[发明专利]具有压敏的薄膜传感器的蓄电池单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池单元和一种用于包含相应的蓄电池单元的蓄电池的蓄电池管理系统。此外，本发明还提供了一种具有这样的蓄电池管理系统的混合动力和电动机动车。

背景技术

未来，新型的蓄电池系统不仅投入到静态的应用领域，例如风力发电设备、诸如混合动力车辆和电动车辆的机动车，而且还应用于电子装置，例如笔记本电脑或移动电话，这一趋势将日渐明朗，这在可靠性、安全性、性能和使用寿命方面对新的电池系统提出了特别高的要求。

蓄电池应用于至少部分地由电力驱动的车辆中，以便存储用于支持驱动装置或本身作为驱动装置的电机的电能。在这里，在新一代的车辆中使用的是所谓的锂离子蓄电池单元。这种蓄电池单元的突出之处是能量密度高和自放电特别低。锂离子蓄电池单元具有一个正极和一个负极，在电极上面锂离子能可逆地嵌入或重新脱嵌。通常来说，多个蓄电池单元合并为一个蓄电池模块，并且接下来多个蓄电池模块通过并联连接或串联连接合并为一个蓄电池。在这里，所面临的一个严峻的挑战是需要一个有效的、能够监控蓄电池的各蓄电池单元的功能并控制其充电过程的蓄电池管理系统。通过这种方式能够例如关断和/或桥接有缺陷的蓄电池单元，输出有关充电状态的状态消息以及必要时平衡蓄电池单元。

背景技术中的锂离子蓄电池单元通常具有一个金属的蓄电池单元壳体，在该蓄电池单元壳体内安置有至少一个电极线圈。该电极线圈包括两个上面涂敷有活性的阴极或阳极材料的金属的基板。在两个极板之间有一个隔板。蓄电池单元的电连接是通过电极线圈的上侧或下侧来实现的。

此外，已知了在不同的充电状态下锂离子蓄电池单元的体积会发生显著的膨胀和收缩；也就是说，在充电时蓄电池单元的电极线圈会膨胀并且在放电时重新收缩。这种体积上的变化是通过锂离子在电极内的嵌入或脱嵌过程造成的。当蓄电池单元相应地发生变形时，这种体积上的变化会通过蓄电池单元的壳体继续向外传递并进而导致蓄电池的几何尺寸发生变化。因此，背景技术中的锂离子蓄电池单元的壳体是由一种刚性的金属体构成。

US 2006/0246345 A1描述了一种以锂离子蓄电池单元为基础的蓄电池模块，在该蓄电池模块中，在蓄电池单元的壳体之间安置有压电式传感器。由该传感器探测的测量值被输送给蓄电池管理系统并且用于例如识别蓄电池的状态。

DE 10 2007 063 188 A1涉及另一种蓄电池，该蓄电池是由多个锂离子蓄电池单元组成的。在此，压力传感器被集成在蓄电池单元的金属壳体内或位于壳体的外部。利用通过该压力传感器确定的壳体的弹性变形能说明蓄电池的状态。

此外，背景技术中的解决方案的缺点是，把一个压力传感器放置在壳体的内壁或壳体的外部对电极线圈的体积变化不能提供直接的说明。因此，不能全面地进行可靠的蓄电池状态识别。

发明内容

借助依据本发明的蓄电池单元，尤其是锂离子蓄电池单元能够解决或者至少是能够减少背景技术中的一个或多个缺点。所述蓄电池单元具有蓄电池单元壳体和安置在蓄电池单元壳体内的电极线圈。所述蓄电池单元的突出之处在于电极线圈至少局部地被压敏的薄膜传感器所覆盖。

本发明基于以下知识，即借助于位于蓄电池单元壳体内并且在那里与电极线圈直接接触的薄膜传感器能够提供特别准确的用于电极线圈的体积变化的测量参数。其中，薄膜传感器被设置为压敏的薄膜传感器。

优选地，压敏的薄膜传感器被设置成环绕所述电极线圈的带子。也就是说，所述薄膜传感器是围绕着电极线圈(在用于电连接的连接点的外部)绕制的。

压敏的薄膜传感器尤其是具有电阻式、电容式、压阻式或压电式功能元件。换句话说就是，压敏的薄膜传感器优选是一种电阻式、电容式、压阻式或压电式的压力传感器。

压阻式的压力传感器包含具有安装了电气的电阻的膜片，并且主要被制成硅压力传感器。通过与压力相关的膜片变形和在上扩散的与所述变形相关的电阻，将形成一个电压。压力传感器制造起来费用低廉并且具有相对较高的灵敏度。虽然用于测量压力的材料具有较强的温度依赖性，但是，由于这种影响对所有的电阻都一样，因此，也能够通过形成差值的电路使这种影响不会发挥任何作用。

在压电式传感器中，将借助于压力通过电荷分离而在晶体内生成电压。离子通过压力在晶体的内部移动，由此在表面上与力成比例地形成电荷。电荷通过电荷放大器转换为成比例的电压。压电式传感器原则上只测量力。如果使用的是压力测量技术中的传感器，那么压力必须通过膜片才能按比例地转换成力。此外，压电式传感器的优势在于其对高温的灵敏度较低和高的灵敏度。