用于测量电位差的导电测量层的制作方法

本发明从一种根据独立权利要求的前序部分所述的用于测量测量层的第一抽头和至少一个第二抽头之间的电位差的导电测量层出发。

背景技术：

在电池组系统、尤其是锂离子电池组系统中构建有电流测量设备，该电流测量设备例如根据分流、霍尔或磁通原理来工作。电池组电流是除了电池温度和电池电压之外用于观察和调节电池组系统的最重要的测量参量。

电流传感器根据现有技术作为电流测量装置在电池组系统中与电池分离地构建并且被控制设备（电池组管理系统bms）读取。传感器和控制设备之间的通信例如通过总线系统（can、lin总线）实现，仅在特殊情况下通过直接读取物理的电信号来实现。

为了控制和/或调节电池组系统，电流和电压相互被用于计算，例如用于计算电功率（p=u*i）。为了该目的，重要的是，同时采用连续检测的相互合计的值（电流和电压测量的同步性）。例如，如果在第一时刻的电流值与在与第一时刻不同的第二时刻的电压值进行合计（verrechnen），则所算出的功率值变错。然而并且特别是当电流传感器中的电流测量被处理并且值紧接着通过总线系统被传递到控制设备时，就形成这样的时间偏差，该控制设备转换总线信号并且然后才能够将电流测量与电压测量的值用于计算。如果例如电池监控单元（csc）被用于电压测量，则电压测量本身也可以在时间上去耦，该电池监控单元通过总线系统与电池组控制设备进行通信。

例如在对电流值和/或电压值进行耗费的软件技术上的滤波或平滑时遇到这些在现有技术中出现的问题。这引起关于所测量的值的不准确性并且在同步性的问题中仅仅有条件地实现补救。随之而来的是复杂的电缆束以及多部件的并且部分复杂的汇流排或高压回路中的电缆，以便能够中间连接传感器，其中所述电缆束将机构相互连接。这些措施引起高的复杂性并且因此也引起高的成本。此外，每个传感器以所需的环境、例如电缆束和/或接口、电池组包中的结构空间和重量为代价并且因此在体积和重量方面降低效率。

此外，温度根据现有技术借助电池附近的、例如电池连接器上的温度传感器通过模块控制器来测量并且通过总线系统被发送到电池组控制设备。得出一些如上已经描述的缺点。

本发明强烈简化流动电流的确定并且消除所提及的缺点。在一种实施方式中，本发明也可以用于确定温度。在某一位置、例如模块控制器上的电流、电压和温度被同步测量并且被发送到电池组控制设备。由此强烈改进测量值检测和测量值处理的质量以及电池组的调节，并且由此简化复杂度，这除了相关的成本节省之外还导致重量节省和结构空间节省。取消掉的电缆束提高电池组的安全性，因为伴随着布线的风险被减小，例如绝缘故障或短路危险。

文献de112010003272t5公开了一种具有集成的传感器平台的电池组电池。配置具有拥有传感器元件的传感器平台的电池组电池，以便提供关于电池组电池的原特性和参数的信息。电池组电池的实施方式可以将传感器平台集成到电池组电池的结构中，作为包含在电池组电池中的分开的结构，或者作为这些的组合来具有。在所示出的实施方式中，电池组电池具有传感器平台，该传感器平台在定位的测量区域附近具有传感器元件，其中传感器平台具有衬底，该衬底具有在其上施加的材料层。材料层具有至少一个传感器层，该传感器层构成传感器元件，使得传感器元件响应电池组电池的特性。

技术实现要素：

本发明的优点

而根据本发明的具有独立权利要求的特征性特征的做法具有以下优点，测量层具有基本上与温度无关的电阻。由此基本上可以与环境温度无关地借助测量层和已知电阻上的电压降执行电流确定。

其他有利的实施方式是从属权利要求的主题。

测量层的第一材料层至少部分地由康铜、掺杂的半导体、金属合金、金属和/或导电塑料构成。由此实现良好的导电性和很小的温度相关性。

导电测量层的第一电抽头和第二电抽头被布置在测量层的相对的侧上。由此可以实现与导电测量层对角线的电压测量，该电压测量特别是在导电的测量层的情况下利用仅仅一个材料层实现更准确的电流确定。

导电测量层包括具有与温度相关的电阻和第三电抽头的第二材料层。由此可以借助导电测量层确定其他特性、例如温度确定，只要第二材料层具有比第一材料层更大的温度相关性。

导电测量层的第一材料层优选地被布置在两个第二材料层之间。由此第一材料层不仅可以在其基面上而且可以在其材料厚度上被精确调节。由此将第一材料层的欧姆电阻与相应的应用情况相协调。较小的欧姆电阻在更少的发热方面是有利的。

根据本发明的用于借助根据本发明的导电测量层确定流经电能存储器的电流的方法包括以下步骤：通过测量单元测量第一电抽头和第二电抽头之间的第一电位差，由所测量的电位差与已知的与温度无关的电阻之间的商计算流经电能存储器的电流。由此可以以简单的方式以高的精度计算流经电能存储器的电流。

根据本发明的用于确定流经电能存储器的电流的方法还包括以下步骤：测量测量层的第二电抽头和第三电抽头之间的电位差，借助所确定的电流和所测量的第二电位差来确定第二材料层的当前电阻。

借助基于模型的估算器和/或温度电阻特性曲线确定测量层之内的温度或测量层的环境温度。由此根据借助测量层的第一材料层确定的、流动的电流和所测量的第二电位差确定温度。有利地，借助根据本发明的测量层和所属的方法不仅可以实现电流确定而且可以实现温度确定。

有利地，根据本发明的测量层被用在具有多个电池组电池的电池组模块中，其中为了测量测量层上的电压降，测量层与电池组模块的一极、与电池组电池中的至少一个和/或与至少一个导电板导电连接。由此有利地实现集成到电池组模块中的电流确定和/或温度确定。

测量层有利地被用在具有多个电池组电池的电池组模块中，其中电池组电池包括锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池。由此有利地为具有高的能量密度的电池组模块实现准确的电流测量和/或温度测量。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在随后的说明书中详细解释。

其中：

图1示出根据现有技术的坚果外壳式电池组模块；并且

图2示出根据现有技术的借助坚果外壳式电池组电池的电池组模块的制造方法的一个示例；并且

图3示出根据现有技术的借助金属接触部的坚果外壳式电池组电池的串联电路和并联电路的一个示例；并且

图4示出根据本发明的测量层的第一实施方式的第一应用方式；并且

图5示出根据本发明的测量层的第一实施方式的第二应用方式；并且

图6示出具有一个材料层的测量层的第一实施方式；并且

图7示出具有两个材料层的测量层的第二实施方式；并且

图8示出根据本发明的测量层的第二实施方式；并且

图9示出根据本发明的测量层的第三实施方式；并且

图10示出根据本发明的测量层的第四实施方式；并且

图11示出根据本发明的测量层的第五实施方式；并且

图12示出根据本发明的测量层的第六实施方式；并且

图13示出根据本发明的测量层的第七实施方式应用于坚果外壳式电池组电池的串联电路和并联电路的一个示例。

具体实施方式

相同的附图标记在所有图中表示相同的设备组件。

图1示出根据现有技术的坚果外壳式电池组模块10。坚果外壳式电池组电池的基本原理是：坚果外壳式电池组电池的一个几何侧（或者面的一部分）位于正的电池电位上并且电池组电池的相对侧位于负的电池电位上。坚果外壳式电池组电池例如包含被涂层的或重复堆叠的（接触部、阳极、电解质、阴极和接触部的）层（极组），所述层与坚果外壳式电池组电池的内部中的电池组电池壳体接触。电池组电池壳体的上侧和下侧彼此电绝缘。

在图1中示出两个坚果外壳式电池组电池100、101。通过叠放s1坚果外壳式电池组电池100、101，坚果外壳式电池组电池100的负的电池电位110与坚果外壳式电池组电池101的正的电池电位111接触。出于清晰性考虑，放弃示出边框、接触部和电压测量。

图2示出根据现有技术的借助坚果外壳式电池组电池的电池组模块的制造方法的一个示例。通过叠放s2多个坚果外壳式电池组电池200（1）、200（2）、200（3）、200（n）来制造坚果外壳式电池组模块20（在图2的右侧部分中示出）。为了简化接触，设置有电连接接触部220、230，其中电接触部230例如与坚果外壳式电池组电池200（1）的负的电池电位电连接，并且电接触部220例如与坚果外壳式电池组电池200（n）的正的电池电位电连接。

图3示出根据现有技术的借助金属接触部的坚果外壳式电池组电池的串联电路和并联电路的一个示例。通过叠放s3多个坚果外壳式电池组电池300（1）、300（2）、300（3）、300（5）、300（n）和插入电接触部320（1）、320（m）、例如金属导体板和/或导电薄膜，形成坚果外壳式电池组模块30。根据电接触部320（1）、320（m），坚果外壳式电池组电池300（1）、300（2）、300（3）、300（5）、300（n）串联和/或并联。

图4示出根据本发明的测量层的第一实施方式的第一应用方式。在图4的右侧部分中示出的坚果外壳式电池组模块40通过叠放s4坚果外壳式电池组电池400（1）、400（2）、400（3）、400（n）以及根据本发明的测量层440的第一实施方式来形成。通过叠放s4，坚果外壳式电池组电池400（1）、400（2）、400（3）、400（n）彼此电接触，其中在两个坚果外壳式电池组电池之间借助测量层440实现电接触。电接触部420、430之间的电流路径是闭合的。根据本发明的测量层440单层地来实施，因此仅具有一个材料层。在图4中示出的在坚果外壳式电池组模块40的中间处的安装位置是示例性的，在两个其他坚果外壳式电池组电池400（1）、400（2）、400（3）、400（n）之间的布置同样是可以的。

图5示出根据本发明的测量层的第一实施方式的第二应用方式。在图5中示出的坚果外壳式电池组模块50包括多个彼此电接触的坚果外壳式电池组电池500（1）、500（2）、500（3）、500（n）。根据本发明的测量层540被布置在坚果外壳式电池组电池500（n）和电接触部520之间。电接触部530和电接触部520之间的电流路径是闭合的。在所示出的第二应用方式中，在坚果外壳式电池组电池500（n）和电接触部520之间借助测量层540进行电压测量。测量层540的该实施方式是单层的，并且因此仅具有一个材料层。

图6示出具有一个材料层的测量层的第一实施方式。测量层640包括一个材料层641。例如通过电流流通方向650示出的电流在流经测量层640时在测量层640的整个面上基本上均匀地分布。测量层640的材料层641具有比电阻，该比电阻基本上取决于材料层641的所选择的材料。

图7示出具有两个材料层的根据本发明的测量层的第二实施方式。根据本发明的测量层740在所示出的第二实施方式中包括三个材料层741、742、743。导电的材料层742优选地包括如康铜、掺杂的半导体、金属合金、金属和/或导电塑料之类的材料。材料层742的电阻是已知的并且选择材料，使得运行温度在整个运行范围上仅仅不显著地影响电阻。材料层741、743包括导电材料，该导电材料具有与温度有关的电阻。

利用测量层740的电流确定通过以下方式运行，即测量材料层742上的电压降（出于清晰性原因而放弃示出测量层742上的电压测量抽头），并且由电子装置、例如坚果外壳式模块控制器检测该电压降。借助公式i=u/r由所测量的电压降和已知的电阻计算电流。

利用测量层740的温度确定如下运行，即测量在材料层741、743上下降的电压并且利用借助该电流确定计算的电流来确定材料层741、743的温度。由电压降和材料层742的所计算的电流来确定欧姆电阻，该欧姆电阻在随后的计算步骤之一中导致所分配的温度。温度确定可以通过分析电子装置中的基于模型的估算器来支持。温度电阻特性曲线可以存储在分析电子装置的软件中的所谓的查找表格中。

图8示出根据本发明的测量层的第二实施方式。测量层840包括材料层841以及第一电抽头850和第二电抽头860。由此可以实现第一电抽头850和第二电抽头860之间的电压测量。通过将第一电抽头850和第二电抽头860布置在材料层841的相对侧上，对于测量层840来说需要小的结构空间。

图9示出根据本发明的测量层的第三实施方式。测量层940包括三个材料层941、942、943以及第一电抽头950和第二电抽头960。测量层941和943例如具有与温度有关的电阻，由此借助测量层940可以实现温度确定。材料层942具有基本上与温度无关的电阻。

利用测量层940的电流确定通过以下方式运行，即测量材料层942上的电压降（出于清晰性原因而放弃示出测量层942上的电压测量抽头），并且由电子装置、例如坚果外壳式模块控制器检测该电压降。借助公式i=u/r由所测量的电压降和已知的电阻计算电流。

利用测量层940的温度确定通过以下方式运行，即测量在材料层941、943上下降的电压并且利用借助该电流确定计算的电流来确定材料层941、943的温度。由电压降和材料层942的所计算的电流来确定欧姆电阻，该欧姆电阻在随后的计算步骤中导致所分配的温度。

图10示出根据本发明的测量层的第四实施方式。测量层1040包括材料层1041以及第一电抽头1050和第二电抽头1060。第一电抽头1050和第二电抽头1060被对角线地布置在测量层的相对的侧上。由此特别是在单层的测量层的情况下可以实现相较于非对角线的布置的更准确的电压测量。

图11示出根据本发明的测量层的第五实施方式。测量层1140包括第一材料层1141、第二材料层1142以及第三材料层1143。第一电抽头1150和第二电抽头1160被对角线地布置在测量层的相对的侧上。由此可以实现更准确地电流确定。由于测量层1140的三层结构，借助测量层1140不仅可以实现电流确定而且可以实现温度确定。

利用测量层1140的电流确定通过以下方式运行，即测量材料层1142上的电压降（出于清晰性原因而放弃示出测量层1142上的电压测量抽头），并且由电子装置、例如坚果外壳式模块控制器检测该电压降。借助公式i=u/r由所测量的电压降和已知的电阻计算电流。

利用测量层1140的温度确定如下运行，即测量在材料层1141、1143上下降的电压并且利用借助该电流确定计算的电流来确定材料层1141、1143的温度。由电压降和材料层1142的所计算的电流来确定欧姆电阻，该欧姆电阻在随后的计算步骤中导致所分配的温度。

图12示出根据本发明的测量层的第六实施方式。测量层1240包括三个材料层1241、1242、1243以及第一电抽头1250和第二电抽头1260。材料层1242包括三个材料区域。第一区域1242（1）包括第一导电材料并且被不导电的区域1242（2）和不导电的区域1242（3）包围。测量层1240还包括第一电抽头1250和第二电抽头1260。材料层1241和1243是不导电的。材料区域1242（1）的欧姆电阻可以被协调到一种应用情况上，因为材料区域1242（1）可以在其尺寸上和其厚度上进行调节。该欧姆电阻应该位于以下区域中，在该区域中测量电压是足够大的，但是不通过通过电流形成加热源。

图13示出根据本发明的测量层的第七实施方式应用于坚果外壳式电池组电池的串联电路和并联电路的一个示例。坚果外壳式电池组模块1330包括多个坚果外壳式电池组电池1300（1）、1300（2）、1300（3）、1300（5）、1300（n-1）、1300（n），所述坚果外壳式电池组电池借助电接触部1320（1）、1320（m）相互电连接。根据本发明的测量层1340的第七实施方式被布置在电接触部1320（m）和坚果外壳式电池组电池1300（n）、1300（n-1）之间并且与所述电接触部1320（m）和坚果外壳式电池组电池1300（n）、1300（n-1）电连接。测量层1340包括三个材料层1341、1342、1343。材料层1341、1343被构造为具有很小电阻的电接触部。借助材料层1342测量测量层1340的电抽头1350、1360之间的电位差，材料层1342具有与温度无关的电阻。借助所测量的电位差来确定流经测量层1340的电流。

在一种替代的实施方式中，坚果外壳式电池组模块1330除了测量层1340之外还包括另一个根据本发明的具有至少一个材料层的测量层，所述至少一个材料层具有与温度无关的电阻，其中借助测量层1340确定的电流被用于温度确定。

根据本发明的测量层的实施和应用不限于在附图中示出的实施例，而是可以以任意组合来实施。特别是在至少一个坚果外壳式电池组模块中执行至少一个电流确定和/或至少一个温度确定。

坚果外壳式电池组模块在附图中示意性示出，出于清晰性原因而放弃布线。

出于清晰性原因而同样放弃电抽头的设计方案的详细实施。电抽头可以以不同方式实现，例如作为焊接连接、挤压接触部、螺栓连接、被焊接的连接来接合和/或夹住。根据本发明的测量层可以被实施为板、薄膜、薄层、柔韧的垫和/或被冲压的半导体晶片。

此外，根据本发明的测量层在坚果外壳式电池组电池之内的应用是可以的。