特征在于至少一个传感器元件（30）至少部分地集成在隔板层（18）中。

【技术特征摘要】
2015.12.03 EP 15197704.81.电池单元（2），包括至少一个电极组件（10），包含借助于隔板层（18）而彼此分离的阳极（11）和阴极（12），以及用于检测电极组件（10）中的缺陷的至少一个传感器元件（30），其特征在于至少一个传感器元件（30）至少部分地集成在隔板层（18）中。2.根据权利要求1所述的电池单元（2），其特征在于在矩阵状传感器布置（32）中对准多个传感器元件（30）。3.根据权利要求2所述的电池单元（2），其特征在于用于评估从传感器元件（30）所接收的测量数据的评估部件（40）布置在隔板层（18）上，逻辑电路。4.根据前述权利要求中一项所述的电池单元（2），其特征在于至少一个传感器元件（30）是感测电极组件（10）中的温度的热传感器（34）。5.根据权利要求1到3中一项所述的电池单元（2），其特征在于至少一个传感器元件（30）是感测电极组件（10）...

【专利技术属性】
技术研发人员：M甘泽默，M法克里，
申请(专利权)人：锂能源和电力有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE