DE102024102984A1

DE102024102984A1 - Measuring arrangement and method for detecting a mechanical stress on a housing component of a housing of a battery unit

Info

Publication number: DE102024102984A1
Application number: DE102024102984.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Bathe
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2024-02-02
Filing date: 2024-02-02
Publication date: 2025-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (38) zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung zumindest eines Gehäusebauteils (14a; 16) eines Gehäuses (14a; 16) einer Batterieeinheit (10), die mindestens eine Batteriezelle (14) umfasst. Dabei umfasst die Messanordnung (38) eine Auswerteeinheit (34, 36) und eine mit der Auswerteeinheit (34, 36) elektrisch verbundene und permanent ununterbrochene Leiterschleife (40), die an zwei verschiedenen Stellen (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) der Batterieeinheit (10) derart befestigbar oder befestigt ist, dass durch eine Ausdehnung (Δs, Δs', Δs'') der mindestens einen Batteriezelle (14) ein Abstand zwischen den zwei Stellen (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) änderbar ist, wobei die Auswerteeinheit (34, 36) dazu ausgelegt ist, eine Änderung (ΔR, ΔR', ΔR'') eines elektrischen Widerstands der Leiterschleife (40) zu erfassen und in Abhängigkeit von der Änderung (ΔR, ΔR', ΔR'') die mechanische Beanspruchung zu erfassen. The invention relates to a measuring arrangement (38) for detecting a mechanical stress on at least one housing component (14a; 16) of a housing (14a; 16) of a battery unit (10) comprising at least one battery cell (14). The measuring arrangement (38) comprises an evaluation unit (34, 36) and a permanently uninterrupted conductor loop (40) which is electrically connected to the evaluation unit (34, 36) and which can be or is fastened at two different locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) of the battery unit (10) in such a way that a distance between the two locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) can be changed by an expansion (Δs, Δs', Δs'') of the at least one battery cell (14), wherein the evaluation unit (34, 36) is designed to detect a change (ΔR, ΔR', ΔR'') in an electrical resistance of the conductor loop (40) and, depending on the change (ΔR, ΔR', ΔR'') to record the mechanical stress.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung zumindest eines Gehäusebauteils eines Gehäuses einer Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung.The invention relates to a measuring arrangement for detecting mechanical stress on at least one housing component of a housing of a battery unit comprising at least one battery cell. Furthermore, the invention also relates to a method for detecting mechanical stress.

Bei Batterien, insbesondere Kraftfahrzeugbatterien, zum Beispiel Hochvoltbatterien, lassen sich für die Batteriezellen über zum Beispiel die Diagnose der Ladefähigkeit und der Spannungen der Batteriezellen Aussagen über die „elektrische“ Lebensdauer oder den Alterungszustand der Batteriezellen auslesen. Im Laufe der Lebensdauer einer solchen Batterie unterliegen jedoch nicht nur die Batteriezellen bestimmten Alterungseffekten, sondern auch Gehäusebauteile einer solchen Batterie erfahren eine gewisse mechanische Beanspruchung. Theoretisch ist es daher möglich, dass Gehäusebauteile oder ein Gehäuse als Ganzes, zum Beispiel ein Modulgehäuse, mechanische Schäden aufweist, bevor die chemische Alterung der Batteriezellen soweit fortgeschritten ist, dass ein DiagnoseSystem den elektrischen Zustand eines Batteriemoduls beziehungsweise Zellmoduls als austauschwürdig kennzeichnet. Somit besteht die Gefahr, dass ein Batteriemodul aufgrund solcher mechanischer Schäden ausgetauscht oder repariert werden müsste, dies jedoch nicht oder nicht rechtzeitig erkannt wird. Wünschenswert wäre es daher, auch mechanische Beanspruchungen von Gehäusebauteilen einer Batterie oder eines Batteriemoduls erkennen beziehungsweise überwachen und/oder quantifizieren zu können.In the case of batteries, particularly automotive batteries, for example high-voltage batteries, information about the "electrical" service life or the aging state of the battery cells can be derived from, for example, the diagnosis of the charging capacity and voltage of the battery cells. However, over the course of such a battery's service life, not only the battery cells are subject to certain aging effects, but housing components of such a battery also experience a certain degree of mechanical stress. Theoretically, it is therefore possible for housing components or a housing as a whole, for example a module housing, to exhibit mechanical damage before the chemical aging of the battery cells has progressed to the point where a diagnostic system identifies the electrical condition of a battery module or cell module as requiring replacement. There is therefore a risk that a battery module would have to be replaced or repaired due to such mechanical damage, but this is not detected or not detected in a timely manner. It would therefore be desirable to be able to detect, monitor, and/or quantify mechanical stress on housing components of a battery or battery module.

Die WO 2021/074456 A1 beschreibt eine Kühleinrichtung für eine Batterie mit Rundzellen, wobei die Kühleinrichtung eine Kühlleitung umfasst, die schlangenförmig verlaufend zwischen den Rundzellen positioniert ist. Diese Leitung kann aufblasbar und flexibel ausgeführt sein, sodass ein Ausdehnen der Leitung durch einen Fluiddruck des in der Leitung geführten Kühlmittels bewirkt wird. An der Leitung kann eine flexible Leiterplatte mit Sensoren, insbesondere Temperatursensoren und Dehnungssensoren, angeordnet sein. Die Dehnungssensoren können dazu verwendet werden, den Kühlmitteldruck zu überwachen.The WO 2021/074456 A1 describes a cooling device for a battery with round cells, wherein the cooling device comprises a cooling line positioned in a serpentine configuration between the round cells. This line can be inflatable and flexible, so that expansion of the line is caused by the fluid pressure of the coolant conveyed in the line. A flexible circuit board with sensors, in particular temperature sensors and strain sensors, can be arranged on the line. The strain sensors can be used to monitor the coolant pressure.

Die DE 10 2018 200 919 A1 beschreibt eine Erfassungsvorrichtung zum Erfassen einer mechanischen Verformung eines Hochvoltspeichers eines Kraftfahrzeugs, wobei die Erfassungsvorrichtung ein flächiges Sensorelement umfasst, das elektrisch leitend ausgebildet ist und an einem ersten Bauteil angeordnet ist und einem elektrisch leitenden Bereich eines zweiten Bauteils gegenüberliegend positioniert ist. Außerdem umfasst die Erfassungsvorrichtung eine Auswertevorrichtung, die durch Auswerten einer elektrischen Messgröße erfassen kann, wenn das Sensorelement, zum Beispiel bedingt durch eine Verformung des Hochvoltspeichers, in elektrisch leitendem Kontakt mit dem zweiten Bauteil kommt.The DE 10 2018 200 919 A1 describes a detection device for detecting a mechanical deformation of a high-voltage storage device of a motor vehicle. The detection device comprises a flat sensor element that is electrically conductive and is arranged on a first component and positioned opposite an electrically conductive region of a second component. Furthermore, the detection device comprises an evaluation device that can detect, by evaluating an electrical measurement variable, when the sensor element comes into electrically conductive contact with the second component, for example, due to a deformation of the high-voltage storage device.

Die EP 3 249 737 A1 beschreibt eine Batterie mit einer Komponente zur Erfassung einer Information über eine physische Beanspruchung. Die Komponente kann dabei einen Beschleunigungssensor umfassen, einen Vibrationssensor, einen Dehnungssensor, einen Aufprallsensor, einen Drucksensor, einen Neigungssensor, einen Positionssensor und einen Geschwindigkeitssensor. Der Dehnungssensor kann als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein.The EP 3 249 737 A1 describes a battery with a component for detecting information about physical stress. The component can include an acceleration sensor, a vibration sensor, a strain sensor, an impact sensor, a pressure sensor, an inclination sensor, a position sensor, and a speed sensor. The strain sensor can be embodied as a strain gauge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Messanordnung und ein Verfahren bereitzustellen, die es erlauben, eine mechanische Beanspruchung eines Gehäusebauteils einer Batterieeinheit auf möglichst einfache und effiziente Weise erfassen und/oder quantifizieren zu können zu können.The object of the present invention is to provide a measuring arrangement and a method which allow the mechanical stress on a housing component of a battery unit to be recorded and/or quantified in the simplest and most efficient manner possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messanordnung und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a measuring arrangement and a method having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent patent claims, the description, and the figures.

Eine erfindungsgemäße Messanordnung zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung zumindest eines Gehäusebauteils eines Gehäuses einer Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst, weist eine Auswerteeinheit und eine mit der Auswerteeinheit elektrisch verbundene und permanent ununterbrochene Leiterschleife auf, die an zwei verschiedenen Stellen der Batterieeinheit derart befestigbar oder befestigt ist, dass durch eine Ausdehnung der mindestens einen Batteriezelle ein Abstand zwischen den zwei Stellen änderbar ist, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, eine Änderung eines elektrischen Widerstands der Leiterschleife zu erfassen und in Abhängigkeit von der Änderung die mechanische Beanspruchung zu erfassen.A measuring arrangement according to the invention for detecting a mechanical stress on at least one housing component of a housing of a battery unit comprising at least one battery cell has an evaluation unit and a permanently uninterrupted conductor loop which is electrically connected to the evaluation unit and which can be or is fastened at two different locations on the battery unit in such a way that a distance between the two locations can be changed by an expansion of the at least one battery cell, wherein the evaluation unit is designed to detect a change in an electrical resistance of the conductor loop and to detect the mechanical stress as a function of the change.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass das sogenannte Swelling von Batteriezellen, insbesondere das alterungsbedingte Swelling von Batteriezellen, gemäß welchen sich Batteriezellen im Laufe ihrer Lebensdauer ausdehnen, maßgeblich für die mechanische Beanspruchung von Gehäusebauteilen, wie zum Beispiel des Zellgehäuses beziehungsweise Zellbechers der Batteriezellen selbst oder des Modulgehäuses, verantwortlich ist. Mechanische Vibrationsbeanspruchungen beispielsweise sind diesen swelling-bedingten Beanspruchungen gerade bei kleinen Modulen, zum Beispiel mit weniger als 15 Batteriezellen, deutlich untergeordnet. Darüber hinaus beruht die Erfindung der Erkenntnis, dass sich der Widerstand eines elektrischen Leiters, wie zum Beispiel der Leiterschleife der Messanordnung, bei Dehnung ändert. Dies ermöglicht es in vorteilhafter Weise, die Leiterschleife an zumindest zwei verschiedenen Stellen der Batterieeinheit so anzuordnen, dass diese sich zumindest bereichsweise dehnt, wenn sich die mindestens eine Batteriezelle ausdehnt und entsprechend sich der Abstand zwischen den beiden Stellen ändert, insbesondere vergrößert. Diese zumindest bereichsweise Dehnung der Leiterschleife führt wiederum zu einer Veränderung deren elektrischen Widerstands, was durch die Auswerteeinheit erfasst werden kann. Entsprechend kann durch eine solche Widerstandsänderung, d.h. der Änderung des elektrischen Widerstands, eine mechanische Beanspruchung des Gehäusebauteils des Gehäuses der Batterieeinheit erfasst werden und insbesondere durch die Größe der Änderung des elektrischen Widerstands, z.B. bezogen auf einen definierten Widerstandsreferenzwert, auch quantifiziert werden. Insgesamt ist es also vorteilhafterweise möglich, eine solche Beanspruchung eines Gehäusebauteils zu erfassen, zu quantifizieren und auch im Laufe der Zeit zu überwachen, und zwar auf besonders einfache und effiziente Weise, nämlich durch die elektrische Widerstandsmessung der Leiterschleife.The invention is based on the finding that the so-called swelling of battery cells, in particular the aging-related swelling of battery cells, according to which battery cells expand over the course of their service life, is largely responsible for the mechanical stress on housing components, such as the cell housing or cell cup of the battery cells themselves or the module housing. Mechanical vibration stresses, for example, are subject to these swelling-related stresses. particularly in small modules, for example with fewer than 15 battery cells. Furthermore, the invention is based on the finding that the resistance of an electrical conductor, such as the conductor loop of the measuring arrangement, changes when stretched. This advantageously makes it possible to arrange the conductor loop at at least two different points on the battery unit in such a way that it stretches at least in some areas when the at least one battery cell expands and the distance between the two points changes accordingly, in particular increases. This at least partial stretching of the conductor loop in turn leads to a change in its electrical resistance, which can be detected by the evaluation unit. Accordingly, such a change in resistance, i.e. the change in electrical resistance, can be used to detect mechanical stress on the housing component of the battery unit housing and, in particular, to quantify it by the magnitude of the change in electrical resistance, e.g. relative to a defined resistance reference value. Overall, it is therefore advantageously possible to record, quantify and also monitor such stress on a housing component over time in a particularly simple and efficient manner, namely by measuring the electrical resistance of the conductor loop.

Unter einer Leiterschleife soll dabei ein elektrischer Leiter, d.h. ein elektrisch leitfähiges Element und/oder Bauteil, verstanden werden, der einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein kann, und der in Form einer Schleife geführt und mit der Auswerteeinheit verbunden ist. Der elektrische Leiter, das heißt also die Leiterschleife, weist zwei Enden, nämlich Leiterenden, auf, die mit der Auswerteeinheit gekoppelt beziehungsweise verbunden sind. Die Auswerteeinheit kann zum Beispiel dazu ausgelegt sein, die Leiterschleife mit einer Messpannung beziehungsweisen einen Messstrom zu beaufschlagen. Beispielsweise kann eine Messpannung zwischen den beiden Leiterenden angelegt werden. Die angelegte Messspannung führt zu einem Messstrom durch die Leiterschleife. Über diesen lässt sich der Widerstand der Leiterschleife bestimmen. Eine Änderung des Stroms bei gleicher angelegter Spannung lässt auf eine Widerstandsänderung schließen. Die beiden verschiedenen Stellen der Batterieeinheit (an welcher die Leiterschleife befestigt ist, können sich beispielsweise beide an der mindestens einen Batteriezelle befinden oder beide an einer von der mindestens einen Batteriezelle verschiedenen Stelle der Batterieeinheit angeordnet sein oder nur eine der beiden Stellen kann sich an der mindestens einen Batteriezelle befinden.A conductor loop is understood to be an electrical conductor, i.e. an electrically conductive element and/or component, which can be designed in one or more parts, and which is guided in the form of a loop and connected to the evaluation unit. The electrical conductor, i.e. the conductor loop, has two ends, namely conductor ends, which are coupled or connected to the evaluation unit. The evaluation unit can, for example, be designed to apply a measuring voltage or a measuring current to the conductor loop. For example, a measuring voltage can be applied between the two conductor ends. The applied measuring voltage leads to a measuring current through the conductor loop. This current can be used to determine the resistance of the conductor loop. A change in the current with the same applied voltage indicates a change in resistance. The two different locations of the battery unit (to which the conductor loop is attached) can, for example, both be located on the at least one battery cell or both be arranged at a location on the battery unit different from the at least one battery cell or only one of the two locations can be located on the at least one battery cell.

Das Ausdehnen der Batteriezelle und/oder einer Zellgruppe mit mehreren Batteriezelle und/oder der Batterieeinheit in einer bestimmten Richtung kann auch als Längung bezeichnet werden.The expansion of the battery cell and/or a cell group with several battery cells and/or the battery unit in a certain direction can also be referred to as elongation.

Dass es sich bei der Leiterschleife um eine permanent ununterbrochene Leiterschleife handelt, ist dabei so zu verstehen, dass die Leiterschleife im bestimmungsgemäßen Betrieb und bei der bestimmungsgemäßen Verwendung in der Messanordnung permanent ununterbrochen ausgeführt ist, das heißt ihre beiden Leiterenden sind permanent über eine geschossene elektrisch leitende Verbindung miteinander verbunden. Es soll also keine Unterbrechung oder Beschädigung der Leiterschleife zur Erfassung einer mechanischen Beanspruchung genutzt werden oder umgekehrt auch nicht eine auftretende elektrische Kontaktierung zweier Bereiche zum Schließen der Leiterschleife, um eine bestimmte mechanische Beanspruchung zu erfassen.The term "permanently uninterrupted" refers to the fact that the conductor loop is permanently uninterrupted during normal operation and use in the measuring setup. This means that its two conductor ends are permanently connected to each other via a closed, electrically conductive connection. Therefore, no interruption or damage to the conductor loop should be used to detect mechanical stress, nor, conversely, should an electrical contact between two areas be used to close the conductor loop to detect a specific mechanical stress.

Beispielsweise kann ein erster mechanischer Beanspruchungszustand und ein zweiter mechanischer Beanspruchungszustand definiert sein, wobei die mechanische Beanspruchung des zumindest einen Gehäusebauteils gemäß dem zweiten mechanischen Beanspruchungszustand gegenüber dem ersten mechanischen Beanspruchungszustand erhöht ist. Dem zweiten mechanischen Beanspruchungszustand kann ein anderer elektrischer Widerstand oder Widerstandsbereich der Leiterschleife zugeordnet sein als dem ersten mechanischen Beanspruchungszustand. Entsprechend kann in Abhängigkeit vom aktuell erfassten elektrischen Widerstand der Leiterschleife bestimmt werden, ob der erste oder der zweite mechanische Beanspruchungszustand vorliegt. Während jeder Messung des elektrischen Widerstands zur Bestimmung der mechanischen Beanspruchung liegt die Leiterschleife also in einem ununterbrochen, durchgehenden Zustand vor, in welchem die beiden Enden der Leiterschleife elektrisch leitend miteinander verbunden sind.For example, a first mechanical stress state and a second mechanical stress state can be defined, wherein the mechanical stress of the at least one housing component is increased according to the second mechanical stress state compared to the first mechanical stress state. The second mechanical stress state can be assigned a different electrical resistance or resistance range of the conductor loop than the first mechanical stress state. Accordingly, depending on the currently detected electrical resistance of the conductor loop, it can be determined whether the first or the second mechanical stress state exists. During each measurement of the electrical resistance to determine the mechanical stress, the conductor loop is therefore in an uninterrupted, continuous state in which the two ends of the conductor loop are electrically conductively connected to one another.

Insbesondere kann die Auswerteeinheit dazu ausgelegt sein, eine durch eine Abstandsänderung des Abstands zwischen den zwei Stellen bedingte Änderung des elektrischen Widerstands der Leiterschleife zu erfassen. In Abhängigkeit von der erfassten Änderung kann die Auswerteeinheit dann die mechanische Beanspruchung erfassen. Auch andere Parameter können dabei insbesondere zu einer Änderung des elektrischen Widerstands der Leiterschleife beitragen, zum Beispiel eine Temperaturänderung. Derartige andere Einflussgrößen lassen sich zum Beispiel auf einfache Weise durch eine zeitliche Mittelung mehrfach erfasster Widerstandswerte eliminieren.In particular, the evaluation unit can be designed to detect a change in the electrical resistance of the conductor loop caused by a change in the distance between the two points. Depending on the detected change, the evaluation unit can then detect the mechanical stress. Other parameters, such as a change in temperature, can also contribute to a change in the electrical resistance of the conductor loop. Such other influencing factors can be easily eliminated, for example, by temporally averaging multiple measured resistance values.

Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Auswerteeinheit dazu ausgelegt ist, die Beanspruchung in Abhängigkeit von der Widerstandsänderung, d.h. der Änderung des elektrischen Widerstands, in einem bestimmten Zeitraum wiederholt zu erfassen, und in Abhängigkeit von den erfassten Beanspruchungen ein Signal auszugeben. Das wiederholte Erfassen des Widerstands beziehungsweise der Widerstandsänderung hat dabei gleich mehrere Vorteile: Zum Einen lässt sich hierdurch eine zeitliche Überwachung des elektrischen Widerstands, und damit der Längung der Batterieeinheit und entsprechend der mechanischen Beanspruchung des zumindest einen Gehäusebauteils bereitstellen. Zum anderen lässt sich hierdurch auf einfache Weise auch oben genannte Mittelung realisieren, um andere Einflüsse, wie zum Beispiel durch die Temperatur, zu eliminieren.Therefore, it represents a further very advantageous embodiment of the invention if the evaluation unit is designed to repeatedly record the stress as a function of the change in resistance, i.e. the change in electrical resistance, over a certain period of time, and to output a signal as a function of the recorded stresses. The repeated recording of the resistance or the change in resistance has several advantages: Firstly, this allows temporal monitoring of the electrical resistance and thus of the elongation of the battery unit and correspondingly the mechanical stress on at least one housing component. Secondly, this also allows the above-mentioned averaging to be implemented in a simple manner in order to eliminate other influences, such as temperature.

Alternativ oder zusätzlich können auch einer oder mehrere solcher Einflussparameter, wie zum Beispiel die Temperatur, erfasst werden und bei der Auswertung des elektrischen Widerstands berücksichtigt werden. Dies lässt sich zum Beispiel auf einfache Weise durch ein entsprechendes Kennlinienfeld realisieren, über welches ein gemessener Widerstand bei einer bestimmten Temperatur einer bestimmten Längung und/oder einem Beanspruchungswert zugeordnet wird.Alternatively or additionally, one or more such influencing parameters, such as temperature, can be recorded and taken into account when evaluating the electrical resistance. This can be easily achieved, for example, using a corresponding characteristic curve map, which assigns a measured resistance at a specific temperature to a specific elongation and/or stress value.

Im bestimmten Zeitraum kann also eine Messung zur Erfassung einer Widerstandsänderung beziehungsweise zur Erfassung eines aktuellen elektrischen Widerstands der Leiterschleife mehrfach durchgeführt werden. Der elektrische Widerstand, der bei einer solchen Messung gemessen wird, kann mit einem definierten Widerstandsreferenzwert zur Ermittlung der Widerstandsänderung verglichen werden. Die wiederholt erfassten Widerstandswerte können zum Beispiel jeweils mit diesem Widerstandsgrenzwert verglichen werden, bei dessen Überschreiten z.B. das Signal ausgegeben wird und der beispielsweise zu einer mechanischen Grenzbeanspruchung korrespondiert. Auf diese Weise kann erfasst werden, wenn das zumindest eine Gehäusebauteil bereits stark mechanisch beansprucht ist beziehungsweise zu stark mechanisch beansprucht ist und ein Austausch und/oder eine Wartung des Gehäusebauteils erforderlich ist. In Abhängigkeit vom ausgegebenen Signal kann zum Beispiel ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgen und/oder einen Information an einen Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden und/oder an eine Werkstatt und/oder dergleichen. Die wiederholt erfassten Widerstandswerte auch mit diesem Widerstandsgrenzwert verglichen werden und die Abweichungen vom Widerstandsgrenzwert im Laufe der Zeit gespeichert bzw. dokumentiert werden. Dadurch kann die mechanische Beanspruchung zeitlich überwacht und dokumentiert werden.Within a specific period of time, a measurement can be performed multiple times to record a change in resistance or to record the current electrical resistance of the conductor loop. The electrical resistance measured during such a measurement can be compared with a defined resistance reference value to determine the change in resistance. The repeatedly recorded resistance values can, for example, each be compared with this resistance limit value, which, if exceeded, triggers the output of a signal, which corresponds, for example, to a mechanical limit load. In this way, it can be detected if at least one housing component is already subjected to severe mechanical stress or is subjected to excessive mechanical stress, requiring replacement and/or maintenance of the housing component. Depending on the output signal, an entry can be made in an error log, for example, and/or information can be issued to a vehicle driver and/or a workshop and/or the like. The repeatedly recorded resistance values can also be compared with this resistance limit value, and deviations from the resistance limit value can be saved or documented over time. This allows the mechanical stress to be monitored and documented over time.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messanordnung die Batterieeinheit, insbesondere wobei das Gehäuse ein Zellgehäuse oder mindestens eine Batteriezelle darstellt und/oder ein Modulgehäuse der als Batteriemodul ausgebildeten Batterieeinheit, wobei die mindestens eine Batteriezelle im Modulgehäuse aufgenommen ist. Mittels der Messanordnung kann dabei insbesondere sowohl eine mechanische Beanspruchung des Zellgehäuses einer solchen Batteriezelle als auch eines Modulgehäuses des Batteriemoduls, das die Batteriezelle umfasst, erfasst werden. Bei der Batteriezelle kann es sich zum Beispiel um eine Lithium-Ionen-Zelle handeln. Insbesondere kann es sich bei der Batteriezelle um eine prismatische Batteriezelle handeln. Gerade prismatische Batteriezellen unterliegen einem sehr starken swelling-bedingten Ausdehnen im Laufe ihrer Alterung. Mehrere prismatische Batteriezellen können zur Bildung eines Zellstapels in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sein. Das Batteriemodul kann beispielsweise einen solchen Zellstapel mit mehreren Batteriezellen umfassen. Durch die erfindungsgemäße Messanordnung beziehungsweise ihre Ausführungsformen kann vor allem eine Längung des Batteriemoduls in Stapelrichtung einfach und effizient erfasst werden. Die Leiterschleife kann dabei an beliebigen zwei Stellen eines solchen Batteriemoduls befestigt sein oder befestigbar sein. Diese beiden Stellen können sowohl sehr nahe aneinander liegen als auch sehr weit voneinander entfernt sein. Damit können mechanische Beanspruchungen sowohl über kurze Strecken als auch über größere Strecken des Batteriemoduls hinweg erfasst werden. Dies erlaubt eine besonders flexible und umfassende Überwachung des mechanischen Beanspruchungszustands eines solchen Batteriemoduls.According to a further advantageous embodiment of the invention, the measuring arrangement comprises the battery unit, in particular wherein the housing represents a cell housing or at least one battery cell and/or a module housing of the battery unit designed as a battery module, wherein the at least one battery cell is accommodated in the module housing. By means of the measuring arrangement, in particular, both mechanical stress on the cell housing of such a battery cell and on a module housing of the battery module that comprises the battery cell can be detected. The battery cell can be, for example, a lithium-ion cell. In particular, the battery cell can be a prismatic battery cell. Prismatic battery cells in particular are subject to very strong swelling-induced expansion during their aging. Several prismatic battery cells can be arranged next to one another in a stacking direction to form a cell stack. The battery module can, for example, comprise such a cell stack with several battery cells. The measuring arrangement according to the invention or its embodiments can, above all, easily and efficiently detect elongation of the battery module in the stacking direction. The conductor loop can be attached, or capable of being attached, to any two locations on such a battery module. These two locations can be very close to each other or very far apart. This allows mechanical stresses to be recorded both over short and long distances within the battery module. This allows for particularly flexible and comprehensive monitoring of the mechanical stress state of such a battery module.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterieeinheit mindestens eine erste und eine zweite Batteriezelle, wobei eine erste Stelle der zwei Stellen relativ zur ersten Batteriezelle fix ist und eine zweite Stelle der zwei Stellen relativ zur zweiten Batteriezelle fix ist, insbesondere wobei die Batterieeinheit einen Zellstapel mit mehreren in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen umfasst, wobei die erste und die zweite Stelle derart durch die Batterieeinheit bereitgestellt sind, dass diese sich im Falle einer Ausdehnung des Zellstapels in der Stapelrichtung voneinander entfernen. Grundsätzlich können die erste und die zweite Stelle auch derart durch die Batterieeinheit bereitgestellt sein, dass diese sich im Falle einer Ausdehnung des Zellstapels in der Stapelrichtung voneinander entfernen, selbst wenn die erste Stelle und die zweite Stelle nicht jeweils fix zu einer der beiden Batteriezellen sind. Die Leiterschleife lässt sich jedoch besonders einfach am Batteriemodul befestigen, wenn diese mittelbar oder unmittelbar an zumindest zwei Batteriezellen der Batterieeinheit fixiert wird. Dadurch ist also eine besonders einfache Befestigungsmöglichkeit der Leiterschleife bereitgestellt, und andererseits lässt sich so eine Ausdehnung des Zellstapels in Stapelrichtung besonders einfach erfassen, da eine Ausdehnung der beiden Batteriezellen in Stapelrichtung entsprechend auch dazu führt, dass sich die beiden Stellen, an denen die Leiterschleife fixiert ist, voneinander entfernen. Die beiden Stellen können dabei durch die beiden Batteriezellen selbst bereitgestellt sein. Beispielsweise können diese durch einen Teil des Zellgehäuses einer jeweiligen der beiden Batteriezellen bereitgestellt sein. Die beiden Stellen können aber auch durch andere Elemente bereitgestellt sein, die von den beiden Batteriezellen verschieden sind, jedoch mit diesen zum Beispiel mechanisch gekoppelt sind, sodass sich eine Ausdehnung der jeweiligen Batteriezelle auch zu einer entsprechenden Änderung der Position des Elements führt, durch welche die betreffende Stelle, an der die Leiterschleife fixiert ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the battery unit comprises at least a first and a second battery cell, wherein a first location of the two locations is fixed relative to the first battery cell and a second location of the two locations is fixed relative to the second battery cell, in particular wherein the battery unit comprises a cell stack with a plurality of battery cells arranged next to one another in a stacking direction, wherein the first and the second location are provided by the battery unit in such a way that they move away from one another in the event of an expansion of the cell stack in the stacking direction. In principle, the first and the second location can also be provided by the battery unit in such a way that they move away from one another in the event of an expansion of the cell stack in the stacking direction, even if the first location and the second location are not are each fixed to one of the two battery cells. However, the conductor loop can be attached to the battery module particularly easily if it is fixed directly or indirectly to at least two battery cells of the battery unit. This provides a particularly simple way of attaching the conductor loop, and on the other hand, an expansion of the cell stack in the stacking direction can be detected particularly easily, since an expansion of the two battery cells in the stacking direction also leads to the two points at which the conductor loop is fixed moving away from each other. The two points can be provided by the two battery cells themselves. For example, they can be provided by a part of the cell housing of a respective one of the two battery cells. However, the two points can also be provided by other elements that are different from the two battery cells but are mechanically coupled to them, for example, so that an expansion of the respective battery cell also leads to a corresponding change in the position of the element through which the respective point at which the conductor loop is fixed.

Die Auswerteeinheit selbst kann zum Beispiel durch einen Zellmodul-Controller bereitgestellt sein. Ein solcher Zellmodul-Controller kann dabei ebenfalls Teil des Batteriemoduls sein. Beispielsweise kann ein solcher Zellmodul-Controller an einem Ende des Zellstapels angeordnet sein, zum Beispiel angeordnet an einer Endplatte eines solchen Batteriemoduls, welche Teil eines den Zellstapel umgebenden Spannrahmens ist und den Zellstapel in beziehungsweise entgegen Stapelrichtung begrenzt.The evaluation unit itself can be provided, for example, by a cell module controller. Such a cell module controller can also be part of the battery module. For example, such a cell module controller can be arranged at one end of the cell stack, for example, arranged on an end plate of such a battery module, which is part of a clamping frame surrounding the cell stack and delimits the cell stack in or against the stacking direction.

Gemäß einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die erste und die zweite Batteriezelle in einer bestimmten Richtung zueinander benachbart. Mit anderen Worten werden die beiden Stellen, an denen die Leiterschleife befestigt oder befestigbar ist, durch zwei zueinander in Stapelrichtung benachbarte Batteriezellen bereitgestellt. Die Leiterschleife muss sich dann in Stapelrichtung auch nicht über alle Batteriezellen hinweg erstrecken, sondern kann in Stapelrichtung sehr kurz ausgeführt sein, so dass durch die Leiterschleife z.B. nur die erste und die zweite Batteriezelle überdeckt sind, oder eine die erste und die zweite Batteriezelle umfassende Zellgruppe mit wenigen und nicht allen Zellen der Batterieeinheit. Dadurch lässt sich eine mechanische Beanspruchung über eine sehr kurze Distanz hinweg erfassen. Diese Vorgehensweise ist besonders dazu geeignet, zum Beispiel die mechanische Beanspruchung der Zellgehäuse selbst zu erfassen. Die Messanordnung kann darüber hinaus auch mehrere solcher Leiterschleifen aufweisen. Jede dieser Leiterschleifen kann mindestens zwei Batteriezellen des Zellstapels zugeordnet sein. Diese können sich paarweise voneinander unterscheiden. Damit können lokale mechanische Beanspruchungen zwischen je zwei Zellpaaren besonders genau erfasst werden. Dadurch lässt sich beispielsweise auch erfassen, wenn sich eine der Batteriezellen des Zellstapels übermäßig stark ausdehnt. Auch können mehrere Leiterschleifen vorgesehen sein, die den Zellstapel in Stapelrichtung in unterschiedlichem Ausmaß überdecken. Dadurch können Beanspruchungen auf unterschiedlichen Längenskalen erfasst werden.According to a further very advantageous embodiment of the invention, the first and second battery cells are adjacent to each other in a specific direction. In other words, the two locations at which the conductor loop is attached or can be attached are provided by two battery cells adjacent to each other in the stacking direction. The conductor loop then does not have to extend across all battery cells in the stacking direction, but can be very short in the stacking direction, so that, for example, only the first and second battery cells are covered by the conductor loop, or a cell group comprising the first and second battery cells with a few, but not all, cells of the battery unit. This allows mechanical stress to be measured over a very short distance. This procedure is particularly suitable, for example, for measuring the mechanical stress on the cell housings themselves. The measuring arrangement can also comprise several such conductor loops. Each of these conductor loops can be assigned to at least two battery cells of the cell stack. These can differ from each other in pairs. This allows local mechanical stresses between any two cell pairs to be measured particularly precisely. This makes it possible, for example, to detect excessive expansion of one of the battery cells in the cell stack. Multiple conductor loops can also be provided, covering the cell stack to varying degrees in the stacking direction. This allows stresses to be recorded on different length scales.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterieeinheit mindestens eine oder mehrere dritte Batteriezellen, die zwischen der ersten und der zweiten Batteriezelle angeordnet ist beziehungsweise sind. Mit anderen Worten ist in diesem Beispiel die Leiterschleife mit zwei Batteriezellen gekoppelt, die nicht unmittelbar zueinander benachbart sind, sondern weiter voneinander entfernt sind und zwischen denen sich mindestens eine weitere Batteriezelle befindet, die vorliegend auch als dritte Batteriezelle bezeichnet wird. Bei der ersten und zweiten Batteriezelle kann es sich in diesem Beispiel um zwei Randzellen handeln, die den Zellstapel in und entgegen Stapelrichtung beidseitig begrenzen. Damit kann die Längung des Batteriemoduls im Laufe seiner Lebensdauer über seine gesamte Länge in Stapelrichtung erfasst und überwacht werden. Es ist also auch möglich, die Längung des Batteriemoduls über größere Strecken hinweg über eine entsprechende Widerstandsmessung zu erfassen und entsprechend die mechanische Beanspruchung auch über größere Längenskalen hinweg zu messen und zu überwachen. Diese Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ zu den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine Erfassung der Längung über die Widerstandsmessung der Leiterschleife sowohl über mehrere Batteriezellen hinweg erfolgen als auch zusätzlich oder alternativ nur über zwei zueinander benachbarte Batteriezellen hinweg. Die Ausdehnung des Batteriemoduls kann somit vorteilhafter Weise sowohl global über das gesamte Batteriemodul hinweg und/oder lokal über nur eine oder zwei oder wenige Zellen hinweg erfasst werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the battery unit comprises at least one or more third battery cells arranged between the first and second battery cells. In other words, in this example, the conductor loop is coupled to two battery cells that are not directly adjacent to one another, but are further apart, and between which there is at least one further battery cell, which is also referred to herein as a third battery cell. In this example, the first and second battery cells can be two edge cells that delimit the cell stack on both sides, in and against the stacking direction. This allows the elongation of the battery module to be recorded and monitored over its entire length in the stacking direction over the course of its service life. It is therefore also possible to record the elongation of the battery module over longer distances using a corresponding resistance measurement and, accordingly, to measure and monitor the mechanical stress even over larger length scales. This embodiment can be provided in addition to or as an alternative to the embodiments described above. For example, elongation can be measured by measuring the resistance of the conductor loop across multiple battery cells, or additionally or alternatively across just two adjacent battery cells. The expansion of the battery module can thus advantageously be measured both globally across the entire battery module and/or locally across just one, two, or a few cells.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messanordnung eine flexible Leiterplattenanordnung mit einer flexiblen Leiterplatte und mindestens einem an dieser angeordneten Sensor zur Erfassung einer die mindestens so eine Batteriezelle betreffenden Messgröße, wobei eine flexible Leiterplattenanordnung an der Batterieeinheit zumindest an den zwei verschiedenen Stellen angeordnet und fixiert oder anordenbar und fixierbar ist, wobei die Leiterschleife zumindest zum Teil an der flexiblen Leiterplatten angeordnet ist. Eine solche flexible Leiterplatte kann vorteilhafter Weise zur Erfüllung weiterer Funktionen genutzt werden, insbesondere um als Träger für zum Beispiel einen oder mehrere Sensoren zu fungieren, zum Beispiel Temperatursensoren und/oder Stromsensoren und/oder Spannungssensoren oder ähnliches. Die Leiterplattenanordnung kann zum Beispiel neben der Leiterschleife auch eine oder mehrere weitere auf der flexiblen Leiterplatte angeordnete Leiterbahnen umfassen, um zum Beispiel einen solchen weiteren Sensor mit der Auswerteeinheit zu verbinden. Durch die Integration der Leiterschleife in eine solche Leiterplattenanordnung, die auch als FPC (Flexible Printed Circuit) bzw. Flexprintkabel bezeichnet werden kann, können vorteilhafter Weise bereits bestehende Bauteile genutzt werden, um die Leiterschleife zu tragen bzw. zu integrieren und zudem diese an den mindestens zwei Stellen zu fixieren. Dadurch entsteht baulich kein Mehraufwand durch das Vorsehen der Leiterschleife. Außerdem kann zudem auch die Auswerteeinheit des Batteriemoduls, die zum Erfassen der Messwerte eines solchen mindestens einen weiteren Sensors als Teil der Leiterplattenanordnung verwendet wird, gleichzeitig auch verwendet werden, um den elektrischen Widerstand der Leiterschleife, insbesondere eine Widerstandsänderung, zu erfassen. Dadurch, dass die Leiterplattenanordnung zudem eine flexible Leiterplatte umfasst, ist es zudem möglich, eine gewisse Dehnung einer solchen flexiblen Leiterplatte in Stapelrichtung beim Ausdehnen der Batteriezellen zu ermöglichen, weshalb eine solche flexible Leiterplatte auch als Träger für die Leiterschleife genutzt werden kann, ohne das Funktionsprinzip der Messanordnung einzuschränken.According to a further advantageous embodiment of the invention, the measuring arrangement comprises a flexible printed circuit board arrangement with a flexible printed circuit board and at least one sensor arranged thereon for detecting a measured variable relating to the at least one battery cell, wherein a flexible printed circuit board arrangement is arranged and fixed or can be arranged and fixed on the battery unit at least at two different locations, wherein the conductor loop is arranged at least partially on the flexible printed circuit board. Such a flexible printed circuit board can advantageously be used to fulfill additional functions, in particular to act as a carrier for one or more sensors, for example temperature sensors and/or current sensors and/or voltage sensors or the like. The circuit board arrangement can, for example, in addition to the conductor loop, also comprise one or more further conductor tracks arranged on the flexible circuit board, for example to connect such an additional sensor to the evaluation unit. By integrating the conductor loop into such a circuit board arrangement, which can also be referred to as FPC (Flexible Printed Circuit) or flex print cable, existing components can advantageously be used to support or integrate the conductor loop and also to fix it in at least two places. As a result, there is no additional structural effort required by providing the conductor loop. Furthermore, the evaluation unit of the battery module, which is used to record the measured values of such at least one additional sensor as part of the circuit board arrangement, can also be used simultaneously to record the electrical resistance of the conductor loop, in particular a change in resistance. Because the circuit board arrangement also includes a flexible circuit board, it is also possible to allow a certain expansion of such a flexible circuit board in the stacking direction when the battery cells expand, which is why such a flexible circuit board can also be used as a carrier for the conductor loop without restricting the functional principle of the measuring arrangement.

Die flexible Leiterplatte kann dabei aus einem elektrisch isolierenden Trägermaterial sein. Die elektrisch leitenden Bauteile einer solchen Leiterplattenanordnung, zum Beispiel elektrische und elektronische Bauteile und/oder Leiterbahnen, können dabei ganz oder zumindest teilweise in eine solche flexible Leiterplatte eingebettet sein. Zu diesem Zweck können diese Bauteile zum Beispiel zwischen zwei elektrisch isolierenden Folien der flexiblen Leiterplatte einlaminiert sein oder ähnliches. Gleiches gilt entsprechend auch für die Leiterschleife. Am Ende der flexiblen Leiterplatte können die beiden Enden der Leiterschleife aus dieser Leiterplatte herausgeführt sein und an die Auswerteeinheit angesteckt sein beziehungsweise mit dieser verbunden sein.The flexible circuit board can be made of an electrically insulating carrier material. The electrically conductive components of such a circuit board arrangement, for example, electrical and electronic components and/or conductor tracks, can be fully or at least partially embedded in such a flexible circuit board. For this purpose, these components can be laminated, for example, between two electrically insulating films of the flexible circuit board or something similar. The same applies accordingly to the conductor loop. At the end of the flexible circuit board, the two ends of the conductor loop can be led out of this circuit board and plugged into or connected to the evaluation unit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterschleife durch einen durchgehenden elektrischen Leiter, insbesondere einen durchgehenden Draht und/oder eine durchgehende Leiterbahn, insbesondere einen einstückigen Draht und/oder eine einstückige Leiterbahn, ausgebildet, der in einem an den zwei Stellen befestigten Zustand elektrisch von der mindestens einen Batteriezelle isoliert ist, insbesondere der von allen von der Batterieeinheit umfassten Batteriezellen elektrisch isoliert ist. Diese Ausgestaltung der Leiterschleife ist besonders einfach und effizient. Die elektrische Isolierung zu den Batteriezellen kann zum Beispiel auf einfache Weise durch oben genannte flexible Leiterplatte bereitgestellt sein. Die Leiterschleife kann somit als einfacher Draht oder einfache Leiterbahn bereitgestellt sein, die in das elektrisch isolierenden Material der flexiblen Leiterplatte eingebettet ist oder auf dieser angeordnet ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the conductor loop is formed by a continuous electrical conductor, in particular a continuous wire and/or a continuous conductor track, in particular a one-piece wire and/or a one-piece conductor track, which, when fastened at the two locations, is electrically insulated from the at least one battery cell, in particular which is electrically insulated from all battery cells comprised by the battery unit. This embodiment of the conductor loop is particularly simple and efficient. The electrical insulation from the battery cells can, for example, be provided in a simple manner by the aforementioned flexible printed circuit board. The conductor loop can thus be provided as a simple wire or simple conductor track that is embedded in the electrically insulating material of the flexible printed circuit board or arranged thereon.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Teil der Leiterschleife elektrisch leitend mit einem Zellpol der mindestens einen Batteriezelle verbunden, insbesondere wobei eine Batterieeinheit mehrere Batteriezellen umfasst, wobei zumindest zwei der Batteriezellen über einen elektrisch leitenden Zellverbinder elektrisch miteinander kontaktiert sind und wobei der Zellverbinder Teil der Leiterschleife ist. Die Leiterschleife kann also zusätzlich oder alternativ durch bereits vorhandene elektrisch leitende Bauteile des Batteriemoduls bereitgestellt sein, zum Beispiel teilweise durch einen Zellverbinder, der zwei Batteriezellen, insbesondere deren Zellpole, elektrisch leitend miteinander verbindet. Somit können bereits bestehende elektrisch leitende Bauteile zur Bereitstellung der elektrischen Leiterschleife genutzt werden. Dies ist sehr vorteilhaft, da vor allem ein Zellverbinder ohnehin mit zwei Batteriezellen eines solchen Batteriemoduls fest verbunden und in Bezug auf diese fixiert ist. Eine Längung des Batteriemoduls, insbesondere eine Ausdehnung einer oder beider dieser Batteriezellen wirkt sich somit unmittelbar auf eine Längenänderung eines solchen Zellverbinders aus. Daher ist es sehr vorteilhaft, einen solchen Zellverbinder als Teil der Leiterschleife zu nutzen, um über die Widerstandsänderung der Leiterschleife die Längung zu erfassen.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least part of the conductor loop is electrically conductively connected to a cell pole of the at least one battery cell, in particular wherein a battery unit comprises a plurality of battery cells, wherein at least two of the battery cells are electrically contacted with one another via an electrically conductive cell connector, and wherein the cell connector is part of the conductor loop. The conductor loop can therefore be provided additionally or alternatively by already existing electrically conductive components of the battery module, for example partially by a cell connector that electrically connects two battery cells, in particular their cell poles, to one another. Thus, already existing electrically conductive components can be used to provide the electrical conductor loop. This is very advantageous because, above all, a cell connector is already firmly connected to two battery cells of such a battery module and fixed with respect to them. An elongation of the battery module, in particular an expansion of one or both of these battery cells, thus directly affects a change in the length of such a cell connector. It is therefore very advantageous to use such a cell connector as part of the conductor loop in order to detect the elongation via the change in resistance of the conductor loop.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Messanordnung einen ersten Spannungsabgriff und einen zweiten Spannungsabgriff umfassen, wobei der erste und der zweite Spannungsabgriff als Teil der Leiterschleife ausgebildet sind. Die beiden Spannungsabgriffe können zum Beispiel elektrisch leitend mit dem oben genannten Zellverbinder verbunden oder kontaktiert sein oder auch mit verschiedenen Zellverbindern. Zumindest einer dieser zwei Spannungsabgriffe kann zum Beispiel in Kombination mit dem zweiten oder einem weiteren dritten Spannungsabgriff dazu ausgelegt sein bzw. genutzt werden, um eine Zellspannung der mindestens einen Batteriezelle abzugreifen. Die elektrisch leitende Kontaktierung eines solchen Spannungsabgriffs zur Auswerteeinheit, die zum Abgreifen der Zellspannung genutzt wird, kann damit gleichzeitig als Teil der Leiterschleife genutzt werden. Damit ist vorteilhafter Weise keine separate Verkabelung beziehungsweise Leitungsführung erforderlich oder diese kann auf ein Minimum reduziert werden. Die Messanordnung kann dadurch noch effizienter ausgebildet sein. Außerdem muss die Auswerteeinheit in diesem Fall auch nicht notwendiger Weise dazu ausgebildet sein, die Leiterschleife mit einer Prüfspannung oder einem Prüfstrom beziehungsweise einer Messspannung beziehungsweise einem Messstrom zu beaufschlagen, da diese zum Beispiel auch durch die Batteriezelle selbst bereitgestellt sein kann. Die Leiterschleife kann zu diesem Zweck zum Beispiel auch sehr hochohmig ausgeführt sein beziehungsweise einen sehr hochohmigen Widerstand umfassen, um durch die Messung die Zellen energetisch nicht zu belasten.According to a further advantageous embodiment of the invention, the measuring arrangement can comprise a first voltage tap and a second voltage tap, wherein the first and the second voltage tap are formed as part of the conductor loop. The two voltage taps can, for example, be electrically connected or contacted with the above-mentioned cell connector or with different cell connectors. At least one of these two voltage taps can, for example, be designed or used in combination with the second or a further third voltage tap to tap a cell voltage of the at least one battery cell. The electrically conductive contact of such a voltage tap to the evaluation unit, which is used to tap the cell voltage, can thus simultaneously be used as part of the conductor loop. This is advantageous This means that no separate cabling or routing is required, or it can be reduced to a minimum. The measuring setup can thus be designed even more efficiently. Furthermore, in this case, the evaluation unit does not necessarily have to be designed to apply a test voltage or current, or a measurement voltage or current, to the conductor loop, since this can also be provided, for example, by the battery cell itself. For this purpose, the conductor loop can also be designed with very high resistance, for example, or include a very high resistance, so as not to place an energetic load on the cells during the measurement.

Auch diese Vorgehensweise zur Bestimmung der Widerstandsänderung eignet sich dabei sowohl für zwei sehr nahe beieinander angeordnete Stellen als auch für zwei sehr weit entfernte Stellen, die zum Beispiel durch zwei Randbatteriezellen bereitgestellt sind.This procedure for determining the change in resistance is also suitable for two locations that are very close to each other as well as for two locations that are very far apart, for example, provided by two edge battery cells.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a battery with a measuring arrangement according to the invention or one of its embodiments.

Die erfindungsgemäße Batterie kann zum Beispiel als eine Hochvoltbatterie ausgebildet sein. Die Batterie kann zudem eine oder auch mehrere Batterieeinheiten, z.B. Batteriemodule, umfassen. Jede der Batterieeinheiten kann wie zur mindestens einen Batterieeinheit beschrieben ausgebildet sein.The battery according to the invention can be designed, for example, as a high-voltage battery. The battery can also comprise one or more battery units, e.g., battery modules. Each of the battery units can be designed as described for the at least one battery unit.

Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Messanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder einer ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a measuring arrangement according to the invention or one of its embodiments. Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a battery according to the invention or one of its embodiments.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer mechanischen Beanspruchung zumindest eines Gehäusebauteils eines Gehäuses einer Batterieeinheit, die mindestens eine Batteriezelle umfasst. Furthermore, the invention relates to a method for detecting a mechanical stress on at least one housing component of a housing of a battery unit comprising at least one battery cell.

Dabei ist eine mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbundene, permanent ununterbrochene Leiterschleife an zwei verschiedenen Stellen der Batterieeinheit derart befestigt, dass sich durch eine Ausdehnung der mindestens einen Batteriezelle ein Abstand zwischen den zwei Stellen ändert, wobei die Auswerteeinheit eine Änderung eines elektrischen Widerstands der Leiterschleife, insbesondere eine durch eine Abstandsänderung des Abstands bedingte Änderung des elektrischen Widerstands der Leiterschleife, erfasst und in Abhängigkeit von der Änderung die mechanische Beanspruchung erfasst.In this case, a permanently uninterrupted conductor loop which is electrically connected to an evaluation unit is fastened at two different locations on the battery unit in such a way that an expansion of the at least one battery cell changes a distance between the two locations, wherein the evaluation unit detects a change in an electrical resistance of the conductor loop, in particular a change in the electrical resistance of the conductor loop caused by a change in the distance, and detects the mechanical stress as a function of the change.

Die für die Messanordnung und ihren Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages described for the measuring arrangement and its configurations apply equally to the method according to the invention.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention that have features already described in connection with the further developments of the measuring arrangement according to the invention. For this reason, the corresponding further developments of the method according to the invention are not described again here.

Die Auswerteeinheit kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Als Mikroprozessor kann insbesondere jeweils eine CPU (Central Processing Unit), eine GPU (Graphical Processing Unit) oder eine NPU (Neural Processing Unit) verwendet werden. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Die Prozessoreinrichtung kann z.B. auf zumindest einer Schaltungsplatine und/oder auf zumindest einem SoC (System on Chip) basieren.The evaluation unit can comprise a data processing device or a processor device configured to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can comprise at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). In particular, a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphical Processing Unit), or an NPU (Neural Processing Unit) can be used as the microprocessor. Furthermore, the processor device can comprise program code configured to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device. The processor device can be based, for example, on at least one circuit board and/or on at least one SoC (System on Chip).

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also encompasses combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also encompasses implementations that each comprise a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments are described as mutually exclusive.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung einer Messanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Exemplary embodiments of the invention are described below. Shown are:

1 a schematic and perspective representation of a battery module according to an embodiment of the invention;
2 a schematic representation of a measuring arrangement according to the embodiment of the invention;
3 a schematic representation of a measuring arrangement according to a further embodiment of the invention; and
4 a schematic representation of a measuring arrangement according to a further embodiment of the invention.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that can be considered independently of one another, each of which also develops the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente. Bei den in den Figuren dargestellten Koordinatensystemen handelt es sich bevorzugt um kartesische Koordinatensysteme.In the figures, identical reference symbols denote functionally identical elements. The coordinate systems depicted in the figures are preferably Cartesian coordinate systems.

1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batterieeinheit 10 in Form eines Batteriemoduls 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Batteriemodul 10 umfasst dabei einen Zellstapel 12 mit mehreren in einer Stapelrichtung x nebeneinander angeordneten Batteriezellen 14, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur manche mit einem Bezugszeichen versehen sind. Der Zellstapel 12 ist dabei in einem Modulgehäuse 16 des Batteriemoduls 10 angeordnet. Außerdem verfügt jede Batteriezelle 14 über ihr eigenes Zellgehäuse 14a. Im vorliegenden Beispiel sind die Batteriezellen 14 als prismatische Batteriezellen 14 ausgebildet. Weiterhin umfasst jede Zelle 14 zwei Zellpole 18, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nur manche mit einem Bezugszeichen versehen sind. Auf einer Oberseite des Zellstapels 12 ist im vorliegenden Beispiel eine Trägereinheit 20 angeordnet, die auch als LV (Niedervolt)-Kabel-Träger 20 bezeichnet werden kann. Diese Trägereinheit 20 kann eine Trägerplatte 22 umfassen, auf denen eine oder mehrere Komponenten montiert oder angeordnet sein können. Im vorliegenden Beispiel ist auf diese Trägerplatte 22 als Beispiel für eine flexible Leiterplattenanordnung 24 ein Flexprintkabel 26 angeordnet. Dieses umfasst beispielsweise ein elektrisch isolierendes, flexibles Leiterplattensubstrat 28 mit darin eingebetteten Leiterbahnen. Diese können mit Sensoren elektrisch leitend verbunden sein, die, je nach Sensorart, optional auch teilweise aus dem Leiterplattensubstrat 28 herausstehen können, wie zum Beispiel Spannungsabgriffe 30 (vergleiche 2), um diese elektrisch leitend mit den Zellpolen 18, insbesondere indirekt über Zellverbinder 32 (vergleiche 2) zu verbinden und elektrisch zu kontaktieren. 1 shows a schematic and perspective illustration of a battery unit 10 in the form of a battery module 10 according to an exemplary embodiment of the invention. The battery module 10 comprises a cell stack 12 with a plurality of battery cells 14 arranged next to one another in a stacking direction x, of which, for reasons of clarity, only some are provided with a reference symbol. The cell stack 12 is arranged in a module housing 16 of the battery module 10. In addition, each battery cell 14 has its own cell housing 14a. In the present example, the battery cells 14 are designed as prismatic battery cells 14. Furthermore, each cell 14 comprises two cell poles 18, of which, for reasons of clarity, only some are provided with a reference symbol. In the present example, a carrier unit 20 is arranged on an upper side of the cell stack 12, which can also be referred to as an LV (low-voltage) cable carrier 20. This carrier unit 20 can comprise a carrier plate 22, on which one or more components can be mounted or arranged. In the present example, a flex-print cable 26 is arranged on this carrier plate 22 as an example of a flexible printed circuit board assembly 24. This comprises, for example, an electrically insulating, flexible printed circuit board substrate 28 with conductor tracks embedded therein. These can be electrically connected to sensors, which, depending on the type of sensor, can optionally also partially protrude from the printed circuit board substrate 28, such as voltage taps 30 (see 2 ) in order to connect them electrically to the cell poles 18, in particular indirectly via cell connectors 32 (compare 2 ) and make electrical contact.

Außerdem umfasst das Batteriemodul 10 eine Auswerteeinheit 34 in Form eines Zellmodul-Controllers 36, der auch als Zellmanagement-Controller 36 bezeichnet werden kann, und der im vorliegenden Beispiel stirnseitig am Modulgehäuse 16 des Batteriemoduls 10 angeordnet ist. Das Flexprintkabel 26 ist an die Auswerteeinheit 34 angeschlossen.In addition, the battery module 10 includes an evaluation unit 34 in the form of a cell module controller 36, which can also be referred to as a cell management controller 36, and which, in the present example, is arranged on the front side of the module housing 16 of the battery module 10. The flex-print cable 26 is connected to the evaluation unit 34.

Aufgrund chemischer Alterungsprozesse kommt es im Laufe der Zeit zu einem Zellwachstum der Batteriezellen 14, was eine Ausdehnung der Zellen 14 hauptsächlich in der dargestellten x-Richtung zur Folge hat. Diese Ausdehnung ist vorliegend auch mit Δs bezeichnet, und wird auch Längung genannt. Der mit Δs bezeichnete Pfeil soll dabei die Ausdehnungsrichtung dieser Längung Δs illustrieren und nicht notwendigerweise deren Ausmaß. Durch alterungsbedingtes Swelling der Batteriezellen 14 wird sich eine jeweilige Zelle 14 und damit das Modul 10 bei der prismatischen Zelle 14 in Queranordnung, also in erster Linie in Längsrichtung x ausdehnen. Diese Längung Δs stellt die elementare mechanische Beanspruchung des Zellbechers, das heißt des Zellgehäuses 14a, und des Modulgehäuses 16 dar. Diese Längung Δs, zum Beispiel des Zellmoduls 10, kann nun vorteilhafter Weise über eine Diagnosefunktion gemessen werden und zum Beispiel eine integrale Aussage über den mechanischen Zustand des Zellmoduls 10 getroffen werden.Due to chemical aging processes, cell growth of the battery cells 14 occurs over time, resulting in an expansion of the cells 14 primarily in the x-direction shown. This expansion is also denoted by Δs here and is also called elongation. The arrow denoted by Δs is intended to illustrate the direction of expansion of this elongation Δs and not necessarily its extent. Due to aging-related swelling of the battery cells 14, each cell 14, and thus the module 10 in the case of the prismatic cell 14, will expand in a transverse arrangement, i.e., primarily in the longitudinal direction x. This elongation Δs represents the elementary mechanical stress of the cell cup, i.e. the cell housing 14a, and the module housing 16. This elongation Δs, for example of the cell module 10, can now advantageously be measured via a diagnostic function and, for example, an integral statement can be made about the mechanical condition of the cell module 10.

Zu diesem Zweck ist eine Messanordnung 38 vorgesehen. Eine solche Messanordnung 38 ist exemplarisch in 2 illustriert. In 2 ist dabei insbesondere wiederum eine Trägereinheit 20 für ein Batteriemodul 10 illustriert, zum Beispiel wie diese bereits in 1 beschrieben wurde. Die Trägereinheit 20 kann aber als Teil der Messanordnung 38 aufgefasst werden. Auch kann die zu 1 erwähnte Auswerteeinheit 34 Teil dieser Messanordnung 38 sein, wenngleich diese aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 nicht dargestellt ist, ebenso wie die übrigen Komponenten des zu 1 beschriebenen Batteriemoduls 10. Die Messanordnung 38 ist nun vorteilhafter Weise dazu ausgelegt, die oben beschriebene Längung Δs des Zellmoduls 10 zu messen. Eine Möglichkeit das umzusetzen, ist zum Beispiel über die Integration einer Messtechnik in die oben genannten Flexprintkabel 26, das einen Bestandteil des LV-Kabel-Trägers 20 darstellt. Wie beschrieben kann diese Trägereinheit 20 beispielsweise an der Oberseite des Moduls 10 beziehungsweise des Zellstapels 12 angeordnet sein, wie im vorliegenden Beispiel, oder auch an jeder beliebigen anderen Seite eines solchen Zellstapels 12, zum Beispiel auch seitlich des Zellstapels 12 bezogen auf die y-Richtung, um beispielsweise oben und unten bezogen auf die z-Richtung eine Kühleinrichtung am Batteriemodul 10 anordnen zu können. Ein solches Flexprintkabel 26 kann dabei auf den Zellen 14 aufliegen und zum Beispiel über ein Kunststoffbauteil, z.B. der oben genannten Trägerplatte 22, und/oder über die Zellverbinder 32 mit den Zellen 14 im Lastfluss sein. An einem solchen Flexprintkabel 26 kann analog zu einem Dehnmessstreifen in einer Wheatstone'schen Brückenschaltung mit einem dünnen Draht eine Widerstandsänderung gemessen werden. In diesem Beispiel umfasst die Messanordnung 38 eine elektrische Leiterschleife 40, die durch einen solchen Draht oder dünnen Leiter bereitgestellt werden kann. Mit anderen Worten ist die Leiterschleife 40 im vorliegenden Beispiel durch einen Draht 42 beziehungsweise eine elektrische Leiterbahn 42 bereitgestellt, die zum Beispiel in das elektrisch isolierende Substrat 28 des Flexprintkabels 26 integriert sein kann und der entsprechend elektrisch von den Zellen 14 isoliert ist. Die Leiterschleife 40 weist zwei Leiterenden 40a, 40b auf, die mit der Auswerteeinheit 34 verbunden sind. Die Auswerteeinheit 34 kann zu Messzwecken die Leiterenden 40a, 40b mit einer Messpannung beaufschlagen und über diese den elektrischen Widerstand der Leiterschleife 40 messen. Ändert sich die Länge des Zellstapels 12, so dehnt sich entsprechend auch die Leiterschleife 40, was zu einer Veränderung ihres elektrischen Widerstands, insbesondere zu einer Erhöhung, führt. Eine wiederholte Messung des elektrischen Widerstands der Leitung 40 ermöglicht es auf einfache und effiziente Weise, eine Längenänderung des Moduls 10 festzustellen, das heißt zu messen und daraus die mechanische Beanspruchung zumindest eines Gehäusebauteils, zum Beispiel eines Zellgehäuses 14a und/oder Modulgehäuses 16 zu bestimmen. Die Widerstandsänderung, die mittels dieser Leiterschleife 40 und der Auswerteeinheit 34 erfasst werden kann, bietet also die Möglichkeit, wenn im Versuch eine Korrelation zu einer Längung hergestellt wurde, mit den bestehenden Bauteilen ohne wesentliche bauliche Änderung der heutigen Module, eine Messung durchführen zu können. Mit anderen Worten erfordert die Integration dieser Funktionalität der Messung der Widerstandsänderung einer solchen Leiterschleife 40 über die Auswerteeinheit 34 keine große bauliche Änderung des Batteriemoduls 10 und erfordert darüber hinaus kaum oder gar keinen zusätzlichen Bauraum, da die Leiterschleife 40 auf einfache Weise in das Flexprintkabel 26 integriert werden kann und der Zellmodul-Controller 36 zur Auswertung beziehungsweise Messung der Widerstandsänderung verwendet werden kann.For this purpose, a measuring arrangement 38 is provided. Such a measuring arrangement 38 is shown as an example in 2 illustrated. In 2 In particular, a carrier unit 20 for a battery module 10 is illustrated, for example as already shown in 1 The carrier unit 20 can, however, be regarded as part of the measuring arrangement 38. The 1 The evaluation unit 34 mentioned above can be part of this measuring arrangement 38, although for reasons of clarity it is shown in 2 is not shown, as are the other components of the 1 described battery module 10. The measuring arrangement 38 is now advantageously designed to measure the above-described elongation Δs of the cell module 10. One possibility for implementing this is, for example, by integrating a measuring technology into the above-mentioned flex print cable 26, which is a component of the LV cable carrier 20. As described, this carrier unit 20 can, for example, be mounted on the top side of the module 10 or of the cell stack 12, as in the present example, or on any other side of such a cell stack 12, for example also to the side of the cell stack 12 in relation to the y-direction, in order to be able to arrange a cooling device on the battery module 10, for example at the top and bottom in relation to the z-direction. Such a flexprint cable 26 can rest on the cells 14 and be in load flow with the cells 14, for example via a plastic component, e.g. the aforementioned carrier plate 22, and/or via the cell connectors 32. A change in resistance can be measured on such a flexprint cable 26 using a thin wire, analogous to a strain gauge in a Wheatstone bridge circuit. In this example, the measuring arrangement 38 comprises an electrical conductor loop 40, which can be provided by such a wire or thin conductor. In other words, the conductor loop 40 in the present example is provided by a wire 42 or an electrical conductor track 42, which can, for example, be integrated into the electrically insulating substrate 28 of the flex-print cable 26 and which is accordingly electrically insulated from the cells 14. The conductor loop 40 has two conductor ends 40a, 40b that are connected to the evaluation unit 34. For measuring purposes, the evaluation unit 34 can apply a measuring voltage to the conductor ends 40a, 40b and use this voltage to measure the electrical resistance of the conductor loop 40. If the length of the cell stack 12 changes, the conductor loop 40 also expands accordingly, which leads to a change in its electrical resistance, in particular to an increase. Repeated measurement of the electrical resistance of the cable 40 makes it possible to easily and efficiently detect, i.e., measure, a change in the length of the module 10 and, from this, determine the mechanical stress on at least one housing component, for example, a cell housing 14a and/or module housing 16. The change in resistance, which can be detected using this conductor loop 40 and the evaluation unit 34, thus offers the possibility, if a correlation to an elongation was established in the test, of being able to perform a measurement with the existing components without significant structural changes to the current modules. In other words, the integration of this functionality for measuring the change in resistance of such a conductor loop 40 via the evaluation unit 34 does not require any major structural changes to the battery module 10 and, moreover, requires little or no additional installation space, since the conductor loop 40 can be easily integrated into the flex-print cable 26, and the cell module controller 36 can be used to evaluate or measure the change in resistance.

Teile der Trägereinheit 20 können auf verschiedenste Weise am Zellstapel 12 fixiert sein. Zum Einen können Sensoren des Flexprintkabels 26, wie im vorliegenden Beispiel Spannungsabgriffe 30, an den korrespondierenden Zellverbindern 32 fixiert sein. Damit sind auch entsprechende Stellen des Flexprintkabels 26 an entsprechenden Punkten beziehungsweise Stellen des Zellstapels 12 fixiert. Außerdem kann das Flexprintkabel 26 zusätzlich oder alternativ über Pins 44 mit der Trägerplatte 22 mechanisch verbunden sein. Diese Pins 44 können axiale Lasten ans FPC (Flexible Printed Circuit) 24, das heißt an die flexible Leiterplatte 24 weitergeben. Die Trägerplatte 22 ist wiederum an den Zellen 12, insbesondere über die Zellverbinder 32 oder über andere Befestigungsstellen, befestigt. Eine Ausdehnung der Zellen in x-Richtung wirkt sich entsprechend auch auf die Trägerplatte 22, das Flexprintkabel 26 und die integrierte Leiterschleife 40 aus.Parts of the carrier unit 20 can be fixed to the cell stack 12 in a variety of ways. Firstly, sensors of the flex-print cable 26, such as voltage taps 30 in the present example, can be fixed to the corresponding cell connectors 32. This also fixes corresponding points on the flex-print cable 26 to corresponding points or locations on the cell stack 12. Furthermore, the flex-print cable 26 can additionally or alternatively be mechanically connected to the carrier plate 22 via pins 44. These pins 44 can transmit axial loads to the FPC (Flexible Printed Circuit) 24, i.e., to the flexible printed circuit board 24. The carrier plate 22 is in turn attached to the cells 12, in particular via the cell connectors 32 or other attachment points. An expansion of the cells in the x-direction also has a corresponding effect on the carrier plate 22, the flex-print cable 26, and the integrated conductor loop 40.

Im Vergleich zur Verwendung eines Dehnmessstreifens ermöglicht die Verwendung der Leiterschleife 40 einen deutlich einfacheren Aufbau, eine einfachere Integration in das Modul 10, deutlich flexiblere Einsatzmöglichkeiten, da die Leiterschleife hinsichtlich ihrer Länge und ihres Verlaufs sehr einfach modifiziert und je nach Anforderung ausgebildet und angeordnet werden kann und vor allem können so deutlich einfacher bereits bestehenden Bauteile genutzt werden, sogar elektrisch leifähige Bauteile, wie Zellverbinder, Spannungsabgriffe, Leiterbahnen, als Teil der Leiterschleife.Compared to the use of a strain gauge, the use of the conductor loop 40 enables a significantly simpler structure, easier integration into the module 10, significantly more flexible application possibilities, since the conductor loop can be very easily modified in terms of its length and course and can be designed and arranged according to requirements and, above all, existing components can be used much more easily, even electrically conductive components such as cell connectors, voltage taps, conductor tracks, as part of the conductor loop.

Die Anschluss-Pins des Zellmanagementmoduls, wie im vorliegenden Beispiel der Auswerteeinheit 34, sind bislang noch nicht vollständig belegt und die Flexprintkabel 26 bieten eine einfache Möglichkeit, eine Schleife 40 für die Messung miteinzubringen. Damit ist es nicht erforderlich, zusätzlich neue Sensorik einzubringen, weder für Versuche im Entwicklungsprozess noch im Betrieb einer verbauten Fahrzeugbatterie. Hier kann am Zellmanagement-Controller 36 der Widerstand der Schleife 40 abgegriffen werden, z.B. mit einem präparierten CMC (Cell Management Controller) 36. Die Messanordnung 38 kann als einfaches elektronisches Bauteil umgesetzt sein, welches bereits vorhandene Komponenten eines Moduls 10 als Bestandteile nutzen kann. Im Verhältnis zu einer klassischen Wegmesssensorik, optisch oder induktiv, handelt es sich vorliegend um eine kostengünstige, leichte und bauraumtechnisch kleine Variante, mit der gemessen werden kann und es ist keine Neukonstruktion der Zellmodule 10 erforderlich, um sich eine mechanische Ermüdung der Zellmodule 10 integral anzeigen zu lassen.The connection pins of the cell management module, such as the evaluation unit 34 in the present example, are not yet fully occupied, and the flex-print cables 26 offer a simple way to incorporate a loop 40 for measurement. This eliminates the need to add new sensors, either for tests during the development process or during operation of an installed vehicle battery. The resistance of loop 40 can be tapped at the cell management controller 36, e.g., with a prepared CMC (Cell Management Controller) 36. The measuring arrangement 38 can be implemented as a simple electronic component that can utilize existing components of a module 10 as components. Compared to a conventional displacement sensor system, whether optical or inductive, this is a cost-effective, lightweight, and space-saving variant with which measurements can be taken, and no redesign of the cell modules 10 is required to display mechanical fatigue of the cell modules 10 integrally.

An den Leiterenden 40a, 40b, insbesondere am Signalbündelungspunkt 46, erfolgt die Signalbündelung und die Weitergabe zum CMC 36. Mit dem in 2 dargestellten Beispiel der Messanordnung 38 kann eine integrale Deformation des Zellmoduls 10 gemessen werden. Dies bedeutet, dass sich die einzelnen Längenänderungen der Zellen 14 in x-Richtung in ihrer Gesamtheit mittels einer einzelnen Leiterschleife 40 erfassen lassen, die sich vorliegend über einen Großteil des Zellstapels 12, insbesondere nahezu des gesamten Zellstapels 12 in x-Richtung erstreckt. Die Längenänderung Δs, sowie die daraus resultierende Widerstandsänderung ΔR sind vorliegend durch einen Pfeil illustriert.At the conductor ends 40a, 40b, especially at the signal bundling point 46, the signal bundling and forwarding to the CMC 36 takes place. 2 With the example of the measuring arrangement 38 shown, an integral deformation of the cell module 10 can be measured. This means that the individual length changes of the cells 14 in the x-direction can be detected in their entirety using a single conductor loop 40, which in this case extends over a large part of the cell stack 12, in particular almost the entire cell stack 12 in the x-direction. The length change Δs and the resulting resistance change ΔR are illustrated here by an arrow.

Alternativ kann sich die Leiterschleife 40 auch nur über wenige Zellen 14 in x-Richtung oder auch nur über eine einzige Zelle 14 in x-Richtung erstrecken, um beispielsweise eine Längenausdehnung Δs nur dieser wenigen Zellen 14 oder der einzelnen Zelle 14 über die korrespondierende Widerstandsänderung ΔR zu erfassen. Auch sind diese beschriebenen Varianten beliebig miteinander kombinierbar.Alternatively, the conductor loop 40 can extend over only a few cells 14 in the x-direction or even over only a single cell 14 in the x-direction, for example, to detect a linear expansion Δs of only these few cells 14 or of the individual cell 14 via the corresponding resistance change ΔR. These described variants can also be combined with one another as desired.

Zusätzlich oder alternativ können auch bestehende elektrische Leitungen der Flexprintkabel 26, zum Beispiel die elektrischen Leitungen von den Spannungsabgriffen 30 zu der Auswerteeinheit 34, genutzt werden, um über die Änderung deren elektrischen Widerstands auf eine korrespondierende Längenänderung Δs, zum Beispiel zwischen einem beliebigen Zellverbinder 32 und dessen Signalbündelungspunkt 46, wo dieser mit dem CMC 36 gekoppelt ist, zu messen.Additionally or alternatively, existing electrical lines of the flexprint cables 26, for example the electrical lines from the voltage taps 30 to the evaluation unit 34, can also be used to measure a corresponding change in length Δs, for example between any cell connector 32 and its signal bundling point 46, where it is coupled to the CMC 36, via the change in their electrical resistance.

Wie beschrieben kann die Leiterschleife 40 in ein FPC 26 in integriert sein. Hierfür kann ein bereits vorhandenes FPC 26 genutzt werden oder es kann zusätzlich oder alternativ ein dünnes zusätzliches FPC 26 in das Modul 10 eingebracht werden, zum Beispiel um die Leiterschleife 40 an einer gewünschten Position verlaufen zu lassen. Mit einer solchen Schleife 40 besteht also die Möglichkeit, die Änderung des elektrischen Widerstands ΔR am Signalbündelungspunkt 46 beziehungsweise über die Messung des Widerstands zwischen den Leiterenden 40a, 40b zu messen.As described, the conductor loop 40 can be integrated into an FPC 26. An existing FPC 26 can be used for this purpose, or a thin additional FPC 26 can be additionally or alternatively inserted into the module 10, for example, to allow the conductor loop 40 to run at a desired position. With such a loop 40, it is therefore possible to measure the change in electrical resistance ΔR at the signal bundling point 46 or by measuring the resistance between the conductor ends 40a, 40b.

3 zeigt einen schematische Darstellung einer Messanordnung 38 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messanordnung 38 kann wie zuvor beschrieben ausgeführt sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede: Bei dieser Variante erfolgt eine Messung der lokalen Deformation zweier benachbarter Zellen 14. Es kann also das Spaltwachstum des Spalts zwischen den zwei benachbarten Zellen 14 und/oder das Wachstum der zwei benachbarten Zellen 14 als solches erfasst werden. Das Messprinzip ist dabei das Gleiche, wie dies zuvor bereits im Zusammenhang mit der als Draht 42 ausgeführten Leiterschleife 40 beschrieben wurde. Im vorliegenden Beispiel ist die Leiterschleife 40 dabei nicht vollständig als einstückig ausgebildeter Draht 42 ausgeführt, sondern umfasst auch andere Modulbestandteile, nämlich einen Zellverbinder 32a, der über einen ersten Spannungsabgriff 30a und einen zweiten Spannungsabgriff 30b mit dem FPC 26 kontaktiert ist. Der erste Spannungsabgriff 30a kann zum Beispiel einen ohnehin vorhandener Spannungsabgriff 30a des Moduls 10 darstellen. Der zweite Spannungsabgriff 30b kann einen zusätzlich vorgesehenen Spannungsabgriff 30b darstellen. Der erste Spannungsabgriff 30a ist über eine erste elektrische Leitung 42a mit dem ersten Leitungsende 40a verbunden und der zweite Spannungsabgriff 30b über eine zweite Leitung 42b mit dem zweiten Ende 40b. Der zweite Spannungsabgriff 30b fungiert dabei nicht zum Abgreifen einer Spannung an einer Zelle 14, da die über den Zellverbinder 32a verbundenen Zellpole der benachbarten Zellen ohnehin auf gleichem Potential liegen. Nichtsdestoweniger kann dieser zweite Spannungsabgriff 30b wie ein herkömmlicher Spannungsabgriff 30a ausgeführt sein und an das Flexprintkabel 26 angebunden sein. Somit lässt sich vorteilhafter Weise eine Leiterschleife 40 unter Verwendung zum Teil bereits bestehender elektrischer und/oder elektronischer Bauteile bereitstellen. 3 shows a schematic representation of a measuring arrangement 38 according to a further exemplary embodiment of the invention. The measuring arrangement 38 can be designed as described above, except for the differences described below: In this variant, the local deformation of two adjacent cells 14 is measured. The gap growth of the gap between the two adjacent cells 14 and/or the growth of the two adjacent cells 14 as such can be recorded. The measuring principle is the same as that previously described in connection with the conductor loop 40 designed as a wire 42. In the present example, the conductor loop 40 is not designed entirely as a one-piece wire 42, but also comprises other module components, namely a cell connector 32a, which is contacted with the FPC 26 via a first voltage tap 30a and a second voltage tap 30b. The first voltage tap 30a can, for example, represent an already existing voltage tap 30a of the module 10. The second voltage tap 30b can represent an additionally provided voltage tap 30b. The first voltage tap 30a is connected to the first line end 40a via a first electrical line 42a, and the second voltage tap 30b is connected to the second end 40b via a second line 42b. The second voltage tap 30b does not function to tap a voltage at a cell 14, since the cell poles of the neighboring cells connected via the cell connector 32a are at the same potential anyway. Nevertheless, this second voltage tap 30b can be designed like a conventional voltage tap 30a and connected to the flex-print cable 26. Thus, a conductor loop 40 can advantageously be provided using partially already existing electrical and/or electronic components.

In diesem Beispiel sind die beiden Spannungsabgriffe 30a, 30b mit den Polen 18 zweier zueinander unmittelbar in x-Richtung benachbarte Zellen 14 kontaktiert. Dies ermöglicht es, die Längenänderung Δs über eine korrespondierende Widerstandsänderung ΔR zu erfassen, die zwischen diesen beiden Zellen 14 auftritt, das heißt bedingt durch das Zellenwachstum in x-Richtung und/oder das Spaltwachstum des Spalts zwischen den Zellen 14.In this example, the two voltage taps 30a, 30b are connected to the terminals 18 of two cells 14 that are directly adjacent to each other in the x-direction. This makes it possible to detect the length change Δs via a corresponding resistance change ΔR that occurs between these two cells 14, i.e., due to cell growth in the x-direction and/or the gap growth of the gap between the cells 14.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Messanordnung 38 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese kann insbesondere wie in 3 beschrieben ausgeführt sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. Auch in diesem Beispiel ist, wie bereits zu 3 beschrieben, die Leiterschleife 40 zumindest teilweise durch ohnehin vorgesehene Bestandteile des Moduls 10, bereitgestellt. Insbesondere sind vorliegend Spannungsabgriffe 30a, 30b als Teil der Leiterschleife 40 nun weiter voneinander entfernt als in dem in 3 dargestellten Beispiel und nicht unmittelbar benachbarten Zellen 14 zugeordnet. Die Messung der integralen Deformation ΔR'' des Zellmoduls 10 erfolgt in diesem Beispiel also über die Zellspannungsabgriffe 30a, 30b entfernter Zellen 14, beispielsweise über die Spannungsabgriffe 30a, 30b zwischen zwei in x-Richtung maximal entfernten Zellen 14 des Zellstapels 12. Der Aufbau und die Vorgehensweise kann dabei wie zu 3 beschrieben sein, bis also auf den Unterschied, dass der Abgriff des elektrischen Widerstands zwischen den weiter oder maximal entfernten Zellen 14 erfolgt beziehungsweise genutzt wird. 4 shows a schematic representation of a measuring arrangement 38 according to a further embodiment of the invention. This can be implemented in particular as shown in 3 described, except for the differences described below. In this example, too, as already 3 described, the conductor loop 40 is provided at least partially by components of the module 10 that are already provided. In particular, voltage taps 30a, 30b as part of the conductor loop 40 are now further apart from each other than in the 3 shown example and not directly adjacent cells 14. The measurement of the integral deformation ΔR'' of the cell module 10 is carried out in this example via the cell voltage taps 30a, 30b of distant cells 14, for example via the voltage taps 30a, 30b between two cells 14 of the cell stack 12 that are maximally separated in the x-direction. The structure and procedure can be as 3 be described, except for the difference that the tap of the electrical resistance between the further or maximally removed cells 14 is used.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Messung von Swelling-bedingten Dehnungen eines Modulgehäuses und/oder der Zellen unter Verwendung der bestehenden FPC-Technologie bereitgestellt werden kann.Overall, the examples demonstrate how the invention can provide a measurement of swelling-induced strains of a module housing and/or the cells using existing FPC technology.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2021/074456 A1 [0003]
DE 10 2018 200 919 A1 [0004]
EP 3 249 737 A1 [0005]

Claims

Measuring arrangement (38) for detecting a mechanical stress on at least one housing component (14a; 16) of a housing (14a; 16) of a battery unit (10) comprising at least one battery cell (14), characterized in that - the measuring arrangement (38) comprises an evaluation unit (34, 36) and a permanently uninterrupted conductor loop (40) which is electrically connected to the evaluation unit (34, 36) and which can be or is fastened at two different locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) of the battery unit (10) in such a way that a distance between the two locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) can be changed by an expansion (Δs, Δs', Δs'') of the at least one battery cell (14), and - wherein the evaluation unit (34, 36) is designed to detect a change (ΔR, ΔR', ΔR'') in an electrical resistance of the conductor loop (40) and to detect the mechanical stress as a function of the change (ΔR, ΔR', ΔR'').

Measuring arrangement (38) according to Claim 1 , characterized in that the evaluation unit is designed to repeatedly record the stress as a function of the resistance change (ΔR, ΔR', ΔR'') in a certain period of time and to output a signal as a function of the recorded stresses.

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement (38) comprises the battery unit (10), in particular wherein the housing (14a; 16) represents a cell housing (14a) of the at least one battery cell (14) and/or a module housing (16) of the battery unit (10) designed as a battery module, wherein the at least one battery cell (14) is accommodated in the module housing (16).

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery unit (10) comprises at least a first and a second battery cell (14), wherein a first location of the two locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) is fixed relative to the first battery cell (14) and a second location of the two locations is fixed relative to the second battery cell (14), in particular wherein the battery unit (10) comprises a cell stack (12) with a plurality of battery cells (14) arranged next to one another in a stacking direction (x), wherein the first and the second location (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) are provided by the battery unit (10) in such a way that they move away from one another in the event of an expansion (Δs, Δs', Δs'') of the cell stack (12) in the stacking direction (x).

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second battery cell (14) are adjacent to one another in a certain direction (x).

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery unit (10) comprises at least one or more third battery cells (14) which are arranged between the first and the second battery cell (14).

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring arrangement (38) comprises a flexible printed circuit board arrangement (24) with a flexible printed circuit board and at least one sensor (30) arranged on the latter for detecting a measured variable relating to the at least one battery cell (14), wherein the flexible printed circuit board arrangement (24) is arranged and fixed or can be arranged and fixed on the battery unit (10) at least at the two different locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44), wherein the conductor loop (40) is arranged at least in part on the flexible printed circuit board.

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor loop (40) is formed by an uninterrupted electrical conductor, in particular a wire (42) and/or a conductor track (42), which, in a state fastened at the two points (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44), is electrically insulated from the at least one battery cell (14), in particular is electrically insulated from all battery cells (14) comprised by the battery unit (10).

Measuring arrangement (38) according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the conductor loop (40) is electrically conductively connected to a cell pole (18) of the at least one battery cell (14), in particular wherein the battery unit (10) comprises a plurality of battery cells (14), wherein at least two of the battery cells (14) are electrically contacted with one another via an electrically conductive cell connector (32; 32a), wherein the cell connector (32; 32a) is part of the conductor loop (40).

Method for detecting a mechanical stress on at least one housing component (14a; 16) of a housing (14a; 16) of a battery unit (10) comprising at least one battery cell (14), characterized in that - a permanently uninterrupted conductor loop (40) electrically connected to an evaluation unit (34, 36) is fastened at two different locations (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) of the battery unit (10) in such a way that an expansion (Δs, Δs', Δs'') of the at least one battery cell (14), a distance between the two points (32; 32a, 32b; 30; 30a; 44) changes, and - the evaluation unit (34, 36) detects a change (ΔR, ΔR', ΔR'') in an electrical resistance of the conductor loop (40) and detects the mechanical stress as a function of the change (ΔR, ΔR', ΔR'').