电池模块、具有动力电池的机动车和制造电池模块的方法技术

本发明专利技术涉及一种具有至少两个电池单体(20)的电池模块(10)，这些电池单体被作为单体组(11)设置在一个共同的模块壳体中以形成电池模块(10)。在单体组叠(11)中，分别在两个相邻的电池单体(20)之间布置有单体分隔元件(31)，其被设计成根据电池单体(20)的膨胀状态而变形。为了监测膨胀状态，电池模块(10)还包括监测装置(40)，其具有压力传感器(30)，以检测对应于膨胀状态的压力信号。为了电容式地检测压力信号，压力传感器(30)按照平板电容器原理被设计为具有多个层的、压敏的膜。此外，单体分隔元件(31)作为所述膜的各层中的一层构成了用于压力传感器(30)的电介质。了用于压力传感器(30)的电介质。了用于压力传感器(30)的电介质。

【技术实现步骤摘要】
电池模块、具有动力电池的机动车和制造电池模块的方法


[0001]本专利技术涉及一种具有至少两个电池单体的电池模块，所述电池单体为了形成所述电池模块而作为单体组布置在公共的模块壳体中。此外，在单体组中，在每两个相邻的电池单体之间和/或在相应的电池单体与模块壳体之间分别布置有单体分隔元件。单体分隔元件被构造成根据电池单体的膨胀状态而变形。为了监测膨胀状态，电池模块还包括至少一个监测装置，其具有用于检测或测量与膨胀状态相对应的压力信号的压力传感器。
[0002]本专利技术还涉及一种具有动力电池的机动车，该动力电池包括至少一个如前所述的电池模块。
[0003]本专利技术还涉及一种用于制造这种电池模块的方法。在此，用于形成电池模块的至少两个电池单体作为单体组被布置在共同的模块壳体中。此外，对于单体组，在布置时分别在两个相邻的电池单体之间和/或在相应的电池单体与模块壳体之间提供了可根据电池单体的膨胀状态变形的单体分隔元件。另外，为了监测电池模块的膨胀状态，上述监测装置在安装在模块壳体中时被提供有用于检测与膨胀状态相对应的压力信号的压力传感器。

技术介绍

[0004]本专利技术意义上的电池模块尤其是可重复充电的电化学的蓄能器或蓄电池。其例如可以在用于机动车、即例如电动车辆或混合动力车辆的电驱动装置的动力电池中使用。相应的电池模块或单体模块通常包括多个、即两个或更多个上述电池单体。在例如已知用在动力电池中的大型电池单体的情况下，例如在电池模块中使用8至16个电池单体。当然，在此也可以使用多于16个电池单体，这尤其是在所谓的棱柱形单体或所谓的软包单体中实现。然而，在小型圆形单体或纽扣单体、即具有圆柱形形状的电池单体的情况下，具有数百个电池单体的电池模块也是已知的。
[0005]这种电池单体通常分别包括伽伐尼单体，其例如构造为电化学单体并且布置在单体壳体中。单体壳体例如可以设计为基本上呈矩形或方形的。替代地，可以考虑单体壳体的任意其他几何形状。伽伐尼单体通常具有两个或多个电极，这些电极作为电池单体的单体接线端子从单体壳体中被引出。这些电极分别构成伽伐尼单体的所谓的电势接线端子并且通过电解质相互作用。通过电极可以根据伽伐尼单体的电化学性质来提供直流电压形式的电能。根据单体化学性质，该直流电压可以例如为1.2伏特至4.5伏特。伽伐尼单体例如可以构造为锂离子单体或铅酸单体或镍金属氢单体或铅胶体单体等。通过现在将多个这样的电池单体与伽伐尼单体例如至少部分地串联电连接，可以实现前述的电池模块，利用该电池模块可以提供例如在10伏特至100伏特范围中的较大的直流电压。所提供的电池模块电压的值在此尤其取决于串联连接的电池单体的数量。
[0006]然而，为了形成电池模块，电池单体不仅彼此电连接，而且通常在物理上也作为单体组布置在共同的模块壳体中。堆在此尤其是指，各相应电池单体以各一个侧面平齐地并排布置。因此，在电池模块的安装位置上，为了按规定作为动力电池运行，尤其在单体组中形成电池单体的水平的堆叠方向(垂直于车辆竖直方向)。
[0007]由于伽伐尼单体在各自的电池单体内部的电化学反应，电池单体在其使用寿命期间“增长”。也就是说，电池单体变形，即尤其是膨胀或体积增大。此外，单体在每次充电和/或放电过程中“呼吸”。这意味着，电池单体在每次充电和放电过程中都稍微膨胀并再次收缩。这些变形过程总体上被称为所谓的膨胀(Swelling)。通常主要在水平方向上，即在上述堆叠方向上，发生电池单体的膨胀、即胀大。因此，在模块壳体几何结构几乎保持不变的情况下，在电池单体的使用寿命中或使用寿命期间在电池单体膨胀时由于压缩导致模块壳体中的力提高和/或压力提高。由此能够加速电池单体的老化和/或能够导致单体故障。正是在故障情况下、即在电池单体之一功能失常或损坏时，在单体模块中的自发胀大或膨胀且进而自发的压力升高会导致单个单体或整个电池模块的崩溃。附加或替代地，电池单体的故障或功能失常也会导致负压，即模块壳体中的压力降低。这例如在所谓的棱柱形单体中过压阀或“通风口(vent)”打开时发生。在此，电池单体尤其收缩。在本申请中，为了简单起见，上述膨胀或收缩过程被概括为术语“膨胀”或“膨胀行为”。
[0008]为了避免这种功能失常并且实现模块壳体中的压力平衡，在单体组中通常分别在两个相邻的电池单体之间并且附加地或替代地也在相应的电池单体与模块壳体之间——尤其是在堆叠方向上——安装相应的单体分隔元件或单体分隔装置。因此，这种单体分隔元件通常作为在单体组中在两个相邻的电池单体之间、即在单体间隙中内置的垫或衬垫。附加地或替代地，也可以在单体组的边缘处、即在相应电池单体与模块壳体之间的邻接空间(模块壳体间隙)中设置相应的单体分隔元件或分隔元件。相应的单体分隔元件通常用于补偿电池单体的机械膨胀。另一功能可以是电池单体的热解耦。换句话说，单体分隔元件随各自的膨胀状态、即在各个电池单体的呼吸或变形时一起变形。单体分隔元件因此可以被理解为可弹性变形或可塑性变形的间隔件。由此能够补偿在单体组中的电池单体的变形，并且因此在模块壳体中实现压力平衡或力平衡。
[0009]然而，为了能够提前地、即尤其是在出现损坏之前更换单个电池单体或电池模块，除了单体分隔元件之外还使用前面提到的监测装置。在此，借助于一个或多个压力传感器或一个或多个力传感器，通过测量和评估相应的压力信号来监测模块壳体中的压力。因此，该评估允许推断出电池单体的相应膨胀状态。
[0010]为此，例如由文献DE 10 2012 016 022A1已知一种变换器单体，例如电池单体，所述变换器单体的电化学变换器构件安置在单体壳体中。为了监测变换器构件，在单体壳体内部集成有带功能元件、例如压力传感器的功能装置。功能元件例如可以装配在作为电路板的柔性膜上并且尤其是安装在单体壳体的内壁上。上述监测装置因此集成到每个电池单体本身中。
[0011]此外，由文献DE 10 2013 113 909A1公开了一种具有单体壳体的电池单体，所述电池单体具有在壳体表面中的孔。传感器模块通过密封的封装被安装在该孔上。为了探测电池单体中的压力变化，传感器模块包括位于孔和封装部之间的压敏膜，该膜可由于在膜的相对两侧上的不同压力而变形。这种变形可借助传感器模块的电子压力传感器测量。因此，为了测量相应的电池单体的压力，需要破坏壳体的孔。由此，气体可能会从单体内部流出。
[0012]文献WO 2019/051519 A1还公开了一种包括冷却装置和多个单体的蓄电池，所述冷却装置从一侧或多侧覆盖蓄电池或者设置在单体之间。冷却装置包括结合在单层或多层
的膜中的冷却通道。为了监测单体，还在膜上为每个单体布置、例如印刷相应的传感器元件。各个传感器元件例如可以是电容式压力传感器。
[0013]然而，通过上述现有技术产生如下缺点，即，对于电池模块的压力监测而言，总是需要借助多个单独的传感器(为每个单体使用一个传感器元件)进行仅点式的测量。由此，尤其产生在评估单个传感器的测量方面的高的计算成本。由此，压力监测通常是非常耗费的。此外，因此需要为安装各个传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池模块(10)，具有至少两个电池单体(20)，这些电池单体被作为单体组(11)布置在共同的模块壳体中以形成电池模块(10)，其中，在单体组(11)中分别在两个相邻的电池单体(20)之间和/或在相应的电池单体(11)与模块壳体之间布置有单体分隔元件(31)，该单体分隔元件被设计成根据电池单体(20)的膨胀状态而变形，为监测该膨胀状态，电池模块(10)还包括至少一个监测装置(40)，该监测装置具有压力传感器(30)以用于检测与膨胀状态相对应的压力信号，其特征在于，为了电容式地检测压力信号，压力传感器(30)按照平板电容器的原理被设计为多层的压敏膜，单体分隔元件(31)作为所述膜的各层中的一层构成了用于压力传感器(30)的电介质。2.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述压力传感器(30)的电容器板(32)被设计在所述膜的另外两个相对置的、能导电的层中。3.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)，其特征在于，该电池模块(10)包括至少一个绝缘元件(33)以用于使压敏膜相对于相应的电池单体(20)电绝缘。4.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)，其特征在于，所述压敏膜至少在第一宽度(B1)上完全覆盖相应的电池单体(20)的至少一个侧面(23)。5.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)，其特征在于，所述压敏膜完全覆盖相应电池单体(20)的至少一个侧面(23)。6.根据前述权利要求中任一项所述的电池模块(10)，其特征在于，所述压敏膜沿着单体组(11)的堆叠方向(R)蜿蜒状延伸地布置在各电池单体(20)之间。7.根据前述权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：奥迪股份公司，
类型：发明
国别省市：