CH720605A1 - Flexible blattartige Sensorvorrichtung für Temperaturverteilungsmessungen in einem Batteriepack - Google Patents
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Abstract
Eine erfindungsgemässe flexible blattartige Sensorvorrichtung (1) für Temperaturverteilungsmessungen einer Batteriezelle eines Batteriepacks, umfasst eine flexible dielektrische Folie (2) mit einer ersten Oberfläche (21) und einer zweiten Oberfläche (22) gegenüber der ersten Oberfläche (21); elektrisch leitfähige Bahnen (3), die auf die erste, Oberfläche (21) der dielektrischen Folie (2) gedruckt sind, und eine Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4), die auf der ersten Oberfläche (21) der dielektrischen Folie (2) angeordnet sind. Die Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) sind über die elektrisch leitfähigen Bahnen (3) elektrisch verbunden, wobei die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) über die erste Oberfläche (21) des dielektrischen Blatts (2) verteilt sind, um die Temperaturverteilung über eine Oberfläche einer einzelnen Batteriezelle des Batteriepacks zu messen. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriepack mit einer solchen Sensorvorrichtung.
Description
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine flexible blattartige Sensorvorrichtung für Temperaturverteilungsmessungen an einer Oberfläche von Batteriezellen in einem Batteriepack.
Technischer Hintergrund
[0002] Temperaturüberwachung in Batteriepacks von Elektrofahrzeugen ist von höchster Wichtigkeit hinsichtlich ihrer Langlebigkeit und optimalen Leistung zusätzlich zur Insassensicherheit. Hohe Arbeitstemperaturen erhöhen das Risiko eines thermischen Durchgehens für Li-Ionen-Batterien und beschleunigen ihre Alterung. Niedere Temperaturen schränken die Leistung und Ladekapazitäten von Batterien ein. Temperaturdaten werden auch verwendet, um Ladezustand (SOC, State of Charge), Energiezustand (SOE, State of Energy), und Gesundheitszustand (SOH, State of Health) (allgemein SoX) einer Batterie abzuleiten. Temperaturgradienten innerhalb einer Zelle oder unter Zellen sind nicht wünschenswert, da sie ungleichmäßige Alterungsausmaße einführen.
[0003] Daher besteht ein Bedarf an einer detaillierten Temperaturüberwachung und -steuerung in dem Batteriepack, sowohl in Entwicklungsstufen als auch in Gebrauch. Diese Aufgabe ist jedoch aufgrund signifikanter Temperaturgradienten innerhalb einer Batteriezelle oder unter Batterien in einem Batteriepack während des Betriebs ziemlich herausfordernd.
[0004] Derzeit werden nur einzelne oder wenige Temperatursensoren zum Überwachen der Temperatur in kommerziellen Batteriepacks verwendet, vorwiegend, um die Gesamtkosten und Komplexität des Systems zu verringern. Das Erhöhen der Anzahl von Sensoren erhöht die Kosten und belegt Raum. Daher werden Temperaturmessungen für die Batterien eines Elektrofahrzeugs üblicherweise an den Batterieelektroden, Verbindern oder irgendwo an der Außenfläche des Batteriepacks/-moduls mit Thermosonden oder Thermistoren vorgenommen. Dies ist jedoch für eine detaillierte Temperatur- und Temperaturgradientenüberwachung nicht ausreichend. Ebenso sind in diesem Fall die Anzahl von Sensoren und die Stelle von Messungen beschränkt. Zusätzlich sind oberflächliche Temperaturverteilungsmessungen entweder zwischen Batterien oder Batterien und der Kühlplatte nicht möglich.
[0005] Gedruckte Sensoren mit niedrigem Profil auf einer Sensorfolie werden als kostengünstige Lösung zum Messen einer Oberflächentemperaturverteilung angesehen. Ein auf einem Isolierfilm aufgetragener Dünnfilmthermistor (EP2833374) oder eine Vielzahl von gedruckten Widerständen auf einem flexiblen Substrat (EP3525279) wurden vorgeschlagen.
[0006] Diese gedruckten Sensoren sind jedoch für Fehler wie Drift im Zeitverlauf oder Kreuzempfindlichkeit gegenüber anderen physikalischen Phänomenen wie Druck anfällig, was sie für präzise Messungen ungeeignet macht. Die erwähnten Nachteile können, neben anderen Gründen, auf eine Verschlechterung einer leitfähigen Tinte im Lauf der Zeit, Änderung der Struktur bei Druck (z.B. durch das „Atmen“ von Batteriezellen) oder elektromagnetische Interferenz zurückzuführen sein.
[0007] Li-Ionen-Batterien sind üblicherweise in EV-Batteriepacks eng gepackt und daher ist nicht genug Raum für voluminöse Sensoren vorhanden, insbesondere an Seitenwänden. Zusätzlich weisen die Batterien eine gewisse Volumenänderung beim Laden und Entladen (Atmen), bei Temperaturänderung und aufgrund von Alterung auf. Diese Phänomene machen die Verwendung von unflexiblen Sensoren ziemlich herausfordernd, insbesondere, wenn ein guter Kontakt zwischen dem Sensor und der Batterieoberfläche unter verschiedenen Bedingungen erwünscht ist.
Kurzdarstellung der Erfindung
[0008] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Temperaturmessvorrichtung für ein Batteriepack bereitzustellen, die die obengenannten Probleme löst. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Temperaturmessvorrichtung für ein Batteriepack bereitzustellen, die zuverlässige Messungen einer Temperaturverteilung bereitstellt. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Temperaturmessvorrichtung für ein Batteriepack bereitzustellen, die zusätzliche Funktionalitäten bereitstellt.
[0009] Mindestens eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird durch eine flexible blattartige Sensorvorrichtung für Temperaturverteilungsmessungen einer Batteriezelle eines Batteriepacks nach Anspruch 1 gelöst. Die flexible blattartige Vorrichtung umfasst eine flexible dielektrische Folie mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Elektrisch leitfähige Bahnen sind auf die erste Oberfläche der dielektrischen Folie gedruckt. Eine Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (d.h. elektronische Miniaturvorrichtungen zur Oberflächenmontage (SMD, Surface Mounted Device) die einen wärmeempfindlichen Widerstand enthalten) sind auf der ersten Oberfläche der dielektrischen Folie angeordnet, wobei die Thermistoren zur Oberflächenmontage über die elektrisch leitfähigen Bahnen elektrisch verbunden sind und wobei die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage über die erste Oberfläche des dielektrischen Blatts verteilt sind, um die Temperaturverteilung über eine große Oberfläche der Batteriezelle des Batteriepacks messen zu können. Die flexible blattartige Vorrichtung kann weiter eine elastomere Abdeckung umfassen, die eine erste Schicht umfasst, die die erste Oberfläche der dielektrischen Folie, die die elektrisch leitfähigen Bahnen und die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage enthält, bedeckt. Die elastomere Abdeckung kann die flexible blattartige Sensorvorrichtung mit gleichmäßiger Dicke bilden.
[0010] Die technische Lösung ist daher ein dünnes, nicht leitfähiges Substrat mit gedruckten leitfähigen Bahnen und einer eingekapselten Matrix von Miniatur-Temperatursensoren zur Oberflächenmontage, das zum robusten Überwachen einer oberflächlichen Temperaturverteilung in einem Batteriepack geeignet ist. Ein solches Sensorblatt soll zumindest teilweise mit mindestens einer Oberfläche einer oder mehrerer Batteriezellen eines Batteriepacks in Kontakt sein. Auf diese Weise kann das Sensorblatt zusätzliche Funktionalitäten wie unten beschrieben bereitstellen. Aufgrund ihrer Flexibilität kann die blattartige Sensorvorrichtung auf verschiedenen Formen und Arten von Zellen platziert werden (z.B. zylindrische, prismatische oder beutelförmige Zellen) und kann dimensionale Änderungen aufgrund eines Atmens der Zellen während Lade- und Entladeprozessen aufnehmen.
[0011] Die elastomere Abdeckung befindet sich mindestens in einer Linie mit der oberen Oberfläche der Thermistoren, um die flexible blattartige Sensorvorrichtung mit einer gleichmäßigen Dicke zu bilden. Die Abdeckung kann die Thermistoren auch überlappen oder bedecken. Mit anderen Worten, die Dicke der Abdeckung (oder des Einkapselungsmaterials) kann mindestens die Dicke der Thermistoren oder mehr sein.
[0012] Die Vielzahl von Temperatursensoren zur Oberflächenmontage in dem Sensorblatt ermöglicht, im Vergleich zu derzeitigen Lösungen, die einen einzigen oder wenige Sensoren pro Modul verwenden, eine bessere Temperaturüberwachung von Batterien durchzuführen, um hohe Oberflächentemperaturgradienten und Hotspots zu identifizieren. Die Temperaturdaten können zum Optimieren der Wärmemanagementlösung und Lade- und Entladeparameter während der Batteriepack-Designphase und zur Verbesserung der Langlebigkeit und Sicherheit des Packs während des Betriebs verwendet werden. Die Verwendung von Miniaturthermistoren zur Oberflächenmontage, die eine maximale Höhe von etwa 0,3 bis 0,5 mm haben können, ermöglicht weiter, robuste Temperaturablesungen zu erhalten, die nicht durch Nachteile wie Drift und Kreuzempfindlichkeit beeinträchtigt sind, wie dies von gedruckten Temperatursensoren bekannt ist. Gleichzeitig kann die Dicke des Sensorblatts gering gehalten werden, sogar unter 0,5 mm. Die Dicke hängt vorwiegend von der Größe der verwendeten Thermistoren ab. Die weniger kritischen leitfähigen Bahnen zum Verbinden der Thermistoren zur Oberflächenmontage können unter Verwendung kosteneffizienter Drucktechniken gebildet werden, um die Gesamtkosten zu senken. Die leitfähigen Bahnen können unter Verwendung von z.B. Sieb- oder Tintenstrahldruck einer leitfähigen Tinte gedruckt werden, die z.B. leitfähiges Material wie Silber enthält.
[0013] Die Thermistoren zur Oberflächenmontage können in einem zweidimensionalen Feld oder einer Matrix mit n Spalten und m Zeilen angeordnet sein. Die Thermistoren können dadurch gleichmäßig über die gesamte Oberfläche einer zu messenden Zelle verteilt werden. Die Anzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage und die Anordnung werden gemäß der gewünschten räumlichen Messauflösung gewählt. Für gewöhnlich umfasst das Feld mindestens 3 mal 3 Thermistoren zur Oberflächenmontage.
[0014] Die Widerstandsänderung der Thermistoren zur Oberflächenmontage mit der Temperatur kann mit einem Referenzwert (z.B. unter Verwendung einer Spannungsteilerkonfiguration) verglichen werden, woraus die Temperatur abgeleitet wird.
[0015] Die flexible dielektrische Folie kann eine Dicke von 100 bis 200 Mikrometer aufweisen und kann aus einem dielektrischen Polymer hergestellt sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe von thermoplastischen Polymeren und (synthetischen oder natürlichen) Kautschuken, vorzugsweise Polymeren mit guter Druckfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Hafteigenschaften für Tinte und die Abdeckung. Gute Ergebnisse wurden mit Polyethylenterephthalat, thermoplastischem Polyurethan und Polyimid erzielt. Wenn elastomere Materialien für die dielektrische Folie gewählt werden, kann die blattartige Sensorvorrichtung dehnbar oder elastisch sein.
[0016] Die Einkapselung der gedruckten Schaltung und der Transistoren zur Oberflächenmontage erfolgt unter Verwendung elastomerer Materialien, um die Sensoren und Bahnen vor der äußeren Umgebung (z.B. Batterieelektrolyt) zu schützen, und kann zusätzliche Funktionalitäten hinzufügen, wie unten beschrieben. Die Einkapselung kann durch Einlegen des Sensorblatts (d.h. der flexiblen Folie mit der Schaltung und den Thermistoren zur Oberflächenmontage) zwischen zwei Schichten aus Elastomer, durch Vergießen, durch Rakelbeschichtung oder andere Verfahren an einer oder beiden Oberflächen erfolgen.
[0017] Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
[0018] In einigen Ausführungsformen kann die elastomere Abdeckung eine zweite elastomere Schicht umfassen, die die zweite Oberfläche der dielektrischen Folie bedeckt; wobei diese elastomere Abdeckung die dielektrische Folie, die die elektrisch leitfähigen Bahnen und die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage enthält, einkapselt, um die flexible blattartige Sensorvorrichtung mit einer gleichmäßigen Dicke zu bilden.
[0019] Die erste und zweite elastomere Schicht können jeweils eine Dicke von bis zu 2 mm haben. Auf der Seite der elektrisch leitfähigen Bahnen und der Thermistoren sollte die Dicke der elastomeren Schicht mindestens der Dicke der Thermistoren entsprechen. Auf einer Oberfläche ohne elektrisch leitfähige Bahnen und Thermistoren kann die Dicke einige Mikrometer sein. Die erste und zweite elastomere Schicht können aus einem elastomeren Material, wie einem natürlichen Kautschuk oder einem synthetischen Kautschuk, Butyl-Kautschuk oder halogenierter Butyl-Kautschuk (z.B. Bromobutyl-Kautschuk), Isopren-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuk, Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk, Silicon-Kautschuk, Fluorsilicon-Kautschuk, Fluor- oder Perfluor-Kautschuk, Chlorsulfonat, Acrylonitrilbutadien-Kautschuk, halogenierter Acrylonitrilbutadien-Kautschuk, carboxylierter Acrylonitrilbutadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Ethylen-Acryl-Kautschuk und Polyacryl-Kautschuk und Mischungen und Kombinationen davon hergestellt sein. Der Begriff „synthetische Kautschuke“ sollte auch so verstanden werden, dass er Materialien umfasst, die alternativ weitgehend als thermoplastische oder wärmehärtende Elastomere definiert werden können, wie Polyurethane, Silicone, Fluorsilicone, Styrol-Isopren-Styrol-Copolymer und Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer, wie auch andere Polymere, die Kautschuk-ähnliche Eigenschaften aufweisen, wie plastifizierte Nylons, Polyolefine, Polyester, Ethylenvinylacetate, Fluorpolymere und Polyvinylchlorid. Bevorzugte Materialien sind Ethylenpropylendien-Monomer-Kautschuk oder Flüssigsilicon-Kautschuk.
[0020] Die erste und die zweite Schicht der elastomeren Abdeckung können sich über den Rand der dielektrischen Folie erstrecken, wo sie aneinander gebondet sind.
[0021] In einigen Ausführungsformen kann die zweite Oberfläche der dielektrischen Folie auch mit gedruckten elektrisch leitfähigen Bahnen und einer Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage bereitgestellt sein. Die Anordnung kann dieselbe wie für die erste Oberfläche sein.
[0022] In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Folie einen Verbindungsabschnitt umfassen, der sich über die elastomere Abdeckung erstreckt und eine elektrische Verbindung mit den elektrisch leitfähigen Bahnen und der Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage bereitstellt. Um große Cluster von Drähten aufgrund einer großen Anzahl von Sensoren zu vermeiden, kann eine Multiplexer-Komponente zum Verbinden der Sensoren der flexiblen blattartigen Sensorvorrichtung mit einer Ableseelektronik verwendet werden. Die Multiplexer-Komponente kann auf dem Verbindungsabschnitt angeordnet sein.
[0023] In einigen Ausführungsformen können die elektrisch leitfähigen Bahnen eine umlaufende Masseleitung ohne Thermistor und mit geringem Widerstand aufweisen. Wenn ein Strom durch die Masseleitung ohne Thermistor und mit geringem Widerstand geleitet wird, kann das Sensorblatt als ein Heizelement verwendet werden, um die benachbarte Zelle des Batteriepacks zu erhitzen, um eine optimale Temperatur zum Beispiel in einem Fall einer raschen Ladung oder bei Festkörperbatterien zu erreichen.
[0024] In einigen Ausführungsformen umfasst die elastomere Abdeckung ein Elastomer und wärmeleitfähige Füllstoffe, die ausgewählt sind aus der Gruppe von Bornitrid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Eine flexible blattartige Sensorvorrichtung mit solchen wärmeleitfähigen Elastomeren kann zwischen einer Kühlplatte und einer Batteriezelle platziert werden und zusätzlich als ein Wärmeleitpad agieren.
[0025] In einigen Ausführungsformen kann die flexible dielektrische Folie mit mindestens einer Öffnung zwischen den gedruckten elektrisch leitfähigen Bahnen und der Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage bereitgestellt sein, vorzugsweise mit einer Fläche von mehreren Quadratzentimetern, um die Wärmeleitfähigkeit durch die flexible blattartige Sensorvorrichtung zu fördern. Vorzugsweise sind mehrere Öffnungen über alle freien Bereiche der dielektrischen Folie verteilt. Dadurch kann die flexible blattartige Sensorvorrichtung als ein Temperaturverteilungssensor und gleichzeitig als Wärmeleitpad zwischen Zellenwänden und Kühlplatten fungieren.
[0026] In einigen Ausführungsformen kann die flexible dielektrische Folie eine Vielzahl von Löchern umfassen, die eine Vielzahl von Bonding-Bereichen für die erste und zweite elastomere Schicht der elastomeren Abdeckung bilden. Dies kann von besonderem Interesse sein, wenn das chemische Bonding der elastomeren Schichten an das Material der dielektrischen Folie nicht ausreichend ist. Die Löcher können auch zum Verstärken der Wärmeleitfähigkeit dienen.
[0027] In einigen Ausführungsformen können das Material und die Dimension der elastomeren Abdeckung einen niedrigen Druckverformungsrest (z.B. zum Kompensieren einer Atmung der Zellen in dem Batteriepack oder zum Sicherstellen eines Vordrucks für Beutelzellen) aufweisen. Weitere bevorzugte Eigenschaften des Materials sind eine relativ flache Dehnungs-Spannungskurve und geringe Spannungsrelaxation. Zusätzlich kann das Material feuerhemmend sein und kann imstande sein, hohen Kräften (bis zu 30kN im Fall einiger Beutelzellen) zu widerstehen.
[0028] Die präsentierte flexible blattartige Sensorvorrichtung kann somit - zusätzlich zum Messen einer Temperaturverteilung - auch zusätzliche Funktionalitäten beinhalten, um als ein Kompressionspad zwischen Zellen, ein Wärmeleitpad zwischen Zellen und benachbarten Kühlplatten oder als ein Heizelement von Zellen zu dienen.
[0029] Die beschriebene flexible blattartige Sensorvorrichtung kann zum thermischen Überwachen von Batterien für Elektrofahrzeuge und stationäre Batterieanwendungen verwendet werden.
[0030] Falls sie mit Wärmeleitmaterial eingekapselt ist, kann sie als ein Wärmeleitpad mit Überwachungsfähigkeiten zur Temperaturverteilungsüberwachung elektronischer Vorrichtungen wie GPUs oder CPUs verwendet werden, die einen wesentlichen Oberflächenbereich aufweisen, viel Wärme erzeugen und deren Oberflächentemperatur basierend auf dem Design des Chips deutlich variieren kann.
[0031] Die Erfindung bezieht sich weiter auf ein Batteriepack, das eine Vielzahl von Batteriezellen und mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung wie oben beschrieben umfasst, wobei die mindestens eine flexible blattartige Vorrichtung mit mindestens einer Oberfläche einer Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt ist.
[0032] In einigen Ausführungsformen können die Batteriezellen Seite an Seite in einer Querrichtung (z.B. die größte Oberfläche prismatischer oder rechteckiger Zellen grenzen aneinander) angeordnet sein und die mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung ist zwischen den Querseiten von zwei benachbarten Batteriezellen angeordnet.
[0033] In einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung die gesamte Oberfläche der Querseite bedecken.
[0034] In einigen Ausführungsformen kann sich der Verbindungsabschnitt über die Vielzahl von Batteriezellen erstrecken, um die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage mit Ableseelektronik zu verbinden.
Kurze Erklärung der Figuren
[0035] Die Erfindung wird in der Folge ausführlicher unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben, die in den Figuren veranschaulicht sind. Die Figuren zeigen in: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer flexiblen blattartigen Sensorvorrichtung; Fig. 2 einen Querschnitt A-A der Sensorvorrichtung von Fig. 1; Fig. 3 einen Batteriepack mit einer flexiblen blattartigen Sensorvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
[0036] Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer flexiblen blattartigen Sensorvorrichtung 1 zum Messen einer Temperaturverteilung zwischen Batteriezellen 7 eines Batteriepacks 6 (siehe Fig. 3). Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des flexiblen blattartigen Sensors 1 von Fig. 1 entlang der Linie A-A.
[0037] Die Sensorvorrichtung umfasst eine flexible dielektrische Folie 2, die aus einem dielektrischen Polymer hergestellt sein kann. Gute Ergebnisse wurden unter Verwendung von Polyethylenterephthalat, thermoplastischem Polyurethan oder Polyimid erzielt, insbesondere beim Bonding der elastomeren Schicht und Drucken der leitfähigen Bahnen. Die flexible dielektrische Folie 2 weist eine erste Oberfläche 21 und eine zweite Oberfläche 22 gegenüber der ersten Oberfläche 21 auf. In dem gezeigten Beispiel ist die erste Oberfläche mit einem Netzwerk von gedruckten, elektrisch leitfähigen Bahnen 3 und einer Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage 4 bereitgestellt, die elektrisch mit den Bahnen 3 verbunden sind. Die Thermistoren zur Oberflächenmontage 4 sind in einem zweidimensionalen Feld mit z.B. drei Zeilen und vier Spalten gleichmäßig beabstandet angeordnet. Die elektrisch leitfähigen Bahnen 3 sind derart angeordnet, dass Bereiche zwischen den Thermistoren 4 frei von Bahnen sind und daher große Öffnungen 24 in der dielektrischen Folie bilden können. Die Funktion dieser Öffnungen 24 ist unten erklärt.
[0038] Die elektrisch leitfähigen Bahnen 3 bilden weiter eine umlaufende Masseleitung 31 ohne Thermistor und mit geringem Widerstand. Durch Hindurchleiten eines Stroms durch die Masseleitung 31 ohne Thermistor und mit geringem Widerstand kann die flexible blattartige Sensorvorrichtung als Heizelement verwendet werden, um die benachbarte Batteriezelle des Batteriepacks zu erhitzen, um eine optimale Temperatur zum Beispiel beim raschen Laden oder bei Festkörperbatterien zu erreichen.
[0039] Die dielektrische Folie 2 umfasst weiter einen Verbindungsabschnitt 23 zum Verbinden der elektrisch leitfähigen Bahnen 3 und der Thermistoren 4 mit Ableseelektronik.
[0040] Der flexible blattartige Sensor 1 umfasst weiter eine elastomere Abdeckung 5 (als gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigt), die eine erste und zweite Schicht 51, 52 enthält und die dielektrische Folie 2 gemeinsam mit den elektrisch leitfähigen Bahnen 3 und der Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage 4 einkapselt. Die erste Schicht 51 bedeckt die erste Oberfläche 21 der dielektrischen Folie 2. Die zweite Schicht 52 bedeckt die zweite Oberfläche 22 der dielektrischen Folie 2. Nur der Verbindungsabschnitt 23 der dielektrischen Folie 2 mit seinen Bahnen kann sich bis ausserhalb der elastomeren Abdeckung 5 erstrecken, um elektrischen Kontakt bereitzustellen.
[0041] Die erste und zweite Schicht 51, 52 können sich bis über die Ränder der dielektrischen Folie 2 erstrecken, wo sie aneinander gebondet sind. Abhängig von dem Prozess, der zum Aufbringen des elastomeren Materials verwendet wird, kann ein Bonding sichtbar sein oder nicht. Das elastomere Material der elastomeren Abdeckung kann ein natürlicher oder synthetischer Kautschuk sein, vorzugsweise Ethylenpropylendien-Monomer-Kautschuk oder Flüssigsilicon-Kautschuk. Wenn die dielektrische Folie 2 mit großen Öffnungen bereitgestellt ist, sind diese auch mit den zwei Schichten 51, 52 der elastomeren Abdeckung 5 bedeckt.
[0042] Fig. 3 zeigt ein Batteriepack 6 mit mehreren rechteckigen Batteriezellen 7, die Seite an Seite in einer Querrichtung angeordnet sind. Eine oder mehrere flexible blattartige Sensorvorrichtungen sind zwischen benachbarten Batteriezellen 7 des Batteriepacks 6 angeordnet. Die Sensorvorrichtungen sind zum Abdecken der gesamten Querfläche der Batteriezellen 7 dimensioniert.
[0043] Das gezeigte Batteriepack 6 weist zwölf Batteriezellen 7 auf, von welchen eine in einer teilweise herausgezogenen Konfiguration gezeigt ist, um die Anordnung der Sensorvorrichtung 1 zu zeigen, die auch teilweise herausgezogen ist.
[0044] Ein Verbindungsabschnitt 23 der Sensorvorrichtung 1 erstreckt sich über den Batteriezellen 7, um die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage 4 der Sensorvorrichtung 1 mit Ableseelektronik zu verbinden.
BEZUGSZEICHEN
[0045] 1 flexible blattartige Sensorvorrichtung 2 flexible dielektrische Folie 21 erste Oberfläche der dielektrischen Folie 22 zweite Oberfläche der dielektrischen Folie 23 Verbindungsabschnitt 24 Öffnung 3 elektrisch leitfähige Bahnen 4 Thermistor zur Oberflächenmontage 5 elastomere Abdeckung 51 erste Schicht der elastomeren Abdeckung 52 zweite Schicht der elastomeren Abdeckung 6 Batteriepack 7 Batteriezelle
Claims (15)
1. Flexible blattartige Sensorvorrichtung (1) für Temperaturverteilungsmessungen einer Batteriezelle eines Batteriepacks, umfassend
eine flexible dielektrische Folie (2) mit einer ersten Oberfläche (21) und einer zweiten Oberfläche (22) gegenüber der ersten Oberfläche (21);
elektrisch leitfähige Bahnen (3), die auf die erste Oberfläche (21) der dielektrischen Folie (2) gedruckt sind;
eine Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4), die auf der ersten Oberfläche (21) der dielektrischen Folie (2) angeordnet sind, wobei die Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) über die elektrisch leitfähigen Bahnen (3) elektrisch verbunden sind und wobei die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) über die erste Oberfläche (21) des dielektrischen Blatts (2) verteilt sind, um die Temperaturverteilung über eine Oberfläche einer einzelnen Batteriezelle des Batteriepacks zu messen.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die flexible blattartige Sensorvorrichtung (1) weiter eine elastomere Abdeckung (5) umfasst, die eine erste Schicht (51) umfasst, die die erste Oberfläche (21) der dielektrischen Folie (2), die die elektrisch leitfähigen Bahnen (3) und die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) enthält, bedeckt.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die elastomere Abdeckung (5) die flexible blattartige Sensorvorrichtung (1) mit einer gleichmäßigen Dicke bildet.
4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die elastomere Abdeckung (5) eine zweite elastomere Schicht (52) umfasst, die die zweite Oberfläche (22) der dielektrischen Folie (2) bedeckt; wobei diese elastomere Abdeckung (5) die dielektrische Folie (2), die die elektrisch leitfähigen Bahnen (3) und die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) enthält, einkapselt, um die flexible blattartige Sensorvorrichtung (1) mit einer gleichmäßigen Dicke zu bilden.
5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die zweite Oberfläche (22) der dielektrischen Folie (2) mit gedruckten, elektrisch leitfähigen Bahnen (3) und einer Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) bereitgestellt ist.
6. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die dielektrische Folie (2) einen Verbindungsabschnitt (23) umfasst, der sich über die elastomere Abdeckung (5) erstreckt und eine elektrische Verbindung mit den elektrisch leitfähigen Bahnen (3) und der Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) bereitstellt.
7. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die gedruckte Schaltung eine umlaufende Masseleitung (31) ohne Thermistor und mit geringem Widerstand umfasst.
8. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elastomere Abdeckung (5) ein Elastomer und wärmleitfähige Füllstoffe umfasst.
9. Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexible dielektrische Folie (2) mit mindestens einer Öffnung (24) zwischen den gedruckten, elektrisch leitfähigen Bahnen (3) und der Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage (4) bereitgestellt ist.
10. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die flexible dielektrische Folie (2) eine Vielzahl von Löchern umfasst, die eine Vielzahl von Bonding-Bereichen für die erste und zweite elastomere Schicht der elastomeren Abdeckung (5) bilden.
11. Batteriepack, das eine Vielzahl von Batteriezellen und mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst, wobei die mindestens eine flexible blattartige Vorrichtung mit mindestens einer Oberfläche einer Batteriezelle der Vielzahl von Batteriezellen in Kontakt ist.
12. Batteriepack nach Anspruch 11, wobei die Batteriezellen Seite an Seite in einer Querrichtung angeordnet sind und die mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung zwischen den Querseiten von zwei benachbarten Batteriezellen angeordnet ist.
13. Batteriepack nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei die mindestens eine flexible blattartige Sensorvorrichtung die gesamte Oberfläche der Querseite bedeckt.
14. Batteriepack nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei sich der Verbindungsabschnitt über die Vielzahl von Batteriezellen erstreckt, um die Vielzahl von Thermistoren zur Oberflächenmontage mit Ableseelektronik zu verbinden.
15. Batteriepack nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die flexible blattartige Sensorvorrichtung als Kompressionspad und/oder Wärmeleitpad dient, das vorzugsweise zwischen einer Batteriezelle und einer benachbarten Kühlplatte platziert ist.
Priority Applications (5)
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